Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий Пирайнен, Виктор Юрьевич

Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий
<
Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Пирайнен, Виктор Юрьевич Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий : диссертация ... доктора технических наук : 17.00.06 Москва, 2005

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Анализ закономерностей развития материало ведения и технологии металлов во взаимосвязи с законами дизайна .

1.1. Материаловедческие и технологические свойства металлов .

1.2. Дизайн литого металла 8

1.3. Дизайн деформированного металла 22

Глава 2. Свойства объекта как первооснова современного дизайна . 29

2.1. Чувственное и логическое восприятие 29

2.2. Внутренние и внешние свойства материала и их взаимосвязь 33

2.3. Основные принципы выбора материала при художественном проектировании металлических изделий 34

Глава 3. Разработка методологических основ выбора материала и технологии в дизайне металлоизделий 36

3.1. Сравнительная оценка цвета металлических изделий 36

3.2. Сравнительная оценка акустических характеристик металлических изделий 61

Глава 4. Разработка технологии реставрации колоколов 79

4.1. Особенности сварки медных сплавов

4.2. Влияние примесей на качество реставрации

4.3. Анализ формирования сварочных напряжений 88

4.4. Моделирование напряженного состояния ремонтного шва колокола 93

4.5. Реставрация колокола Мариинского театра 112

Глава 5. Практическое решение задач по выбору материалов и технологии при изготовлении и реставрации изделий декоративно прикладного искусства .

Выводы 125

Список литературы 126

Приложения

Введение к работе

"Все люди - дизайнеры,

есе, что мы делаем,

практически всегда - дизайн,

ведь проектировать свойственно человеку

в любой его деятельности".

В. Папанек

В своем ежегодном послании Федеральному Собранию президент РФ В.В. Путин заявил, что — «наши цели абсолютно ясны. Это - высокий уровень жизни в стране, жизни - безопасной, свободной и комфортной.»

Решению именно этой задачи посвящена настоящая работа, т.к. дизайн, как осознанный процесс человеческой деятельности, направлен на достижение максимально возможного уровня комфорта среды обитания человека.

В настоящее время дизайн как комплексная междисциплинарная проектно художественная деятельность, интегрирующая естественнонаучные, технические и гуманитарные знания является общепризнанным и приоритетным направлением во всех без исключения сферах жизнедеятельности человека, включая производственную.

Будучи хорошо изученными в художественной сфере, законы дизайна остаются лишь осознаваемыми в технике.

При решении вопроса каким быть вновь создаваемому изделию, дизайнер (инженер, художник) стоит перед выбором - из какого материала оно будет изготовлено и по какой технологии.

Еще в середине XIX века выдающийся немецкий теоретик архитектуры и промышленного искусства Готфрид Земпер (1803-1879 гг.) сформулировал проблему связи эстетики и техники. Он показал, что наука, технический прогресс предоставляют в распоряжение художественной практики такие материалы и способы их обработки, которые «еще не освоены эстетически». Он полагал, что временные сроки, необходимые для эстетического освоения нововведений будут постоянно сокращаться из-за все больших разрешающих возможностей техники и все большего художественного опыта накапливаемого с развитием искусств. Однако за полтора века ситуация не изменилась. Темпы роста промышленного производства связанные с освоением новых технологий и материалов значительно опережают сроки их эстетического освоения. Противоречия между красотой и функциональностью продолжают углубляться, особенно в области экологии. Все это происходит по той причине, что до настоящего времени промышленный дизайн не имеет стройной теории эстетики промышленных материалов и технологий, что, в свою очередь, затрудняет подготовку специалистов в области промышленного дизайна.

Проводимые в последние 10-15 лет работы в этом направлении, как правило, решали узкие конкретные задачи и их результаты могут рассматриваться лишь как предпосылки для создания подобной теории.

Исключение составляет работа М.Л. Соколовой, в которой впервые предприняты шаги по систематизации знаний о металлах и возможности их использования в дизайне в условиях дифференциального восприятия человеком.

Для дальнейшего развития теории необходимо всестороннее изучение закономерностей и основ материаловедения и технологии металлов с позиции дизайна и эстетического восприятия, с целью открытия как общих, так и частных законов дизайна, позволяющих более осознанно продвигаться по пути освоения и развития окружающего мира.

Необходимость постоянного решения этой задачи определяет актуальность настоящей работы.

