ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АЛЮМИНИЯ МАРКИ А99 И СПЛАВА Pb+0.03Ag В РЕЗУЛЬТАТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МИКРОСЕЙСМ

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты исследования механических свойств алюминия марки А99 и сплава Pb+0.03Ag, полученных в условиях действия микросейсм и изоляции от них. Для проведения исследований была получена серия сплавов часть которых была изолирована от микросейсмического воздействия земли при получении, а другая часть была получена в условиях воздействия микросейсм. Показано, что изоляция от микросейсм приводит к тому что микротвердость алюминия марки А99 и сплава Pb+0.03Ag повышается в пределах от 3-30% а прочность на равномерное растяжение сплава Pb+0.03Ag, полученных в условиях действия микросейсм, снижаются в среднем на 15%.

ABSTRACT

The article presents the results of a study of the mechanical properties of A99 grade aluminum and Pb+0.03Ag alloy obtained under the action of microseisms and isolation from them. To conduct the research, a series of alloys was obtained, some of which were isolated from the microseismic effects of the earth during production, and the other part was obtained under the influence of microseismus. It is shown that isolation from microseisms leads to the fact that the microhardness of A99 grade aluminum and Pb+0.03Ag alloy increases in the range of 3-30% and the uniform tensile strength of Pb+0.03Ag alloy obtained under the action of microseisms decreases by an average of 15%.

Ключевые слова: вибрация, микросейсм, отливки свинца, микротвердость, прочность на растяжение.

Keywords: vibration, microseism, lead castings, microhardness, strength limit.

Решение проблем разработки новых материалов, изделий и конструкций, в частности на основе металлов играют доминирующую роль в обеспечении новой техникой и технологиями различных отраслей промышленности и сельского хозяйства. В последние годы вопросы формирования физико-механических металлических свойств материалов при воздействии на них внешних природных и техногенных факторов на стадии получения отливок стали весьма актуальными. Такие внешние факторы, как температура, давление, вибрации, имеют особое значение для формирования физико-механических свойств металлов с заданными характеристиками.

В работах [1,2] показано, что внешние механические воздействия влияют на характер пластических деформаций любых материалов как кристаллической (железо, медь, алюминий и т.д.), так и аморфной структуры (пластилин, резина и т.д.). Причем это не только интенсивные механические воздействия, но и слабые естественные и искусственные микроколебания Земли (микросейсмы), воздуха (звук) и т.д. Эти воздействия вызывают полную скачкообразность пластических деформаций всех материалов. Скачки деформаций достигают размеров до десятков микрон, вызывая необратимые (остаточные) подвижки, создавая микродефекты среды, нарушения кристаллической решетки и нитевидных кристаллов металла.

Влияние искусственных вибраций на процессы формирования материалов с заданными свойствами весьма разнообразно по характеру воздействия и широко используется в современной науке, технологиях и производстве. Обширный опыт изучения влияния вибраций на структуру и свойства получаемых материалов, накопленный к настоящему времени, убедительно показывает, что вибрации существенно меняют микротвердость, прочность, упругость, пластичность, электропроводность, коррозийную стойкость и многие другие их физические и химические характеристики [3].

Характер влияния вибраций на структуру и свойства получаемых материалов неоднозначен: вибрации одного вида могут приводить к прямо противоположным результатам – уплотнению и упрочнению при умеренных, достаточно малых амплитудах и частотах, либо к разрыхлению и разупрочнению при интенсивных вибрациях. Один из важных факторов, определяющих характер этого действия, – соотношение между временем релаксации отливок в вязком состоянии и частотами вибраций [4].

Цель настоящего исследования – является разработка новых технологий получения металлических материалов на основе сплава Pb+0.03Ag и алюминия марки А99 с улучшенными механическими свойствами в условиях воздействия микросейсм Земли на стадии кристаллизации.

Для контроля уровня микросейсм в нашей экспериментальной работе использовалась переносная широкополосная сейсмическая станция 45 EDL с 24-битной системой записи информации и короткопериодным (1 Гц) сейсмическим датчиком Mark-L4-C-3D. Запись скоростей колебаний и смешения производилась на бетонном полу в течение примерно 10-15 мин (рисунки 1, 2) в условиях воздействия микросейсм. Минимальная скорость микросейсм на бетоном основании составила 0.18 см/с, максимальная – 8.80 см/с. Минимальная скорость микросейсм при изоляции – 0.10 см/с, максимальная – 4.00 см/с, что свидетельствует об уменьшении амплитуд скоростей микросейсмических колебаний [5].

