CC BY
17
определять механические свойства по изображению структуры.
Для этого требуется решение системы уравнений вида
= 0,00 8х4 + 0,145х3 -1,759х2 +
+ 1,860х + 1655;
Ц - Д200 = 2• Ю-6 х6 -9• Ю-6 х5 +
+ 0,006х2 - 0,002х + 0,093;
/200 = 2-10-6 х6 + 240-5х5 -0,001х3 -
-0,014х2 +0,006х + 0,303,
где Вт — упорядоченность; Гт — однородность; х — расстояние до центра сварного шва.
Выражая из уравнений механическое свойство — твердость по Виккерсу НУ30 —как функции от упорядоченности Д—/)200 или однородности Гш при одинаковых значениях расстояния
от центра сварного шва х, получаем соответствующие зависимости твердости от мультифрак-тальных параметров.
На упорядоченность и однородность, полученные в результате анализа с помощью программы МР1Югот, оказывают влияние ряд факторов, основные из которых — разрешение изображений, затемненность изображения структурными составляющими и протравлен-ность границ зерен. Размер изображения оказывает влияние в меньшей мере и лишь при высоких (8—10) баллах зерна анализируемой стали или сплава.
Установлена взаимосвязь между механическим свойством стали (твердость по Виккерсу) и результатами мультифрактального анализа. Это позволяет определять механические свойства, в том числе и сварных соединений, по изображению их металлографической структуры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Встовский, Г.В. Элементы информационной физики |Текст| / Г.В. Встовский,— М.: МГИУ, 2002. - 260 с.
2. Встовский, Г.В. Введение в мультифракталь-ную параметризацию структур материалов [Текст] / Г.В. Встовский, А.Г. Колмаков, И.Ж.. Бунин // Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2001,- 116 с.
3. ГОСТ 5632—72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.
4. Авдеева, Л.Г. Определение мультифрактальных характеристик стали 20Х23Н18 до и после эк-сплуатациитт / Л.Г. Авдеева, А.Г. Чиркова // 53-я конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. - Уфа, 2002. - С.8.
УДК620.22:419.8
Д.Е. Жарин, Л.Н. Шафигуллин, К.В. Симонова
ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЕ ТЕРМОРЕАКТИВНЫЕ МАТРИЧНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Увеличение скоростей и мощностей машин и оборудования в машиностроении привело к значительному возрастанию вредных шумов, существенно ухудшающих условия труда на производстве.
Решение данной проблемы видится в разработке и применении в конструкциях, подверженных воздействию динамических нагрузок, например, элементах станочной системы, ком-
позиционных материалов (КМ) с высокими звукопоглощающими свойствами.
Периодические шумы, возникающие при механической обработке металлов резанием, оказывают нежелательное воздействие на условия труда (уровень шума более 70 дБА) [1]. В этой связи задача разработки эффективных звукопоглощающих полимерных материалов для производства установочных пластин под
токарные резцы — весьма актуальна и перспективна.
Проблема снижения уровня звука в строительной индустрии эффективно решается путем использования деталей или прокладочных материалов с открытой пористостью (гидробетон, паста "Антивибрит") [2]. Но из-за отсутствия у таких материалов в комплексе одновременно высоких звукопоглощающих, вибродемпфиру-ющих и деформационно-прочностных свойств они не нашли широкого распространения в машиностроении в качестве конструкционных материалов и изделий. Однако, варьируя широким спектром подбора термореактивных смол, модифицирующих компонентов, наполнителей, оптимизацией конструирования композитной системы можно получить такого рода уникальные композиты.
Для разработки эффективных КМ с высокими звукопоглощающими свойствами проводили экспериментальные исследования на эпоксидных, полиэфирных и эпоксиполиуретано-вых КМ.
В качестве матричных материалов использовали: эпоксидную смолу ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), дибутилфталат (ДБФ) (ГОСТ 8728-88), полиэти-ленполиамин (ПЭПА) ТУ 2413-357-00203447-99, полиэфирную смолу 540-М 888, пероксид № 1
Коэффициент поглощения звука, % 70
(раствор перекиси метилэтилкетона в диметил-фталате), простой полиэфир (Сарэл А-04) и по-лиизоцианат (Сарэл Б-04). В рецептуре варьировали массовое содержание отвердителей, пластификатора и модификатора.
Оценку звукопоглощающих свойств КМ (К3 — коэффициент поглощения звука) провели тестированным оборудованием фирмы "Брюль и Къер" (труба Кундта 4002) согласно действующим ГОСТам и нормативным документам.
