Алюминий қорытпалары құймаларының құрылымына балқыманың салқындауының әсері
Мазмұны
Кіріспе
3
1
Алюминий қорытпаларын модификациялау және кристалдау процесінің теориялық негіздері
6
1.1
Алюминий қорытпалары құймаларының құрылымына балқыманың салқындауының әсері
14
1.2
Алюминий қорытпаларының кристалдану процесіне, құрылымы мен қасиеттеріне химиялық құрамының әсері
16
1.3
Құймалар құрылымының қалыптасу заңдылықтары
18
1.4
Алюминий мен оның қорытпаларын түрлендіруге арналған лигатуралар
20
2
Зерттеу әдiсi
23
2.1
Металды микроскопта металлографиялық зерттеу
2.2
Mетaлл системaлaрының фaзaлық диaгрaммaларын тұрғызудың есептеу және тәжiрибелiк әдiстерi
27
2.3
Көп кoмпoнентті жүйелердiң фaзaлық диагрaммaларын кoмпьютерлiк есептеу әдiстерi
29
2.4
Жoғaры берiктiктiaлюминий қoрытпaлaры
32
2.5
Al-Cu-Mg легiрлеу жүйесi
33
3
Aloro (1960) қорытпаны Zr-мен легірлеу процесін зерттеу
36
3.1
Al-Zr чушка лигатурасымен Aloro (1960) қорытпасын легірлеу
36
3.2
Al-Zr түйіршікті лигатурасымен Aloro (1960) қорытпасын легірлеу
41
3.3
Фазалық диаграмманың политермиялық қимасын есептеу және тәжірибелік зерттеу
42
4
Al-TiC наномодификаторлары қосылған өнеркәсіптік алюминий қорытпаларының макроқұрылымын термиялық талдау және зерттеу
44
4.1
Модификацияланған қорытпаларды термиялық талдау нәтижелері
46
4.2
Қорытпалардың макроқұрылымын талдау нәтижелері
49
Қорытынды
52
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
54
Кіріспе
Al-Zn-Mg-Cu жүйелеріне негізделген алюминий қорытпалары механикалық, коррозиялық және құрылымдық қасиеттердің жақсы үйлесуіне байланысты қазіргі заманғы авиациялық құрылыста кеңінен қолданылады.
Осы қорытпалардан жоғары сапалы жартылай фабрикаттарды тұрақты алу әлі де өзекті міндеттердің бірі болып табылады. Бұл жартылай фабрикаттардың механикалық, коррозиялық және құрылымдық қасиеттеріне қойылатын талаптар үнемі өсіп отыратындығына байланысты. Бұл, ең алдымен жоғары сапалы үлкен құймаларды қажет етеді, олар эквивалентті ұсақ түйіршікті біртекті құрылыммен сипатталады.
Қазіргі уақытта үздіксіз құю арқылы алынған алюминий қорытпаларының құймаларында дәнді ұнтақтау үшін шетелдік өндірістің A1-Ti-B және A1-Ti-C шыбықтарын өзгертетін лигатуралар қолданылады. Алайда, өндірістік тәжірибе көрсеткендей, осы лигатураларды қолданған кезде құйманың бүкіл көлемінде ұсақ түйіршікті және біртекті құрылымды алу әрдайым мүмкін емес. Мұның себептері лигатуралардың өзіңде, оларды балқымаға енгізу технологиясында да жатыр. Қазіргі жағдай алюминий қорытпаларын модификациялау процесін одан әрі зерттеу қажеттілігін көрсетеді.
Құймалар мен жартылай фабрикаттардың құрылымы мен қасиеттерін қалыптастыруда қорытпаның химиялық құрамы маңызды рөл атқарады. Нормативтік құжаттарға сәйкес әр қорытпаның химиялық құрамы жеткілікті кең ауқымда өзгеруі мүмкін. Іс жүзінде қорытпадағы легірлеуші элементтер құрамының нақты мәні эмпирикалық түрде "сынақ және қателік"әдісімен таңдалады.Көбінесе қорытпадағы легірлеуші элементтердің қатаю фазаларының құрамын қалыптастыру тұрғысынан қатынасы ескерілмейді. Көптеген жағдайларда қорытпадағы легірлеуші элементтердің мазмұны шамадан тыс және теңгерімсіз болып табылады. Нәтижесінде жартылай фабрикаттардың қасиеттері артық фазалардың едәуір көлемдік үлесінің пайда болуына байланысты тұрақсыз және қажетті мәндерден төмен болады. Осыған байланысты нормативтік құжаттаманың рұқсаттары шегінде қорытпаның химиялық құрамын таңдау тәсілін әзірлеу талап етіледі.