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ ЯВЛЯЕТСЯ:

Разработка научных материаловедческих и технологических основ дизайна металлических изделий художественного и технического назначения позволяющих оптимизировать процесс их проектирования и изготовления с заданными эстетическими свойствами.

ЗАДАЧИ:

  1. Анализ закономерностей развития материаловедения и технологии металлов во взаимосвязи с законами дизайна.

  2. Анализ свойств и восприятия металлических изделий как первооснова современного дизайна.

  3. Разработка основных принципов выбора материалов и технологии в дизайне металлических изделий.

  4. Разработка критериев и математического аппарата для сравнительных оценок металлов по их колористическим и акустическим свойствам, и принципов классификации металлов по этим свойствам.

  5. Решение задач по реставрации металлических изделий.

Материаловедческие и технологические свойства металлов

История развития цивилизации неразрывно связана с освоением материалов. В этом плане трудно переоценить роль металла. Появление орудий из металла способствовали не только техническому прогрессу (в земледелии, строительстве, ремеслах), но и социальному - образование первых государств совпадает с началом бронзового века.

С металлом первобытный человек познакомился несколько тысячелетий тому назад. Имеются сведения, что примерно за 92 века до н.э. народности населявшие Анатолию (азиатскую часть современной Турции), употребляли медь, найденную в самородном виде. Золотые изделия появились примерно за 60 веков до н.э., а изделия из метеоритного железа -примерно в 30 в. до н.э. [11].

Несмотря на то, что человек начал использовать металл за несколько тысячелетий до н.э., только начиная с XVIII века началось осмысленное изучение всего того, что накопило человечество за это время [12].

Заметную роль в изучении природы металлов сыграли исследования французского ученого Реомюра, который в 1722 году изучал строение зерен в металлах. Его размышления о природе физических процессов, происходящих при термической обработке стали, и сейчас выглядят вполне современными.

Англичанин Григнон в 1775 году обратил внимание на то, что при затвердевании железа иногда образуется столбчатая структура. Он же предположил, что металлы являются агрегатами, состоящими из мелких кристалликов. Ему принадлежит широко известный рисунок дендрита, полученного при медленном затвердевании литого железа. Можно предположить, что Григнон размышлял и о существовании твердых растворов.

В России, кто первым начал научно осмысливать проблемы металлургии, был М.В. Ломоносов. Им написано учебное руководство «Первые основания металлургии или рудных дел» в котором он, описывая металлургические процессы, постарался вскрыть их физико-химическую сущнсйажетных успехов наука о металлах достигла лишь в XIX веке, что связано, в первую очередь, с использованием новых методов исследования структуры металла. В 1831 году П.П. Аносов провел исследования булата на полированных и протравленных шлифах, впервые применив микроскоп для исследования стали. Им была установлена зависимость между свойствами булата и характером узора, тем самым он выявил существенное влияние процесса кристаллизации на качество булата и раскрыл тайну получения булатной стали. В своих работах П.П. Аносов изучил также влияние углерода на структуру и свойства стали, оценил роль ряда других элементов. П.П. Аносов стремился превратить металлургию из ремесла и искусства отдельных умельцев в точную науку [13]. Значительный вклад в развитие металловедения внесли работы английского петрографа Сорби. Он впервые применил методы петрографии к исследованию стали, рассматривая под микроскопом травленые шлифы и фотографируя структуры. В дальнейших исследованиях Сорби использовал большое увеличение, что позволило ему впервые наблюдать перлит. Сорби открыл, что перлит образуется при распаде гомогенной высокотемпературной фазы, причем его образование может подавляться при закалке. Таким образом, он установил существование структурных превращений в стали [14].

Серьезного внимания заслуживают работы А.С. Лаврова и Н.В. Калакуцкого, открывших в 1867 году явление ликвации стали. Важную роль сыграли работы Н.В. Калакуцкого по изучению внутренних напряжений. Он разработал меры по их устранению [15, 16].

В 1868 году великий русский ученый Д.К. Чернов опубликовал знаменитую статью, в которой дал описание основополагающих точек превращения стали. Д.К. Чернов установил наличие полиморфизма железа. Его работы явились исходной предпосылкой для построения диаграммы состояния железо-углерод [17].

Д.К. Чернов первым начал изучать процесс холодной пластической деформации стали. В своих исследованиях он одновременно с Людерсом описал линии скольжения на поверхности деформированной стали.

Важным этапом в изучении строения сплавов явилось установление У.Гиббсом правила фаз и общих принципов равновесия термодинамических систем [18].