Результаты исследований звукопоглощающих свойств в зависимости от концентрации от-вердителя и частотного нагружения (315, 400, 500,630,800,1000,1250 и 1600 Гц) представлены на рис. 1. Усиление звукопоглощающих свойств с ростом отвердителя связано со снижением скорости распространения волн в полимере. В соответствии с [3] в эпоксидном полимере наблюдаются продольные, поверхностные и изгибные волны. Из них с наибольшей скоростью в материале распространяются продольные волны, скорость распространения которых выражается формулой
í-p,
р (l + p)(l-p)
(i)
где С| — скорость продольных волн, км/с; Ел — динамический модуль упругости, Н/м2; р —
60 50 40 30 20 10
I
Ш
оШа
и
и
□ ПЭПА 7
■ ПЭПА 10
□ ПЭПА 11
□ ПЭПА 12
■ ПЭПА 15
□ ПЭПА 20
315 400 500 630 800 1000 1250
Частота нагружения, Гц
плотность, кг/м ; ц — коэффициент поперечного расширения, или коэффициент Пуассона.
В области концентрации отвердителя 15— 20 мае. част рост К3 объясняется снижением плотности и динамического модуля упругости (см. рис. 1), однако последний снижается несоизмеримо больше, чем плотность. В этой связи с ростом концентрации ПЭ ПА происходит усиление звукопоглощающих свойств за счет снижения скорости распространения продольных волн.
На рис. 2 представлены результаты исследований зависимости звукопоглощающих свойств от концентрации отвердителя и частотного на-гружения для полиэфирных композитов.
Проявление звукопоглощающих свойств в КМ связано с сегментальной подвижностью и гибкостью межузловых фрагментов, наличием внутреннего вращения [1,4, 5]. Последнее обусловлено внутримолекулярными формами вращательных движений атомных групп около различных осей. Все вращательные движения (степени свободы) атомных групп около оси полимерной цепи обозначаются как р-процессы [6], которые вызваны вращением групп СН2 и всей эфирной группы
В отличие от эпоксидных, полиэфирные полимеры будут иметь более высокое значение коэффициента звукопоглощения, так как в них рассеяние энергии обусловлено вращением не только групп СН2, но и эфирных групп. В этой связи использование полиэфирных смол для получения композитов с высокими звукопоглощающими свойствами более предпочтительно.
Экспериментальным путем подтверждена эффективность модифицирования эпоксиполи-уретановых матричных композитов добавками простого полиэфира (Сарэл А-04) и полиизоци-аната (Сарэл Б-04) (рис. 3).
Характер изменения концентрационных зависимостей К3 практически идентичен с эпоксидными КМ при нагружении в частотах 800, 1000 и 1250 Гц, 1600 Гц. Усиление звукопоглощающих свойств КМ с ростом концентрации комплексной добавки связано со снижением скорости распространения волн в полимере. Данный эффект сопровождается мощным ростом пористости в структуре композита и снижением его плотности. В результате полимеризации уретанообразующего эпоксиполиэфира с полиизоцианатом образуется вспененный эпоксиполиуретан. Вспененность обусловлена чувствительностью изоцианатного компонента к действию влаги, которая изначально присутствует в уретанообразующем полиэфире, а также сорбируется из окружающего пространства.
Коэффициент поглощения звука, %
315 400 500 630
800 1000 1250 Частота нагру-жения, Гц
Коэффициент поглощения звука, %
60
50
40
30
20
□ С5рал 1,5
■ Сгрэл 2,5
□ Сгрэл 3,75
□ Сгрэл 5
■ Сгрэл 10
315 400 500 630 800 1000 1250
Частота нагружения, Гц
Рис. 3. Влияние концентрации "Сарэл 04" на К} при различных условиях частотного нагружения
Осуществляли эластификацию эпоксидного КМ путем введения низкомолекулярного органического соединения — ДБФ. Результаты экспериментальных исследований влияния концентрации ДБФ на звукопоглощающие свойства эпоксидных полимеров представлены на рис. 4.
Анализ экспериментальных исследований выявил рост К3 при условии нагружения композитов частотах 800, 1000,1250 и 1600 Гц. Данный
Коэффициент поглощения звука, %
эффект обусловлен мощной эластификацией композитной системы, что приводит к снижению скорости распространения звуковых продольных волн.