Жоғарыда айтылғандардың бәріне сүйене отырып, алюминий қорытпаларын легірлеу мен модификациялауды зерттеудің ғылыми және қолданбалы мәні берілген. Бұл ретте белгілі А1-Ті-В және А1-Ті-С лигатураларының, сондай-ақ кең кристалдану аралығымен сипатталатын A1-Cu-Mg және Al-Zn-Mg-Cu жүйелері негізінде қорытпалардың кристалдану процесіне ТіС карбидінің наноөлшемді бөлшектері бар жаңадан әзірленетін лигатуралардың әсер ету заңдылықтарын белгілеу маңызды.
Алюминий қорытпалары кристалдану кезінде өте аз гипотермиямен сипатталады (оннан бірнеше градусқа дейін). Осыған байланысты алюминий қорытпаларына термиялық талдау қондырғысын айтарлықтай жаңарту қажет болды.
Жүргізілген модернизация нәтижесінде градустың оныншы бөлігіне тең гипотермияны сенімді және қайталанатын түрде анықтауға мүмкіндік туды.
Al-Zn-Mg-Cu жүйелеріне негізделген қорытпалар термиялық қатаю класына жататындықтан, қорытпалардың алюминий матрицасындағы негізгі легірлеуші элементтердің қыздыру температурасында бірлескен ерігіштігін білу өте маңызды. Егер қорытпада легірленген элементтердің құрамы олардың ерігіштік шегінен асып кетсе, онда олар кристалдану кезінде пайда болған фазалар толығымен ерімейді және гомогенделген құймалар мен термиялық өңделген жартылай фабрикаттар құрылымында артық болады.
1. Алюминий қорытпаларын модификациялау және кристалдау процесінің теориялық негіздері
Алюминий қорытпаларын құю кезінде металл құрылымын өзгерту соңғы жарты ғасырда, әсіресе үздіксіз құю өнеркәсіпте кеңінен қолданылды. Процестің мәні балқымаға аз мөлшерде отқа төзімді металл қосылыстарын енгізу болып табылады, бұл оның кристалдану процесінде металл түйірлерінің гетерогенді пайда болуына ықпал етеді.
Нәтижесінде құйылған өнімдегі дән мөлшерінің айтарлықтай төмендеуіне қол жеткізіледі. Бұл өз кезегінде құймалар мен жартылай фабрикаттардың механикалық, технологиялық және қызметтік қасиеттерін арттыруды қамтамасыз етеді. Модификациялау процесінің кең практикалық қолданылуына қарамастан, бүкіл әлемдегі зерттеушілер құйма құрылымын ұнтақтау процесінің физикалық механизмі туралы жалпы пікірге келе алмады.
Алюминий қорытпаларын түрлендірудің теориялық негіздерін нақты түсіну үшін зерттеудің бастапқы кезеңінде екі түрлі теория болғанын атап өткен жөн. Біріншісі-нуклеация бөлшектерінің теориясы, екіншісі-фазалық диаграммалар теориясы. Екі теорияның да ортақ негізі бар, атап айтқанда балқыманың кристалдануы кристалдану орталықтары болып табылатын бөгде бөлшектерде жүреді. Алайда, астықты ұсақтау механизмін іске асыру мәселесі әр түрлі қарастырылады.
Бұл теорияны алғаш рет ағылшын зерттеушісі А. Кибула жариялады [1] және бірқатар басқа авторлар қолдады [2]. Алюминий-мыс және алюминий - магний жүйелерінің алюминий қорытпаларындағы дәнді титан қоспаларымен ұнтақтау процесін зерделеу кезінде титан қоспаларынсыз қорытпалардың кристалдануы кезінде балқыманың кейбір гипотермиясы бар екендігі анықталды, оның мөлшері 1-2°C-қа жетеді, ал 0,002 - 0,1% Тi енгізілген кезде гипотермия байқалмайды.Бұл құйманың қимасы бойынша ұсақ дәнді құрылым қалыптастырылады.
Мұның бәрі дән балқыманың кристалдануы басталатын эмбриондардың болуына байланысты ұсақталады деп болжауға негіз берді. Мұндай бөлшектер алюминийдің қатты ерітіндісінің параметріне сәйкес келетін тор параметрлері бар өтпелі металдардың боридтері мен карбидтері болуы мүмкін.Қосымша зерттеулер [3,4] алюминийге титанның перитектикалық концентрациясын қамтамасыз ететін A1 - Ti-B лигатурасы қосылған кезде (0,15% - дан аз, сур. 1.1), титан боридтері немесе титан боридтерінің агломераттары көбінесе дәннің ортасында олардан өсетін титанмен байытылған дендриттермен бірге табылды.