Позднее немецкий ученый Рузбум, используя значения критических точек стали Чернова и применяя правило Гиббса, построил классическую диаграмму равновесия Fe - БезС . Эта диаграмма имела исключительное значение для изучения стали.

Значительную роль для развития науки о металлах сыграли работы французского ученого Ф. Осмонда. Большинство его исследований посвящено изучению структуры литой стали, а также исследованию фазовых переходов железа и его сплавов[19, 20]. Р. Аустен установил природу высокотемпературной фазы в системе железо-углерод, т.е. твердого раствора, который впоследствии был назван в его честь аустенитом [21].

Большое значение для развития металловедения имели работы русского ученого Е.С. Федорова, который положили начало самостоятельной науки - кристаллографии [22].

В течении всего XIX века проводились исследования, направленные на разработку новых сплавов. Французский инженер Бертье получил сплавы железа с хромом. Австриец Якоб впервые создал теплостойкую вольфрамовую сталь. Англичанин Гадфильд разработал серию высокомарганцевых и кремнистых сталей.

К началу XX века металловедение сформировалось как самостоятельная наука. В этот период большую роль сыграли исследования немецкого ученого Таммана. Созданная им научная школа провела широкие исследо вания строения различных металлических систем с целью установления природы строения сплавов и условий формирования фаз [23].

Значительный вклад в развитие системного исследования металлических сплавов внес русский ученый Н.С. Курнаков. Метод изучения изменений свойств в зависимости от состава сплава был положен в основу разработанного им физико-химического анализа сплавов. С использованием такого анализа им были построены диаграммы состояния, устанавливающие взаимосвязь между составом и свойствами сплавов [24].

Систематические исследования структурных и фазовых превращений были выполнены известным американским ученым Э. Бейном. Он исследовал распад аустенита при изотермическом отжиге. Ему впервые удалось выделить продукты превращения. Бейном подробно описана структура, получаемая при промежуточных температурах, которая впоследствии была названа бейнитом [25].

Чувственное и логическое восприятие

Человек, обитая в пространстве заполненном предметами материального мира, воспринимает их и окружающую среду одновременно на сознательном (логическом) и бессознательном (чувственном) уровне.

Бессознательное восприятие осуществляется с помощью органов чувств человека и вызывает у него ассоциативное мышление, которое является определяющим при оценке эстетической сущности воспринимаемого объекта. Такая оценка носит субъективный характер, так как каждый человек индивидуален и имеет свой порог чувствительности.

Однако, в соответствии с законами дизайна проектируемое изделие должно быть не только красиво и эстетично, но и быть функциональным, эргономичным, экологически безопасным и т.п. С этой точки зрения объект оценивается с помощью логического мышления на основании комплекса объективных знаний о нем.

Как следует из определения, чувственное восприятие - это ощущения, которые испытывает человек при контакте с объектами материального мира через пять органов чувств: зрения, осязания, обоняния, слуха и вкуса. В качестве инструмента восприятия при этом выступают соответственно: глаза, кожа, нос, уши и язык [95].

С точки зрения эстетического восприятия металлических изделий такие органы чувств как обоняние и вкус практически не задействованы в процессе ассоциативного мышления об объекте и не участвуют в оценке эстетичности изделия. Напротив, зрение, обеспечивающее визуальное восприятие изделия, дает максимальное количество информации для подобной оценки.

Как уже отмечалось в начале главы, чувственное восприятие является сугубо индивидуально и неповторимо, поэтому оно не поддается какому бы то ни было точному анализу. Его нельзя раскрыть средствами познания, но ему необходимо следовать в процессе создания дизайна будущего изделия. Сущность чувственного восприятия состоит в том, что оно всегда остается скрытым от сознания и не поддается описанию «законами прекрасного» [96]. Одними из основных эстетических характеристик изделия, воспринимаемых зрением, являются его цвет и блеск, а также прозрачность материала, из которого это изделие изготовлено. Естественно, что в случае с металлическими материалами прозрачность таковой характеристикой не является. Цвет - это свойство света вызывать зрительные ощущения в соответствии с длиной волны излучаемого или отражаемого света. Блеск - это свойство материала отражать свет в определенном направлении.

Благодаря глазам человек реагирует на свет, который с физической точки зрения представляет собой электромагнитные колебания с длиной волны от 370 до 760нм. Реагируя по разному на разные длины волн, человеческий глаз воспринимает их как разные цвета, при этом он может различать до 10000 оттенков [97]. В видимом диапазоне длин волн красный цвет соответствует более длинным волнам, а фиолетовый - более коротким. За пределами восприятия человеческого глаза находятся инфракрасные и ультрафиолетовые волны.

