Металлурги знают, что одна из основных <болезней>
металла - это наличие в нем газов. Даже ничтожное количество (сотые и
даже тысячные доли процента) газовых и неметаллических примесей в
металлах и сплавах снижает их прочность и пластичность, что,
естественно, сказывается потом на дальнейшей обработке (прокатке,
штамповке, например) и качестве изготовленных из них изделий. Избежать
такого <заболевания> можно с помощью все того же ультразвука. Под
действием ультразвуковых колебаний из расплава выделяется растворенный в
нем газ и <изгоняются> неметаллические включения. Этот процесс
металлурги назвали дегазацией.
Ультразвуковая обработка металлов один из новых эффективных способов,
применяющихся в металлургии для улучшения качества металлов. Облучение
ультразвуком расплавленного металла приводит к заметному измельчению
зерна и уменьшению пористости. Кроме того, ультразвук повышает
механические свойства затвердевших расплавов и намного улучшает
способность металла к пластической деформации.
Известно, что большинство металлов и сплавов в процессе литья активно
взаимодействуют с газами. Но особенно старательно и, можно сказать,
жадно это делает алюминий. Причем из всех газов, попадающих в
расплавленный алюминий и его сплавы, 80 процентов приходится на долю
водорода. Избавляться от водорода и от других примесей помогает
ультразвук, вызывающий в расплавленном металле кавитацию. Именно она
ускоряет процесс выделения газовых пузырьков, то есть ускоряет
дегазацию. Дегазирующее действие ультразвука возрастает с увеличением
количества кавитационных зародышей - мельчайших газовых пузырьков и
нерастворенных примесей.
При дегазации алюминиевых сплавов немаловажную роль играют интенсивность
ультразвука и материал, из которого сделан излучатель ультразвуковых
колебаний. Материал должен сам обладать способностью вступать в
соединение с водородом, или, как говорят, быть гидрообразующим. Между
тем известно, что таким свойством обладают титан и другие химические
элементы этой группы. Титан, введенный в расплав даже в очень небольшом
количестве (0,005 процента), поглощает много водорода.
Использование инструмента из титана, ниобия, молибдена при дегазации
алюминия или его сплавов желательно и по другой причине. Поскольку
поверхность излучателя ультразвуковых колебаний, введенного в жидкий
металл, под воздействием кавитации разрушается, то это на первый взгляд
вредное явление можно обратить в полезное, подобрать соответствующий
материал для излучателя. Титан, ниобий, молибден или какие-либо другие
элементы, переходя из инструмента в расплав и равномерно распределяясь
по всему объему расплава, придают ему те свойства, которые нужны,
желательны.
Разработанный в Советском Союзе новый технологический процесс дегазации
алюминиевых сплавов ультразвуком нашел широкое применение. Центральным
научно-исследовательским институтом технологии машиностроения
разработаны ультразвуковые дегазаторы серии УЗД. Принцип действия их
одинаков, различие состоит только в конструктивном исполнении и
производительности. Один из промышленных ультразвуковых дегазаторов, а
именно УЗД-200М, обрабатывает алюминиево-магниевые расплавы в тигле или
ковше емкостью 50-200 килограммов. Головка дегазатора состоит из четырех
магнитострикционных преобразователей. Другой промышленный дегазатор -
УЗД-ЗОО - выполнен на восьми преобразователях.
Одной из новых областей применения ультразвука является процесс
кристаллизации, определяющий качество готовых деталей, особенно таких,
которые получаю методом литья. Если расплавленный кристаллизирующийся
металл обработать ультразвуком, произойдет измельчение зерен, уменьшится
пористость, а структура отливки будет более равномерной. Впервые идею
механического <встряхивания> расплава для улучшения качества металла при
его кристаллизации высказал известный русский металлург Д. К. Чернов. В
1935 год С. Я- Соколов предложил воздействовать ультразвуком на процесс
затвердевания расплавленных металлов.
Опытами установлено, что механическая вибрация сообщенная расплаву в
процессе затвердевания, улучшает его свойства. Механические колебания
звуковой и особенно ультразвуковой частоты оказывают наибольшее
воздействие, так как, кроме механического встряхивания, на
кристаллизующийся расплав накладывается ряд физических воздействий,
способствующих измельчению литой структуры, что имеет большое значение
для] получения материалов с улучшенными физико-химическими
характеристиками.