Cурет 1.1 - Al-Ti диаграммасы
Алайда, басқа мәліметтерге сәйкес, титан боридтері нашар нуклеаторлар немесе Al3Ti титан алюминийіне қарағанда тиімді деп саналды. Моханти өзінің зерттеуінде [5] титан боридтерінің дән шекараларына итерілгенін растады, сондықтан алюминийде ерітілген титан болмаған кезде модификация әсері анықталмайды.Сонымен қатар, [6] титан боридтері жағдайында αAl түйірлерін қалыптастыру үшін балқыманың аздап гипотермиясы қажет екендігі белгілі болды, ал алюминий болған кезде гипотермия қажет емес. Титанның перитектикалық концентрациясында алюминий дәнінің қатты ұсақталуы анықталды [7]. Бұл жағдайда алюминий дәндердің ортасынан табылды, ал олардың арасында αAl матрицасы арасында көптеген бағдарлық байланыстар болды. Осы дәлелдерге сүйене отырып, модификацияның теориялық негіздерін дамыту фазалық диаграммалар теориясына көшті.
Бұл тақырыпта көптеген теориялар жинақталған, өйткені олардың барлығы дәндердің пайда болуы бастапқы бөлшектердегі реакциялар арқылы жүреді деген болжамға негізделген. Мондольфо және басқа зерттеушілер үштік эвтектика бар деп санайды [8]:
L--(А1,Тi)В2+ Al3 Ti + solid (1)
титанның концентрациясы шамамен 0,05%, бор 0,01% және температура 659°C. Авторлардың пікірінше [8] бор перитектикалық нүктені титанның төменгі концентрациясына ауыстырады, онда Al3Ti тұрақты болады және модификатор ретінде әрекет етеді. Алайда тікелей эксперименттік мәліметтер келтірілген жоқ.Осы теорияны қолдана отырып, модификация кезінде көптеген құбылыстарды түсіндіруге болады, бірақ ол фазалық диаграммадағы есептеулерден алшақтайды. Джонс пен Пирсон [9] термодинамикалық есептеулер жүргізді және борға байланысты Аl-Ti фазалық диаграммасындағы өзгерістер модификацияның себебі бола алмайды деген қорытындыға келді, яғни үштік эвтектика жоқ.
Жапон зерттеушілері К. Иваси, Н.Наси және Дж.Асато перитектикалық реакция нәтижесінде пайда болған негізгі кристалдану фазасының дендриттері балқымадағы конвективті ағындардың әсерінен бөліктерге бөлінеді деген теорияны алға тартты. Нәтижесіндеәрбір осындай сынық қатайған кезде кристалдану орталығына айналады.
Болашақта бұл ережелерді ф.Кросли мен Л. Мондольфо әзірледі, олар титан, цирконий және басқа да көптеген элементтер қоспаларының алюминий дәнінің мөлшеріне әсерін егжей-тегжейлі зерттеді [7].Зерттеулер нәтижесінде алюминий дәні 0,18% Ti немесе 0,40% Zr қосылған кезде ең көп мөлшерде ұсақталатыны анықталды. Бұл қорытпаларда перитектикалық реакция жүретіндіктен және астықтың ең қарқынды ұсақталуы перитектикалықтан жоғары концентрацияда байқалатындықтан, авторлар қорытынды жасайды: перитектикалық реакция құйма дәнінің ұсақталуының негізгі себебі болып табылады:
L + Al3 Ti -- αAl (2)
Ұсынылған теорияның пайдасына келесі дәлелдер келтірілген:
* оптикалық және электронды микроскопия бойынша алюминий титан қорытпасында титан мөлшері жоғары қатты ерітіндімен қоршалған Al3Ti кристалдары бар;
* алюминийді титан мен бор қоспаларымен біріктіргенде Al3Ti бөлшектері дәннің ортасында, ал екінші ретті дендриттік бұтақтар арасындағы TiB2 бөлшектері орналасқан.Сонымен қатар, бұл теория бірқатар тәжірибелік фактілерге қайшы келеді. Мысалы, [11]жұмыста перитектикалық реакцияның болуына қарамастан, алюминий мен хром қорытпаларының құймаларында дән іс жүзінде ұсақталмағаны анықталды. Ал [12]жұмысында салқындату жылдамдығы төмен болған кезде перитектикалық реакция модификация процесін күшейтуге ықпал етпейтіні анықталды.
Бұл теорияның алғашқы постулаттарын басқа зерттеушілер ұсынған [17]. Олар диаметрі 5 мкм болатын TiB2 бөлшектерін титанның әртүрлі концентрациясында алюминий балқымасына қосты. Балқымада титанның артық мөлшері болмаған кезде құрылымның модификациясы байқалмады, бұл TiB2-нің қанағаттанарлықсыз тиімділігін көрсетеді. Сонымен қатар, титан диборидтерінің бөлшектері дән шекараларында табылды. Титанның перитектикалық концентрациясында TiB2 бөлшектерінің бетінде Al3Tiқабаты пайда болды, ол өз кезегінде αAl қабатын құрады.
