способ восстановления звуковых характеристик металлического литого ударного музыкального инструмента

Формула изобретения

1. Способ восстановления звуковых характеристик металлического литого ударного музыкального инструмента, заключающийся в том, что инструмент нагревают в газовой среде при давлении 1000-2000 атмосфер до температуры пластической деформации материала инструмента и выдерживают в течение не менее одного часа, затем давление снижают в 2-3 раза и выдерживают не менее 3 ч, после чего проводят сброс давления до атмосферного с последующим снижением температуры до комнатной в течение времени, достаточного для рекристаллизации материала инструмента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что его проводят в нейтральной газовой среде, например в среде инертного газа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к восстановлению поврежденных металлических изделий, в частности к способам восстановления звуковых характеристик металлических литых ударных музыкальных инструментах, возникающих как при эксплуатации изделий, так и при их изготовлении, и может быть применено в колокольном деле для исправления дефектов колоколов, улучшения акустических свойств и повышения прочностных данных колоколов, используемых для звона.

Известен способ устранения пористости в отливке металлических корпусов колоколов литьем выжиманием с кристаллизацией под давлением (патент RU № 2307402, кл. G01K 1/00, опубл. 27.09.2007 г.). Способ позволяет избежать появления трещин в процессе литья колокола. Однако способ не может быть применим для устранения внутренних дефектов уже отлитых изделий.

Известен способ устранения трещин в поверхностном слое металлической детали, включающий нагрев детали в муфельной печи и последующее оплавление трещины лазерно-дуговым источником (патент RU № 2056253, кл. В23Р 6/04, опубл. 20.03.1996). Данный способ имеет ограниченное применение, так как позволяет устранять трещины в деталях простой формы; данный способ, например, не позволяет устранять трещины в крупногабаритных изделиях сложной формы, к которым можно отнести и колокольные изделия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ устранения трещин в поверхностном слое детали, включающий нагрев детали при температуре не ниже 970°С в газовой среде, содержащей хлориды никеля, после нагрева проводят алитирование или хромоалитирование при температуре не ниже 400°С и затем осуществляют пластическую деформацию алитированного или хромоалитированного слоя газовой средой под давлением не ниже 30 МПа при температуре не ниже 600°С (патент RU № 2305027, кл. В23Р 6/00, опубл. 27.08.2007 г.).

Данный способ также имеет ограниченное применение, так как не позволяет устранять внутренние дефекты в виде несплошностей, раковин, трещин, газовых пустот литых металлических изделий, в частности, колоколов и других литых ударных музыкальных инструментов.

Как видно из приведенных аналогов, проблема заключается в том, что церковные и другие колокола на протяжении многих веков изготовляются методом литья (в основном из колокольной бронзы и чугуна) и обязательно имеют внутренние дефекты в виде несплошностей: трещины, пузыри, раковины, шлаковые включения и т.д. Эти дефекты ухудшают акустические характеристики колокола (тембр, чистоту и время звучания) и его работоспособность, так как любая несплошность является концентратором напряжений, которые ускоряют раскол колокола при звоне в него. Поэтому в зависимости от качества литья и условий эксплуатации колокол мог прослужить один день, а мог и целые столетия.

Задачей изобретения является разработка способа восстановления звуковых характеристик металлических литых ударных музыкальных инструментов для получения красивого чистого звука.

Поставленная задача решается предлагаемым способом восстановления звуковых характеристик металлического литого ударного музыкального инструмента, заключающимся в том, что инструмент нагревают в газовой среде при давлении 1000-2000 атмосфер до температуры пластической деформации материала инструмента и выдерживают в течение не менее одного часа, затем давление снижают в 2-3 раза и выдерживают не менее 3 часов, после чего проводят сброс давления до атмосферного с последующим снижением температуры до комнатной в течение времени, достаточного для рекристаллизации материала инструмента.

Способ проводят в нейтральной газовой среде, например в среде инертного газа.