У отливок, обработанных ультразвуком в процессе кристаллизации,
значительно повышаются механические! свойства. Чугун, например,
становится прочнее, сопротивление разрыву возрастает более чем в три
раза. Kpoме того, после такой операции металл почти не поддается
коррозии. Важно, что обработанный таким образом! чугун приобретает
свойства стали, а по некоторым данным даже превосходит ее.
Ультразвук применяется и при обработке металлов и сплавов в твердом
состоянии. Он улучшает физико-механические, технологические и
эксплуатационные свойства! металлов и сплавов и ускоряет процессы
термической и химико-термической обработки. Когда производят закалку,
ультразвуковые колебания повышают охлаждающую! способность закалочной
жидкости, разрушают паровую рубашку, возникающую вокруг закаливаемой
детали, а также повышают механические свойства и прокаливаемость стали.
Закалке с помощью ультразвука поддаются не только стали, но и твердые
сплавы, при этом значительно повышается их прочность.
Все большее значение в промышленности приобретает порошковая
металлургия. Детали различных машин, юлученные под очень большим
давлением из металлического порошка, не требуют дополнительной
механической обработки - они сразу поступают на сборку. Небольшая доза
ультразвукового облучения в процессе переработки металлического порошка
намного повышает физико-механические свойства <спекаемых деталей>.
Крупинки металла под воздействием ультразвуковых колебаний как бы
<встряхиваются>, каждая из них находит свое место в общей массе, плотно
прилегает к соседним. Естественно, что после этого отпадает
необходимость уплотнять порошок слишком высоким механическим давлением.
Повышение производительности труда в машиностроении, металообработке и
многих других областях промышленности во многом зависит от уровня
инструментального производства, от широкого применения алмазов. Но
алмазы очень дороги. К тому же долгое время возможности алмаза полностью
не использовались, так как не было хорошей связки зерен алмаза с
металлом инструмента. При повышенных нагрузках алмаз крошится, не
успевая сработаться и на 30 процентов.
В разрешении инструментальной <алмазной> проблемы большую роль сыграл
ультразвуковой метод получения сплавов. По этому методу металлурги стали
получать синтетические дисперсные сплавы, обладающие надежной
металлической связкой. В инструменте из таких сплавов алмаз держится
прочно, не крошится и при эксплуатации срабатывается почти до конца.
Ультразвуковой метод получения металлической связки позволил применить
алмазные инструменты для обработки различных материалов, включая такие,
как жаропрочная сталь, твердые сплавы, чугун, неметаллические изделия из
феррита, фарфора, стекла и т. п.
Каждый знает, что трение - <больное место> машиностроителей и
эксплуатационников. В борьбе с ним используются многие средства, прежде
всего смазка. Можно представить себе, сколько различных смазочных
материалов нужно для удовлетворения нужд современного машинного парка в
промышленности, на транспорте и т. д. Совершенно очевидно, что создание
материалов не требующих смазки,- насущная задача. Поиски здесь ведутся
во многих направлениях. Одно из них - сделать самосмазывающимися
материалы, которые давно используются в машиностроении для изготовления
втулок, под шипников. Например, пропитать бронзу графитом. Но задача эта
не простая, и тем не менее ее удалось решить благодаря ультразвуку. Он
смог соединить между собой эти полярные вещества. Так удалось создать
материал, обладающий отличными антифрикционными свойствами. Детали из
него, например, на тепловозах работают в 10 раз дольше, чем прежние
углеграфитные уплотнения. Точно таким же методом удалось получить еще
один антифрикционный материал. Его <составили> из алюминия и свинца (до
одного процента ко всей массе вновь полученного материала). Свинец,
введенный в сплав обычными методами, сохраняет самостоятельность и не
вступает в химические соединения. При ультразвуковой! технологии свинец
в считанные минуты равномерно распределяется по всему объему алюминия.
Изготовленные из такого материала подшипники намного устойчивее в
работе. Переход на новые подшипники позволит сэкономить много средств.
Полученный антифрикционный материал очень перспективен, особенно в
устройствах и агрегатах, где подшипники испытывают огромные нагрузки и
где нужна высокая точность.
"Звук, ультразвук, инфразвук" автор: И.Г. Хорбченко, Издательство
"Знание" Москва 1986 год.
