Введение к закалке чугуна

Чугун занимает одно из ведущих мест среди конструкционных материалов, причем наблюдается устойчивая тенденция увеличения объемов использования наиболее высококачественных его марок. Это объясняется лучшими литейными и технологическими свойствами чугуна по сравнению со сталью, более низкой температурой плавления, хорошей обрабатываемостью резанием.

Представляя собой многофазную и многокомпанентную систему, составляющие которой можно целенаправленно изменять, этот материал позволяет получать широкий спектр состояний структуры и свойств.

Чугун обладает уникальными, присущими только ему особенностями.

Так, наличие графитных включений обеспечивает хорошие антифрикционные свойства, способность быстро гасить вибрации и резонансные колебания, малую чувствительность к надрезам, меньший, чем у стали удельный вес, повышенную теплопроводность.

Все это обуславливает широкое применение чугуна для изготовления таких ответственных изделий, как блоки цилиндров, коленчатые и распределительные валы. Тормозные барабаны, диски сцепления, поршневые кольца.

Что такое явление резонанса: частота колебаний

Чтобы проще понять, что такое резонанс, вспомните такую нехитрую и приятную забаву, как катание на подвесных качелях. Один человек сидит на них, а второй раскачивает.

И прикладывая совсем небольшие силы, даже ребенок может очень сильно раскачать взрослого. Как он этого добивается? Частота его раскачиваний совпадает с частотой качающегося, возникает резонанс, и амплитуда раскачиваний сильно возрастает. Как-то так. Но обо всем по порядку.

Частота колебаний это количество колебаний за одну секунду. Измеряется она при этом не в разах, а в герцах (1 Гц). То есть, частота колебаний в 50 герц означает, что тело совершает 50 колебаний в секунду.

В случае вынужденных колебаний всегда есть самоколеблющееся (или в нашем случае качающееся) тело и вынуждающая сила. Так вот эта сторонняя сила действует с определенной частотой на тело.

И если его частота будет сильно отличаться от частоты колебаний самого тела, то сторонняя сила будет слабо помогать телу колебаться или, говоря научно, слабо усиливать его колебания.

Например, если пытаться раскачать человека на качелях, толкая его в момент, когда он летит на вас, вы можете отбить себе руки, скинуть человека, но вряд ли сильно его раскачаете.

А вот если раскачивать его, толкая в направлении движения, то нужно совсем немного усилий, чтобы добиться результата. Вот это и есть совпадение частоты или резонанс колебаний. При этом сильно возрастает их амплитуда.

Примеры резонансных колебаний: польза и вред

Так же и при катании на другом варианте качелей в виде доски на подставке проще и эффективнее отталкиваться ногами от земли, когда ваша сторона качелей уже поднимается, а не когда она опускается.

По этой же причине застрявшую в ямке машину постепенно раскачивают и толкают вперед в моменты, когда она сама двигается вперед. Так значительно повышают ее инерцию, усиливая амплитуду колебаний.

Можно приводить множество подобных примеров, которые говорят о том, что мы на практике очень часто применяем явление резонанса, только делаем мы это интуитивно, не догадываясь, что применяем правила физики.

Выше говорилось о полезности явления резонанса. Однако, резонанс может и вредить. Иногда возникающее увеличение амплитуды колебаний может быть очень вредным. В частности, мы говорили о роте солдат на мосту.

Так вот были несколько случаев в истории, когда под шагами солдат реально разрушались и падали в воду мосты. Последний из них произошел около ста лет назад в Петербурге. В таких случаях частота ударов солдатских сапог совпадала с частотой колебаний моста, и мост рушился.

Именно поэтому, на основе горького опыта, было введено правило для солдат сбрасывать шаг, заходя на мост.

В последнее время технологии изготовления изделий из чугуна претерпевают серьезные изменения в связи с возросшими требованиями к качеству заготовок и уровню их свойств.

Существуют четыре традиционных пути повышения уровня механических свойств и качества чугуна:

1. совершенствование технологии выплавки;

2. легирование;

3. модифицирование;

4. термическая обработка (в частности, изотермическая закалка, которая позволяет достичь показателей прочности 1000-1200 МПа при удлинении 2-10%).