Рисунок 1. Диаграмма скорости колебания на бетонном полу

Рисунок 2. Диаграмма смешения на бетонном полу

Записи микросейсм при изоляции от микросейсм на бетонном полу приведены в диаграммах (рисунки 3, 4). В диаграммах показано, что на самом деле влияние микросейсмического воздействия на землю вдвое больше, чем на платформе, которая изолирована от микросейсма.

Рисунок 3. Диаграмма скорости колебаний при изоляции от микросейсма

Рисунок 4. Диаграмма смешения при изоляции от микросейсм

Минимальная скорость микросейсм при изоляции – 0.10 см/с, максимальная – 4.00 см/с, что свидетельствует об уменьшении амплитуд скоростей микросейсмических колебаний (рисунки 1.2, 3.4).

Для определения твердости образцов применяли  твердомер ТШ-2М. испытания проведено по стандартной методике. Испытанию подвергались образцы толщиной 10 мм, диаметром 12 мм.

Для определения прочности образцов на растяжение изготовлялись бруски, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда, длиной 300 мм и поперечным сечением 6 х 12 мм. Исследование проведено на разрывной машине марки ZDM-50t в условиях постоянной скорости растяжения.

Технические характеристики приводятся для машин, которые находятся в исполнении стандартного состояния.

Результаты экспериментов

Для изучения изменений микроструктуры алюминия марки A99, нами удается подготовить образец по три пары с действием микросейсм, и изоляция от них определена в приборе ТШ-2 по методу Бринелля.

Таблица 1.

Результаты эксперимента по твердости алюминия марки А99.

Таблица 2.

Результаты эксперимента по определению микротвердости сплава Pb+0,03%Ag

Анализ результатов, приведённых в таблице 1.2, указывает на то, что во всех образцах, полученных в условиях действия микросейсм, обнаружено снижение микротвёрдости в пределах от 3 до 30% .

В следующей работе представлены результаты исследования прочности на растяжение образца сплава Pb+0,03%Ag. Исследование проведено на разрывной машине ZDM-50t. Испытанию подвергались образцы длиной 300 мм, размеры сечение бруска а = 6 мм, b = 12 мм.

Таблица 3.

Результаты исследований прочности на растяжение образца сплава Pb + 0,03%.

Примечание: Результаты испытаний показывают, что действие микросейсм в среднем примерно на 15% снижает прочность отливок.

Заключен

Таким образом, микросейсмы оказывают заметное влияние на некоторые механические свойства отливок Pb+0,03%Ag, полученных в условиях действия микросейсм и изоляции от них. Микротвердость сплава свинца Pb+0,03%Ag и алюминия марки А99 при изоляция от микросейсм повышается от 3-30% а прочность на равномерное растяжение слитков, полученных в условиях действия микросейсм, снижаются в среднем на 15%. Результаты экспериментов могут быть использованы в областях металлургии и машиностроения, в частности для получения отливок и различных деталей. Полученные результаты дают методологические основания для анализа кристаллической структуры и текстуры минералов, которые формируются в условиях естественных микросейсм.

Список литературы:

1. Садовский М.А., Мирзоев К.М., Негматуллаев С.Х., Саломов Н.Г. Влияние механических микроколебаний на характер пластических деформаций материалов. – Изв. АН СССР, сер. Физика Земли, 1981, №6, с. 32-42.
2. Саломов Н.Г. О механическом способе улучшения физико-химических свойств отливок различных твёрдых материалов. – Материалы 9-ой Межд. теплофизической школы, 2014 г. – Душанбе, Москва, Тамбов: ООО «Х.Хасан», 2014, с. 640.
3. Ефимов, В.А. Разливка и кристаллизация стали / Ефимов В.А. -М.: Металлургия, 1976, с. 552.
4. Каримов Ф.Х. Физические характеристики вязкопластического течения расплава алюминия. – Сб. материалов Респ. науч.-практ. конф. «Проблемы материаловедения в Республике Таджикистан». – Душанбе: «Сармад-Компания», 2016, с. 102-103.
5. Маджиди М. Влияние микросейсм на формирование сплава Рb+0.03%Аg на стадии затвердевания: данные рентгенофазового анализа / Каримов Ф.Х., Эшов Б.Б., Шодибеков М.А. // Вестник ТНУ. Серия естественных наук. Душанбе – 2020. –№2 (50), с. 58.