Различие в восприятии глазом световых волн разной длины характеризуется относительной спектральной чувствительностью Кх, которая определяется как отношение потока света длиной волны Х,=555 нм к потоку света другой длины волны, который вызывает такое же визуальное ощущение, что и поток света длиной волны ,=555 нм. Относительная спектральная чувствительность глаза показывает, какие длины волн, а, следовательно, какие цвета человеческий глаз различает лучше, какие хуже. Так при дневном освещении человеческий глаз лучше различает желто-зеленые цвета, а в сумерках - голубо-зеленые. Таким образом, в зависимости от условий освещения цвет одного и того же материала будет различным, равно как и его зрительное восприятие, которое в свою очередь является определяющим при выборе материала в соответствии с требованиями дизайна изделия.

В большинстве случаев мы видим металлические изделия в отраженном свете. Свет от источника падает на изделие, взаимодействует с металлом и далее, попадая в глаз, вызывает зрительные ощущения. При взаимодействии с металлом изделия свет частично отражается, а частично поглощается им.

Направление отражения света наряду с шероховатостью поверхности определяет блеск металлического изделия. Отражение бывает зеркальным, когда угол падения световой волны равен углу отражения, и диффузионным, когда отражение света происходит в разные стороны [98]. При восприятии окружающего мира звук является одной из его важнейших составных частей, определяющих комфортность и эстетичность предметной среды, в которой находится человек. Основными характеристиками звуковой волны являются амплитуда волновых колебаний и их частота. Человек воспринимает амплитуду колебаний как громкость звука: чем больше амплитуда звуковых колебаний, тем громче звук. Частота звуковых колебаний определяет высоту звука, чем больше частота тем выше звук. Звуковое восприятие предметов окружающей среды определяется соотношением геометрических (форма, размер, толщина предмета) и физических (состав материала, его свойства) факторов. Звуки, издаваемые металлическими материалами, хорошо воспринимаются человеком и поэтому эта материалы используются в качестве источников возникновения звуковых волн. Распространение звука в металлических материалах с более высокой скоростью, чем в большинстве других сред, связано с высокой плотностью и хорошими упругими свойствами этих материалов. Основными осязательными ощущениями являются тактильное, болевое и температурное. Термин «тактильное» обозначает ощущения, вызванные прикосновением. Они связаны с формой, твердостью предмета, рельефом его поверхности. Осязание дает человеку очень много знаний об окружающем мире и может в отдельных случаях заменить недостаток иных ощущений. В основе тактильного восприятия металлических материалов лежит комплекс физико-механических свойств. Плотность металлов зависит от параметров пластичности и прочности, которые характеризуются механическими свойствами. Рельеф поверхности - это основной фактор тактильного восприятия материалов. Под рельефом понимают совокупность форм поверхности, различающихся по очертаниям и размерам. В зависимости от размеров поверхности, на которой проявляются неровности, их подразделяют на волнистые ( 8 мм), шероховатые (8...0,1 мм) и субмикрошероховатые ( 0,1 мм). Шероховатость определяется технологией обработки поверхностей, получаемых в процессе создания формы изделия.

Сравнительная оценка цвета металлических изделий

Предметно-пространственная среда, в которой мы живем, воспринимается нами колористически как проявление существующей и исторически сложившейся цветовой культуры.

У нас в стране имеются объекты дизайнерской деятельности, предметы декоративно-прикладного и монументального искусства, книжной графики, которые являют собой прекрасные образцы колористического совершенства. Создаются новые материалы и воплощаются в них новые цвета.

Однако в нашей повседневной жизни нас окружает цветовой хаос, функционально - информативно - и эстетически-неоправданный.

Можно выделить следующие основные проблемы цветового проектирования. Первая проблема состоит в необходимости научно-методического обеспечения цветового проектирования [98, 99, 100]. Вторая проблема состоит в выявлении специфики проектирования колористики различных объектов. В этой проблеме требуют решения различные задачи: - цветовое моделирование; - культурно-исторические традиции; - цветовые гармонии; - взаимодействие цвета и формы; - профессиональные средства и методы цветового проектирования; - оптимизация проектирования путем использования атласов, стандартных шкал цветов, каталогов с эталонными образцами цвета, цветопод-борных устройств, компьютеров [101,102]. Третья проблема цветового проектирования - создание эстетически-оптимального ассортимента материалов [103].