Проведенные исследования позволили установить экспериментальные и аналитические концентрационные зависимости звукопоглощающих характеристик КМ от количественного содержания матричных компонентов в эпо-
70 60 50 40 30
20 Ю-Й
ш
II
№
И
л
□ ДБФ 2
■ ДБФ 5
□ ДБФ 7.5
□ ДБФ 10
■ ДБФ 12
□ ДБФ 15
315 400 500 630 800 1000 1250 Частота нагружения, Гц
UJ 00
Таблица 1
Концентрационные зависимости свойств эпоксидных и полиэфирных полимеров
Частоты звукового нагруже-ния, Гц Зависимости коэффициента звукопоглощения К^ от концентрации л, масс, част., различных эпоксидных и полиэфирных полимеров
ПЭПА Пероксид № 1 Сарэл 04 ДБФ
315 -0,0002л3 + 0,0078л2 -0,1007л + 0,487 -0,0003л3 + 0,0075л2 -0,0036л-0,1854 -0,0004л3 + 0,005л2 + 0,0016л + 0,1186 -0,0001л3 + 0,0042л2 -0,0339л+0,1645
400 -9 • 10~6 л3 + 0,0006л2 - 0,0104л + 0,0962 0,0015л2-0,0107л + 0,0683 -0,0001л3 +0,0002л2 +0,0194л+ 0,0511 5 • 10"5 л3 - 0,0012л2 + 0,0082л + 0,0461
500 -2-10"5л-3 +0,0005л2 -0,0019л+ 0,0294 -0,0045л3 + 0,0258л2 -0,0308л+ 0,0645 -0,0004л3 + 0,005л2 + 0,0016л + 0,0586 8-Ю"5 л4 -0,0029л3 +0,0339л2 --0,1462л + 0,2287
630 0,0002л3 -0,0068л2 + 0,069л-0,0904 -0,0036л3 + 0,0292л2 -0,0875л+ 0,1869 -0,0004л3 + 0,005л2 + 0,0016л + 0,1386 0,0002л3-0,0052л2 + 0,0307л+ 0,0853
800 -0,0001л3 + 0,0083л2 -0,1493л+0,9476 0,0141л2 -0,073л+0,1392 -0,0004л3 + 0,005л2 + 0,0016л + 0,3186 2-10~5л3 +0,0014л2 -0,0396л+ 0,3335
1000 -0,0007л4 +0,0353л3 -0,6655л2 + + 5,2998л-14,887 -0,0057л3 + 0,0333л2 -0,05л+ 0,1024 -0,0005л3 + 0,0053л2 + 0,0007л + 0,4495 -0,0002л3 + 0,0062л2 -0,0389л+ 0,3609
1250 -0,0005л4 + 0,0274л3 -0,4969л2 + + 3,815л-10,239 -0,0143л3 + 0,1233л2 - 0,29л + 0,346 -0,0001л3 +0,0005л2 +0,0185л+ 0,472 -5-10~5 л4 + 0,0015л3 - 0,011 Зл2 + + 0,0241л + 0,2276
1600 -0,0003л3 +0,0075л2 -0,0036л-0,1854 0,0227л2 -0,1238л + 0,4167 0,0025л3 -0,0507л2 + 0,3269л+ 0,0196 -0,0011л3 + 0,0264л2 - 0,1405л + 0,4671
Таблица 2
Звукопоглощающие свойства разработанных акустических материалов (сплавов) и эталонных аналогов
Разработанные составы акустических материалов, масс.част. Коэффициент поглощения звука, К%
ЭД-20 ПЭПА ДБФ Сарэл-А-04 Сарэл-Б-04
100 20 - - - 45
100 И 12 - - 70
100 И 15 - - 71
100 И - 1,25 1,25 57
100 и - 1,875 1,875 65
100 и - 5,0 5,0 69
Эталонные аналоги (для сравнения):
АА-25 от НПП «Техникал Консалтинг» (Россия) 60
ЬА 25 8-Е от «Персторп-Антифон» (Швеция) 60
ксидном и полиэфирном композите (в мас.част. на 100 мас.част. полимерной смолы) (табл. 1) на разных частотах звуковой нагрузки.
В результате проведенных экспериментальных исследований определены эффективные составы жестких звукопоглощающих материалов при различных условиях частотного нагружения
системы, относящихся к разным классам акустических материалов (табл. 2).
Это позволило разработать более эффективные матричные звукопоглощающие материалы по сравнению с эталонными аналогами при частотном нагружении 1600 Гц (увеличение К3 в среднем на 28 %).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Соломатов, В.И. Вибропоглощающие композиционные материалы [Текст] / В.И. Соломатов, В.Д. Черкасов, Н.Е. Фомин. — Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001. — 96 с.
2. Новиков, В.У. Полимерные материалы для строительства: справочник [Текст] / В.У. Новиков. — М.: Высш. шк., 1995. — 448 с.
3. Вернигорова, В.Н. Современные методы исследования свойств строительных материалов: учебное пособие [Текст] / В.Н. Вернигорова,
Н.И. Макридин, Ю.А. Соколова. — М.: Издательство АСВ, 2003. - 240 с.
4. Промышленные композиционные материалы |Текст| / Под ред. М. Ричардсона,— М.: Химия, 1980,- 472 с.
5. Шур, A.M. Высокомолекулярные соединения [Текст| / А.М. Шур. - М.: Высш. шк., 1980. - 362 с.
6. Бартенев, Г.М. Структура и релаксационные свойства эластомеров |Текст] / Г.М. Бартенев. — М.: Химия, 1979. - 387 с.
УДК621.791.72:621.9.048.7
В.В. Вашенко, Н.И. Шаронов
ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ ПРЕССОВАННО-ШТАМПОВАННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Разнородные сварные соединения алюминиевых сплавов достаточно часто применяются в различных областях промышленности: авиаци-
онной, ракетно-космической, химической, судостроительной и др. Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) в силу своих специфических возмож-
