Аннотация 2
Введение 5
1 Литературный обзор 7
1.1 Алюминиевый сплав Д16Т 7
1.2 Технологии с применением ультразвука 8
1.3 Волноводы 10
1.4 Проектирование ультразвуковых колебательных систем 12
1.5 Методика расчёта волноводов 13
1.6 Резьбовые соединения и нагрузки 14
1.7 Разрушение твёрдых тел во время действия циклических нагрузок 17
1.8 Механизмы разрушения твёрдых тел при циклических нагрузках 20
1.9 Разрушение волноводов 22
2. Материал и методики исследования 23
2.1 Материал изделия 23
2.2 Подготовка образцов к экспериментам 24
2.3 Методики проведения испытаний на растяжение 25
2.4 Методики исследования структуры сплавов 27
2.5 Методики макро - и микрофрактографических исследований 27
2.6 Методики исследования математической модели 28
3. Результаты исследования и их обсуждения 31
3.1 Анализ структуры сплава Д16Т-1 31
3.2 Анализ структуры сплава Д16Т-2 34
Заключение 38
Список используемой литературы 39
Одной из актуальных проблем современной промышленности является, как создание новых, уникальных, так и модернизация уже существующих технологий производства. Для достижения модернизации большого количества технологических процессов одну из ведущих ролей играет применение технологий, действие которых основано на использовании ультразвуковых колебаний. Ультразвуковые технологии применяются во многих сферах жизнедеятельности человека, поэтому основные процессы, На сегодняшний день основные процессы, реализуемые и интенсифицируемые при помощи высокоэнергетических ультразвуковых колебаний, принято разделять на три группы, в зависимости от вида среды, в которой они реализуются.
К первой группе относят все процессы, в которых в качестве обрабатываемой среды выступают твердые и термопластичные материалы. К процессам в данной группе относится УЗ сварка. В настоящее время с помощью ультразвуковых колебаний высокой интенсивности производится сварка полимерных термопластичных материалов. Сварка полиэтиленовых тюбиков, коробок, банок обеспечивает отличную герметичность. В отличие от других способов, с помощью ультразвука можно варить загрязненные пластмассы, трубки с жидкостью. При этом содержимое стерилизуется. С помощью ультразвуковой сварки производится сварка тончайшей фольги или проволоки к металлической детали. Причем УЗ сварка является холодной сваркой, поскольку шов формируется при температуре ниже температуры плавления. Таким образом, соединяются сваркой алюминий, тантал, цирконий, ниобий, молибден.
Ко второй группе - процессы, связанные с обработкой жидких сред. Например, ультразвуковая очистка. Сегодня существует множество способов очистки поверхностей от различных загрязнений. УЗ очистка является наиболее быстрой, она обеспечивает высокое качество и отмывает труднодоступные участки. При этом обеспечивается замена высокотоксичных, огнеопасных и дорогих растворителей обычной водой. С помощью высокочастотных ультразвуковых колебаний производится очистка автомобильных карбюраторов и инжекторов за несколько минут. Причина ускорения очистки в кавитации, особом явлении, при котором в жидкости образуются мельчайшие газовые пузырьки, создают мощные гидропотоки, которые вымывают всю грязь. На этом принципе существуют сегодня стиральные машины и малые установки мойки. Ультразвуковое воздействие в жидких средах уничтожает микроорганизмы и поэтому широко используется в медицине и микробиологии. Третья группа - это интенсификация процессов в газовых средах. Известно, что металлы при плавлении поглощают газы алюминия и его сплавы. Это приводит к ухудшению качеств металла. Газы удается удалять с помощью УЗ, что позволило в нашей стране создать специальный технологический цикл и широко использовать его при производстве металлов. Для определенных видов работ и задач требуется использование специальной ультразвуковой техники, которая в свою очередь может требовать использования сложных форм волноводов, проектирование которых является непростой задачей и требует достаточно времени. Чем выше требования у технологического задания, тем выше сложность и себестоимость волновода.
Цель работы - изучить причины, механизмы отказа ультразвуковых колебательных систем на базе магнитострикторов с учётом выбранного материала.
Задачи:
• литературный обзор на данную тематику;
• описание методик, оборудования и исследуемых объектов;
• анализ полученных результатов и получение информации касательно причин выхода из строя волноводов.
Бакалаврская работа посвящена актуальной проблеме анализа причин отказов ультразвуковых колебательных систем на базе магнитострикторов из алюминиевого сплава Д16Т.
В волноводе №1 на базе Д16Т обнаружен необычный микрорельеф поверхности, который напоминает усталостный, состоящий из полос, которые напоминают усталостные бороздки, которые расположены параллельно фронту распространения усталостной трещины, где между такими полосами и перпендикулярно к ним располагаются мелкие усталостные бороздки.
Природу данного формирования и необычного микрорельефа структуры сплава Д16Т еще предстоит выяснить в дальнейшей исследовательской деятельности, где будет проведен дополнительный микроскопический анализ структуры.
Причиной разрушения волновода №2 на базе Д16Т является зарождение трещины при мегацикловой усталости, которое как известно происходит у дефектов металла. Отсюда следует вывод: к металлу, из которого изготовляют ультразвуковые волноводы должны быть предъявлены повышенные требования к качеству и чистоте металла.
Технические рекомендации:
• упрочнение ультразвуковых волноводов методами ППД;
• снижение конструктивных концентраторов напряжений в резьбовых соединениях;
• повышенный контроль материала на наличие внутренних дефектов в структуре материала.
Применяя данные рекомендации на предприятиях в условиях массового производства, значительно увеличится долговечность ультразвуковых колебательных систем и волноводов, применяемых при ультразвуковой сварке в условиях массового производства.