Al85Ni5Y8C2алюминиймен қаныққан әйнек құрамындағы Al-Ti-B сонымен қатар титан диборидінің субстратында пайда болған титан алюминийінің қабаты αAl жабылғанын анықтады. Бұл құбылыстың себебі борид алюминийінің интерфейсіндегі адсорбциялық әсерлермен түсіндірілді, бірақ бұл алюминий қабатының өсуін түсіндірмеді. Түсіндіру үшін екі механизм ұсынылған болды.
Біреуі Al3Ti түзілуі жылдам салқындату немесе термоөңдеу кезінде метастабильді реакцияның бір бөлігі деп санайды, өйткені титан алюминийі тек титан концентрациясы төмен және 500°C-тан төмен температурада тұрақты болады.Тағы бір көзқарас бойынша, тантал қоспасы (алюминий әйнегінде) перитектикалық концентрацияның өзгеруіне әкеледі, бұл өз кезегінде Al3Ti тұрақтылығына әкеледі деп болжалды. Бірақ бұл гипотезаларда эксперименттік растау жоқ.
Басқа жұмысында [20] Моханти титан алюминийінің түзілуі титанның борид бөлшектеріне концентрациялық градиентінен туындаған деп ұсынды. Титан боридінің жанындағы жергілікті тепе-теңдіктің арқасында Al3Ti тұрақты болуы мүмкін және Al-Ti перитектикалық қорытпаларындағы сияқты αAl түзе алады.
Моханти өзінің гипотезасын растау үшін боридтерді балқыманың түбіне тұндырды, содан кейін құйманың жоғарғы және төменгі бөлігіндегі αAl титанның концентрациясын өлшеді. Нәтижесінде титанның концентрациясы боридтердің көпшілігі қоныстанған төменгі бөлігінде ең жоғары екендігі анықталды. Бұл оның теориясының жеткіліктілігінің негізгі дәлелі болды. Бірақ Сигворт өзінің мақаласында [21] бұл теорияны жоққа шығаруға тырысты. Оның есептеулеріне сәйкес титан белсенділігінің градиентінің болуы термодинамика заңдарына қайшы келеді. Ол титанның фазалық бөліктің бетіне түсуі мүмкін екенін жоққа шығармады, бұл Al3Ti тұрақтылығының себебі деп күмәнданбады.
Қос нуклеация теориясының тағы бір проблемасы бар. Джонсон өз жұмысында [15] Al-Ti-B қоспалары үшін Al-Ti фазалық диаграммасының қимасы бойынша нуклеация және өсу температурасын өлшеді нәтижесінде титанның перитектикалық концентрациясында нуклеация температурасы Al-Ti ликвидус қисығы бойымен жүретіні белгілі болды.Tеория мұны түсіндіре алмады, өйткені оның негізіндегі жергілікт тепе-теңдік принципі нуклеация температурасы перитектикалық концентрациядағы ұқсас температураға сәйкес келуі керек дегенді білдіреді. Демек0.05% Ti бар қорытпа үшін бұл нуклеация температурасы сұйық температурадан шамамен 3°Cжоғары. Бұл теорияны Аl-Si жүйесінің құю қорытпаларына қолдану әрекеті де сәттіліккеәкелмеді.
Нәтижесінде нуклеация бөлшектерінің парадигмасы шеңберіндегі теориялар алюминий мен оның қорытпаларын модификациялау механизмін толық түсіндіре алмайтындығы белгілі болды. Сондықтан дәнді ұсақтау механизмін бағалауға сапалы жаңа тәсіл қажет болды. Осылайша еритін заттың жаңа парадигмасы пайда болды. Ерітінді парадигмасында нуклеация процесі әлі де маңызды, бірақ ерітіндінің дендриттер мен аймақтардың өсуіне әсері фазалық бөлімнің беткі жағындағы концентрациялық гипотермия да ескеріледі.Осы саладағы алғашқы зерттеушілердің бірі Джонсон болды [22]. Оның идеяларына сәйкес, сегреганттар (титан немесе кремний) балқымаға қосылған кезде дәннің өсуін шектейді, бұл құйманың құрылымын едәуір тегістеуге әкеледі. Бұлретте осы элементтердіңәрекеті GRF дәнінің өсуін шектеуфакторыменайқындалады. Бұлкөрсеткішкелесіөрнекпенанықталад ы:
GRF = m*c0*(k-1) (3)
бұл жерде m - ликвидус сызығының көлбеу бұрышы;
c0- қорытпадағы ерітінді концентрациясы;
k - сұйық металл мен бастапқы дәндер арасындағы элементтің тепе-теңдік Кесте 1 Кейбір элементтердің өсуін шектеу факторының мәні таралу коэффициенті Аl.