Сущность изобретения заключается в следующем. Литой ударный музыкальный инструмент, например колокол, помещают в термостат, который заполняют нейтральной газовой средой, например аргоном. На фиг.1 приведена диаграмма изостатической обработки колокола. Изделие нагревают в нейтральной атмосфере при повышении давления до 1000-2000 атмосфер до достижения температуры пластической деформации материала изделия. На диаграмме это соответствует интервалу времени Т₀-Т₁. Для каждого материала это свой показатель. Так, например, колокольная бронза достигает пластической деформации при 520-620°С. При достигнутой температуре изделие выдерживают в течение определенного времени, (T₁ -T₂), но не менее одного часа. При этом в период Т ₁-Т₂ проходит обжатие изделия, достигшего пластической деформации. Сначала обжатие проводят при давлении 1000-2000 атмосфер (Т₁-Т₂), затем изделие обжимают при давлении в 2-3 раза ниже первоначального в течение не менее трех часов (Т₂-Т₃). Это позволяет снизить технологические затраты на обслуживание термостата, но сохранить условия для начала рекристаллизации материала. При выдержки менее трех часов устранение внутренних дефектов в материале колокола может пройти частично, что не позволит достичь желаемого качественного результата. Далее следует сброс давления до атмосферного, прекращение нагрева и остывание изделия в термостате до комнатной температуры (Т ₃-Т₄). Проходит рекристаллизация материала несплошности, и материал становится наподобие кованному. На фиг.2 приведена увеличенная фотография колокольной бронзы после обработки заявляемым способом (псевдокованый сплав).

График температурного режима разрабатывается индивидуально для каждого колокола с тем, чтобы на первом этапе облегчить пластическую деформацию, а затем правильно осуществить рекристаллизацию сплава с целью восстановления акустических свойств колокола.

Для экспериментального подтверждения был взят старый колокол из колокольной бронзы, изготовленный в России примерно в конце XIX века, с диаметром на срезе - 545 мм, весом - 99 кг (~ 6 пудов) (фиг.3). Колокол звучал плохо, длительность звучания была не более 10 секунд, что явно недостаточно для колокола такого веса. Снятые акустические характеристики подтверждали плохое состояние колокола, что показано на диаграммах фиг.4 (частотная диаграмма через 0,1 сек после удара) и фиг.5 (диаграмма затухания звука колокола). Частота унтертона - 301,70 Гц (нота Pel +46), угол затухания ~ 60 градусов. Звук снимали лазерным мини-дисковым магнитофоном MZ-R909 с помощью электретного конденсаторного микрофона ECM-MS907 с последующей расшифровка записей звука на компьютере с помощью программы «Спектра-плюс». Колокол поместили в термостат, последний заполнили аргоном и выдержали колокол при температуре 610-620°С и давлении аргона 1500 атм в течение 3 часов. Затем давление в термостате снизили до 500 атм, и при температуре 610-620°С продолжили процесс выдержки в течение 5 часов. После этого давление сбрасывали до атмосферного, и колокол остывал вместе с термостатом до комнатной температуры (около 12 часов). В эксперименте использовали термостат швейцарской фирмы "ABRA" с габаритами загрузочной корзины: диаметр - 700 мм и высота - 1500 мм. Осмотр колокола после ремонта показал, что внешний вид и размеры не изменились (фиг.6). При этом звучание стало заметно лучше и дольше, звук ровный с еле заметными биениями. Окончательную оценку исправления внутренних дефектов колокола дал анализ его акустических характеристик до и после ремонта. На фиг.7 показана частотная диаграмма звучания колокола после устранения внутренних дефектов колокола, а на фиг.8 и фиг.9 - диаграммы затухания звука этого колола (на фиг. показана трехмерная диаграмма). Из этих диаграммы видно, что унтертон несколько изменился 309,52 Гц (нота # Pel -9), как и должно быть, в большую сторону (на 45 центов, т.е. почти на четверть тона). Соответственно изменились и остальные обертона. Длительность звучания увеличилась. Угол затухания увеличился с 60 до 82 градусов

Таким образом, заявляемый способ позволяет устранить внутренние дефекты в виде несплошностей: трещины, пузыри, раковины, шлаковые включения и т.п., в металлических ударных музыкальных инструментах. Это улучшает акустические характеристики колокола (тембр, чистоту и время звучания) и его работоспособность. В результате такой обработки колокола при той конфигурации и составе материала приобретают идеальное звучание, а их срок службы увеличивается во много раз.

Проведенный эксперимент показал, что заявляемый способ применим и для «лечения» старых колоколов, в которых помимо первоначальных дефектов увеличивается рыхлость и накапливаются напряжения в результате естественного старения материала.