У нас в стране проводятся работы в области метрологии цвета, используются колориметрические рекомендации для оптимизации процесса разработки рецептур получения цветных материалов. Однако практически ни одна организация не берется за разработку межотраслевых ГОСТов, которые бы дали возможность всем говорить на одном языке, одни и те же цвета разных материалов называть одинаково, иметь унифицированные методы контроля. Речь идет о ГОСТах на методы измерения цвета и цветовых различий, на цветоизмерительные приборы, на методы визуального контроля цвета.

Целью проведения исследований цветовых характеристик медных сплавов является изучение зависимости изменения цвета сплава от количества легирующих элементов и от скорости охлаждения.

Результаты позволят получать изделия с заранее заданным цветом. От цвета поверхности во многом зависит художественная выразительность и целостность произведения. Поэтому стоит вопрос о разработке таких сплавов, которые обладали бы широкой цветовой гаммой и оттенками, но вместе с тем были бы технологичны в работе.

Для проведения исследований цветовых характеристик была использована современная аппаратура для точного измерения цвета. Основные закономерности и зависимости получены на основании математико-статистической обработки экспериментальных данных с использованием ПК.

При реставрации изделий подбор цвета новых деталей осуществляется эмпирически. Иногда после проведения этих операций детали все равно отличаются по цвету. Использование методики количественного определения цвета, знание зависимости «состав — цвет» позволит получать детали необходимого заранее спроектированного цвета. Для получения расплава использовалась индукционная тигельная печь, что обеспечивало: а) высокую производительность, достигаемую благодаря большим зна чениям удельной мощности; б) интенсивную циркуляцию расплава в тигле, необходимую для вырав нивания температуры по объему ванны и получения однородных по химиче скому составу сплавов; в) возможность быстрого перехода с выплавки сплава одной марки на другую; г) возможность проведения плавки при любой атмосфере.

Для плавки использовался графитно-шамотный тигель. Тигли перед установкой в печь должны быть просушены по режиму, гарантирующему отсутствие влаги и трещин, повреждений на поверхности. Стойкость тиглей зависит в значительной степени от условий их предварительной подготовки.

При плавке латуней потери металла в виде угара цинка достигают заметных значений - от 0,5 до 5%. Поэтому применение плавки с минимальным угаром и потерями металла является одним из основных требований при разработке технологии плавки латуней. На поверхности расплава Си - Zn образуется пленка ZnO, однако ее защитные свойства относительно невысокие из-за низкой прочности. В связи с этим при плавке латуней применяют различные защитные покровы. При проведении плавки под древесным углем на поверхности расплава создается восстановительная атмосфера, которая препятствует образованию на зеркале расплава пленки ZnO и тем самым припят-ствует интенсивному испарению цинка.

Особенностью плавки оловянных бронз является образование SnC 2 при взаимодействии олова с кислородом. Наличие включений Sn02 заметно снижает механические и эксплутационные свойства оловянных бронз. Поэтому перед введением олова медь раскисляют фосфором [104].

Фосфор вводят в виде фосфористой меди, предварительно подогретой до 500...700С. Фосфористую медь вводят в расплав меди кусочками при 1150...1200С, перемешивая жидкий металл графитовыми мешалками. После раскисления меди в нее вводят олово, расплав нагревают до 1100... 1200С, затем разливают в формы.

Для исследования цветовых характеристик медных сплавов были изготовлены 14 образцов с различным процентным содержанием олова и цинка. В ходе проведения эксперимента необходимо было выяснить, влияет ли скорость охлаждения сплава на его цвет. Для этого 7 образцов охлаждались в землю, 7 — в кокиль. Основной задачей эксперимента являлось количественное выражение цвета и установление зависимости цвета сплава от количества легирующих элементов. В качестве металлической формы использовался неразъемный вытрях-ной кокиль, изготовленный из чугуна. Перед заливкой на рабочую поверхность металлической формы наносили слой огнеупорного покрытия, который предохранял форму от резкого термического удара при заливке и опасности сваривания с металлом отливки. Перед заливкой кокиль подогревали до температуры не ниже 200С. Температура подогрева зависит от состава заливаемого сплава и толщины стенок отливки.

Особенности сварки медных сплавов

Сварка сплавов на медной основе отличается некоторыми специфическими особенностями от других металлов. Прежде всего, это связано с высокой теплопроводностью этих сплавов. В частности, например, на начальных участках сварного шва возникают затруднения со сплавлением присадочного металла с основным. При интенсивном тепловложении во время сварки возможны местные перегревы, приводящие к прожогу.