Есептеулердің нәтижелері бойынша 1кестеде көрсетілген дән өсуін шектеу тұрғысынан ең тиімді элементтер анықталды [22].
Элемент
k
m
(k-l)m
Концентрация,%
Реакция түрі
Ti
9
30,7
245,6
0,15
перитектикалық
V
4,0
10
30
0,1
перитектикалық
Hf
2,4
8
11,2
0,5
перитектикалық
Zr
5,5
4,5
6,8
0,11
перитектикалық
Nb
1,5
13,3
6,6
0,15
перитектикалық
Si
0,11
-6,6
5,9
12,6
эвтектикалық
Cr
2,0
3,5
3,5
0,4
перитектикалық
Ni
0,007
-3,3
3,3
6
эвтектикалық
Mg
0,51
-6,2
3,0
3,4
эвтектикалық
Fe
0,02
-3,0
2,9
1,8
эвтектикалық
Cu
0,17
-3,4
2,8
33,2
эвтектикалық
Жаңа парадигманың екі негізгі постулатын ажыратуға болады:
- бөлу элементтері өсу қарқынын шектеуші ретінде әрекет етеді, бұл өздігінен және бағытталмаған нуклеация кезінде жаңа кристалдану орталықтарының пайда болу ұзақтығының артуына әкеледі;
- бөлу элементтері фазалық интерфейстің алдыңғы жағында концентрациялық гипотермия аймағының пайда болуына әкеліп соғады, кристалдану алдыңғы жағында нуклеацияны белсендіреді және алдыңғы дәндердің өсуін үзеді.
Титан алюминидтері ерітілген сегрегент болған немесе болмаған кезде жақсы нуклеаторлар деп айтуға болады, бірақ бұл Al3Ti балқытылған титансыз балқымада бола алмайды дегенді білдірмейді. Сондықтан, егер титан алюминидтері қосылса, онда олар ерітіліп, модификациялауға қажетті ерітілген титанның қажетті концентрациясын жасайды. Дәл осындай тәсіл құйма қорытпаларға қатысты да қолданылуы мүмкін. Тек бұл жағдайда кремний сегрегент ретінде әрекет етеді.
Бастапқы қорытпа ретінде тазалығы 99,97% алюминий пайдаланылды [25]. Негізгі қоспалар темір мен кремний болды. Модификатор қоспалары металды 750 °С температурада құюдан 15 минут бұрын отырғызылды, құю 300°С дейін қыздырылған шойын түріндегі формада жүргізілді.Модификаторлар ретінде үш лигатура қолданылды. Біріншісінде TiB2 бөлшектері және алюминий болды (A1-3 TiB2), екіншісі - A1 - 6Ti және үшіншісі - A1 - 5Ti - В.
Негізгі мәселелердің бірі TiB2-нің тиімді нуклеатор ретіндегі рөлін анықтау болды.Титан диборидін ерітілген титансыз қосқан кезде құйманың макроқұрылымы көрсетілген. Сурет 1.2
Құрылымда бағаналы кристалдар байқалса да, соған қарамастан, эквивалентті дәндер шлифтің үлкен аймағын қамтиды. Сондықтан титан диборидтері пішін қабырғаларында немесе олардың жанында кристалдану орталықтарына айналуы мүмкін, бірақ бағаннан эквивалентті құрылымға толық ауысу үшін басқа факторлардың әсері қажет. Титан диборидтерінің модификациялау қабілетінің дәлелі термиялық талдау деректері бойынша оларды таза алюминийге қосқан кезде қатты ерітіндінің кристалдануынан бұрын балқыманың гипотермиясы толығымен жоғалады.
Сурет 1.2 - Алюминий құймасының макроқұрылымы:
а) - 0; б) - 0,03; в) - 0.06; г) - 0,012 мас. % TiB2 ерітілген титан болмаған жағдайда.
0,01% мөлшерінде ерітілген титан болған кезде алюминий құрылымы айтарлықтай өзгереді, бұл 1.3 суретте көрсетілген.
Сурет 1.3 - Алюминий құймасының макроқұрылымы:
а) А1 + 0,03% TiB2; б) А1 + 0,03% TiB2+ 0.01 %Ti
Дән мөлшері айтарлықтай азаяды, ал құрылымы толығымен ұсақ түйіршікті және эквивалентті болады. Сонымен қатар, 0,02% - дан астам титан қоспасы дәнді одан әрі ұсақтауға әлсіз әсер етеді. Мұны төмендегі деректер растайды (сурет 4).
Сурет 1.4 - Дән мөлшерінің: а) титан диборидінің; б) титанның құрамына тәуелділігі.
Жоғарыда айтылғандай, кейбір теориялар ерітілген Ti TiB2 бөлшектерінің бетінде титан алюминийінің қабатын түзеді, осылайша кристалдану орталығының нуклеациялық қабілетін арттырады.
Сондықтан артық титанның әсері оның TiB2 бетінде Al3Ti қабатының пайда болуына қарағанда бөлгіш элемент ретінде әсер етуінен көбірек көрінетінін дәлелдеу маңызды.Бұл титан диборидінің ұрық түзілу қабілетін арттыру үшін тек титанды ғана емес, кез-келген бөлгіш элементті қолдануға болатындығын дәлелдеуді қажет етті. Бұл көзқарасты негіздеу үшін Al-Ti жүйесі Аl-Si жүйесімен салыстырылды, өсу факторының мәні 12 (яғни Al-0.05 Ti және Al2 Si) титан диборидін 0.01% және онсыз қосады.Бастапқыда өсуді шектеу факторының белгілі бір мәні үшін қосылған еріген элементтің түріне қарамастан дән мөлшері бірдей болады деп болжалды. Алайда, кристалдану орталықтарының көлемдік тығыздығы дән мөлшеріне де айтарлықтай әсер етуі керек екені белгілі болды. Сонымен, титан мөлшері 0,05% болған кезде дән мөлшері 2% кремнийге қарағанда едәуір аз болды, дегенмен екі жағдайда да өсуді шектеу факторының мәні бірдей [25].Алынған дән мөлшері 2 кестеде жинақталған.
Кесте 1.2
Титан дибориді құрамының Al-2% Si және Al-0,05% Ti қорытпаларындағы дән мөлшеріне әсері
Қорытпа
Дән мөлшері, мкм(0% TiB2)
Дән мөлшері, мкм(0,01% TiB2)
Al - 2%Si
837
291
А1 - 0,05% Ti
223
195
TiB2 қоспай, титан қоспасы бар алюминийдегі дән мөлшері кремний қорытпасынан едәуір аз екенін ескеріңіз. TiB2 қосылған кезде айырмашылық одан да артады деп болжау қисынды болар еді. Қос нуклеация теориясы дәл осылай болжайды. Алайда дән мөлшеріндегі айырмашылық маңызды емес болады. Осыдан ерітінділердің нуклеаторлардың модификациялық тиімділігіне әсері шамамен бірдей деп қорытынды жасауға болады. Сондықтан, егер алюминий титан диборидінің бетінде пайда болса да, бұл модификация процесіне айтарлықтай әсер етпейді.
1.1 Алюминий қорытпалары құймаларының құрылымына балқыманың салқындауының әсері
Тек бір кристалдану температурасының болуы туралы тұжырымның дұрыстығына қарамастан, сұйық металдардың гипотермиясы эксперименталды түрде жиі байқалады, өйткені олардың кристалдануы кейбір төмен температурада басталады.
Нәтижесінде кристалдану майданында гипотермия аймағы пайда болады. Қоспасыз қорытпаларда эмбриондарды қалыптастыру үшін қажет гипотермия өте үлкен және ондаған және жүздеген градус.
Алюминий қорытпаларының құймаларын үздіксіз құю кезінде құйманың тереңдігіне үздіксіз жылжудың алдында ұңғымада гипотермия аймағы бар,температурасы алюминий немесе алюминий қатты ерітіндісінің дендриттерінің кристалдану температурасынан 1-3 °С төмен [26].
Гипотермия аймағы кристалдану процесінде маңызды рөл атқарады, өйткеніонда кристалды эмбриондардың ерімейтін қоспаларының қатты бөлшектерінде пайда болады-құйма дәндерінің кейінгі кристалдану орталықтары.
Термиялық және концентрациялық гипотермияны ажыратыңыз. Гипотермияның өзі басталу температурасының ауытқу өлшемін сипаттайды
осы жылу жағдайындағы сұйықтықтың тепе-теңдік температурасынан кристалдануы. Әр түрлі атаулар тек осы құбылыстың себептеріндегі айырмашылықты көрсетеді.
Қатаюдың бастапқы кезеңінде кездейсоқ бағытталған кристалдары бар құймалардың сыртқы қабаты күрт салқындатылған аймақ деп аталады (сурет. 1.6).