Высокий коэффициент линейного расширения меди и сплавов на ее основе приводит к большим деформациям сварных изделий, а при охлаждении металла после сварки это может быть причиной образования трещин. Особенно опасно сочетание высокого коэффициента линейного расширения с провалом пластичности в районе температур порядка 500 С. Поэтому сварку медных сплавов проводят с обязательным предварительным, а иногда и сопутствующим подогревом. Подогрев оловянных бронз производят осторожно с остановками и выравниванием температуры. Обращают особое внимание на подогрев начального участка сварного шва.

Сильное влияние на свариваемость медных сплавов оказывает взаимодействие этих сплавов с газами. Кислород воздуха активно окисляет расплавленный металл, образуя оксид меди Си20. Водород взаимодействует с оксидом. Это особенно часто происходит, например, при неправильной регулировке пламени газовой горелки в случае газовой сварки. Поскольку растворимость водорода в твердой меди по сравнению с жидкой скачкообразно падает, в процессе кристаллизации возможно образование пор и трещин (см. выше).

Кроме того, газовая пористость может возникать при значительном содержании СОг. Для уменьшения насыщения металла газами сварку производят в возможно короткий период, при больших мощностях дуги, на больших скоростях. Используемые при сварке прутки, их покрытия, флюсы содержат интенсивные раскислители, как правило, фосфор.

Медные сплавы отличаются высокой жидкотекучестью. Поэтому их сваривают только в нижнем положении. Допускается угол подъема не более 20. Как правило, используют нижние подкладки: флюс, медные полосы, графит, асбест, стальные полосы. Подкладки плотно поджимают к обратной стороне шва.

Трещина в колоколе - это понятие неоднозначное. Нельзя провести аналогию между трещиной в фарфоровой чашке, которая определяется путем постукивания карандашом, и трещиной в колоколе.

Известно много случаев, когда появление трещин в колоколе резко ухудшало его звучание. Например, в середине уходящего столетия в Эрфурт-ском соборе наблюдали заметное ухудшение благозвучия колокола Величественного массой 11т. Причиной тому были развившиеся трещины, длина некоторых из них доходила до 500 мм.

Однако имеются колокола, в которых специально созданы несплошности в теле колокола. Такой экземпляр имеется в музее Коломенское. В Рыбинске изготавливают сувенирные колокольчики с прорезями, которые звучат очень мелодично.

Известна рекомендация, как использовать колокол, в котором возникла трещина. Трещину механически разделывают так, чтобы стенки во время звучания не соприкасались. Отмечено, что при этом звук становится выше первоначального.

Таким образом, наличие несплошности в теле колокола не означает отсутствие его звучания. Но, совершенно очевидно, что появление трещины приводит к искажению первоначального звука.

В настоящей работе не ставилась задача решать акустические проблемы. Необходимо было выбрать наиболее надежный вариант сварки для того, чтобы устранить трещину реального колокола.

Была принята следующая схема проведения эксперимента. Объектом исследований явилось литое било. Первоначально зафиксировали его акустические характеристики. Затем по очереди искусственно создавали имитацию трещин путем разрезки вулканитовым кругом. Било разрезали от центра по диагонали до каждого из четырех углов Толщина резки составляла примерно 2 мм. После каждой разрезки записывали акустические характеристики била «с трещиной». Затем заваривали этот рез и вновь определяли акустические характеристики. Всего было опробовано четыре варианта сварочной технологии: 1. Ацетиленокислородная сварка с использованием специально приготовленных прутков того же самого металла, что и било. 2. Аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом (присадочный материал - бронза БрОФ 6,5 - 04, размер прутка -0 0,3 мм, сила тока 200 А, напряжение 20 В, расход газа 9 л/мин). 3. Ручная сварка штучными электродами марки 03 Б - 2М. Сила тока 180A, напряжение 24 В, длина дуги - 3 мм. 4. Пайка твердыми припоями с использованием ацетилено-кислородного пламени. Флюс - плавленая бура, припой - оловянисто-кремниевая латунь ЛОК. Сопоставление результатов проведенных экспериментов (микроструктура шва и околошовной зоны, акустические характеристики после заварки трещин и другие) остановило выбор на аргонодуговой технологии.

Похожие диссертации на Материаловедческие и технологические основы дизайна художественных и технических изделий