Сурет 1.5 - Күрт салқындатылған аймақтан бағаналы аймаққа өту: 1-пішін қабырғасы; 2-күрт салқындатылған кристалдар; 3-бағаналы кристалдар; 4-балқыма
Бұл қабат балқу температурасының кристалдану температурасынан күрт төмендеуіне, яғни термиялық гипотермияға байланысты қалыптың қабырғаларын салқындату әсерінен қалыптасады. Бұл қабат құйманың қасиеттеріне айтарлықтай әсер етпейтінін ескеріңіз, өйткені фрезерлеу кезінде барлығы дерлік кесіледі.
Әрі қарай, сұйық металл көлемінде пайда болатын гипотермияны атап өтеміз. Дәл осы жерде құйманың соңғы дән құрылымы қалыптасады. В.И.
Добаткиннің пікірінше [28] үздіксіз құю кезінде құймаларды қатайтудың үш түрі бар: дәйекті кристалдану,шамамен бірізді кристалдану және көлемдік-бірізді кристалдану (сурет. 1.6).
Сурет 1.6- тізбекті (а); шамамен-бірізді (б) және көлемдік-бірізді (в) құйманың кристалдануы
Кейбір шарттылыққа қарамастан, бұл жіктеу кристалданудың құрылымы мен табиғаты арасындағы байланысты атап көрсете отырып, құйманың қатаюының нақты көрінісін сенімді түрде көрсетеді. Әрбір схеманың сол жағы таза алюминийге, ал оң жағы алюминий қорытпасына жатады.
Жүйелі кристалдану (сурет. 1.6 "а") қорытпада немесе таза металда кристалдану ұрықтарының жеткіліксіз мөлшері болған жағдайда тән. Бұл жағдайда өте жоғары термиялық гипотермияның болуы тән. Құйманың баған тәрізді құрылымы оның барлық қимасында қалыптасады. Мұндай құрылым өте таза алюминийді (ерімейтін қоспаларға қатысты) немесе сұйық металдың қатты қызып кетуі кезінде қорытпаларды құюға тән, мұнда кристалданудың ықтимал орталықтары болуы мүмкін қатты бөлшектердің едәуір бөлігі сөндіріледі.
Балқыманың орташа қыздыру дәрежесінде және онда кристалдану орталықтарының жеткілікті саны болған кезде балқыманың гипотермия дәрежесі айтарлықтай төмендейді. Бұл жағдайда құйманың бүкіл қимасында тепе-тең ұсақ түйіршікті құрылым түзе отырып, шамамен-бірізді кристалдану байқалады.
Құю температурасы төмен және балқыманы қарқынды араластыру жағдайында құйма тесігінде көлемді-дәйекті кристалдану орын алады.
Мұндай құймаларға эквивалентті құрылым тән, бірақ дән мөлшері сияқты күрт айырмашылықтармен (сурет. 1.8), сондай-ақ олардың ішкі құрылымында. Осылайша, балқыманың аз термиялық гипотермиясы жағдайында белсенді бөлшектердің көп мөлшері бар модификацияланған қоспалар тиімдірек болады деп қорытынды жасауға болады.
Сурет 1.7 - тізбекті (а), шамамен-бірізді (б) және көлемді-бірізді (в) кристалдану кезінде алынатын құймалар құрылымының түрлері
1.2 Алюминий қорытпаларының кристалдану процесіне, құрылымы мен қасиеттеріне химиялық құрамының әсері.
Алюминий қорытпаларының беріктігін арттыру легірленген компоненттерді енгізудің негізгі себептерінің бірі болып табылады. Көбінесе беріктікті арттырудың екі әдісі қолданылады:
1. термиялық беріктендірілетін қорытпалар үшін қатты ерітіндіде дисперсті бөліністердің пайда болуы немесе термиялық беріктендірілмейтін қорытпалар үшін қорытпаны шыңдау;
2. легірлеуші элементтерді қатты ерітіндіге ауыстыру және оларды кейіннен субмикроскопиялық бөлшектер түрінде бөлу.
Легірлеуші элементтерден басқа, балқымада кристалдану процесіне және өнімнің соңғы қасиеттеріне айтарлықтай әсер ететін қоспалар бар. Олардың әсер ету сипаты берілген қоспаның қатты ерітіндідегі ерігіштік дәрежесіне байланысты [31]. Сонымен, балқымаға қатты қоспа түскенде AT' метатұрақтылық интервалының күрт төмендеуі орын алады (1.8-сурет).
Сурет 1.8 - n кристалдану орталықтарының пайда болу жылдамдығының ∆T балқымасының гипотермиясына тәуелділігі
Егер қоспа сұйық фазада еритін болса және қатты фазада ерімейтін болса, онда кристалдардың өсуі кристалдану алдында қоспалар атомдарының жоғары концентрациясы бар балқытылған қабаттың пайда болуымен бірге жүреді. Бұл жағдайда кристалданған қорытпа атомдарының сұйық фазадан қатты қабатқа түсуі қиын болады.Сол сияқты, қоспа беттік белсенді әрекет етеді. Тек осы жағдайда ол өсіп келе жатқан кристалдардың бетіне сіңіп, олардың одан әрі өсуіне жол бермейді. Кейбір қоспалар қорытпалардың технологиялық қасиеттерін едәуір төмендететін фазалық компоненттердің пайда болуына байланысты теріс әсер етуі мүмкін.
Осы жүйеге негізделген қорытпалар алюминий қорытпалары арасында ең жоғары беріктікпен сипатталады (750 - 800 МПа дейін). Бұл қорытпалардың дамуына Зандер мен Мейснердің Аl-Zn-Mg үш компонентті қорытпаларындағы қатаю және кейінгі қартаюының ашылуына әсер етті. Болашақта коррозияға төзімділікті арттыру үшін осы қорытпаларға мыс қосылады. Алайда, Аl-Zn-Mg-Cu жүйесінің қорытпалары ыстыққа төзімді емес және ұзақ уақыт жұмыс істеген кезде оларды 100-120°С аспайтын температураға дейін қолдануға болады.
* Күйген күйі
Al-Zn-Mg-Cu қорытпаларының күйдіру күйіндегі беріктігі 200-250 МПа аралығында болады. Мысты енгізу беріктікті 20 - 50 МПа арттырады және іс жүзінде технологиялық қасиеттерін бұзбайды. Магний беріктікке екіұшты әсер етеді. Сонымен, концентрацияның нөлден 1,5% -ға дейін жоғарылауымен күш артады. 1,5-3% Mg бар қорытпалар ең аз беріктікке ие.
Бұл магний концентрациясы күйдірілген күйде икемділігі жоғары қорытпаларды алу үшін қажет. Дегенмен, қорытпада мырыш пен мыс неғұрлым көп болса, соғұрлым магний мөлшері жоғары болады, күйдірілген күйдегі ең аз беріктік байқалады.
* Шыңдалған күйі
Беріктіктің негізгі өсуіне қатты ерітіндідегі магний, мырыш және мыс мөлшерінің жоғарылауымен қол жеткізіледі. Ерігіштіктен тыс екінші фазалар пайда болған кезде, қорытпаның жалпы легірленуінің жоғарылауымен беріктік біршама артады. Сондай-ақ жоғары қаныққан қатты ерітінділердің икемділігі және олардың концентрациясының жоғарылауымен икемділіктің өсу мүмкіндігі расталады.
* Ескі күй
Абсолютті мәндер бойынша Аl-Zn-Mg-Cu қорытпаларының ескіру әсері беріктендіру әсерінен екі үш есе жоғары.Бұл негізінен мырыш пен магний бар фазалармен қамтамасыз етіледі.Мыстың 2%-ға дейінгі концентрациялардағы және 6-10% мырыш мөлшерінің әсері қосымша беріктікке, коррозияға қарсы төзімділіктің және иілгіштіктің айтарлықтай артуына дейін алып келеді.Мыс концентрациясының одан әрі жоғарылауы S (Al2 CuMg) фазасының артық түзілуі нәтижесінде қасиеттердің нашарлауына әкеледі.
Бұл өтпелі металдар Al-Zn-Mg-Cu қорытпаларының қасиеттеріне үлкен әсер етеді, дегенмен олардың құрамы оннан аспайды. Бұл осы элементтердің алюминийде ерігіштігіне, ерекшеліктерге байланысты. Құйманың кристалдануы үздіксіз құю тепе-тең емес, нәтижесінде тепе-теңдіктің ерігіштігі максималды тепе-теңдік ерігіштігінен едәуір асып кетуі мүмкін (кесте. 1.3).
Бинарлы қорытпалардың қатты ерітінділерінің максималды қанығуы
Кесте 1.3
Сұйық күйден шыңдалған кезде максималды тепе-тең емес ерігіштігі
Жүйе
Күй диаграммасының түрі
Тепе-тең ерігіштігі, %(массасы бойынша)
Ерігіштігі*, % (массасы бойынша)
Шекті
4270С кезінде
А1-Мn
Эвтектикалық
1,8
0,20
15
А1-Сг
Перитектикалық
0,85
0.30
10
Al-Zr
Перитектикалық
0,28
0,05
2,5
Al-Fe
Эвтектикалық
0,05
0
8,4
Тепе-теңдіксіз кристалдану нәтижесінде дендритті жасушаның көлеміне элементтердің таралуы біркелкі емес. Al-Mn және Al-Fe эвтектикалық жүйелерінде өтпелі металдардың мөлшері дендриттің ортасынан оның шетіне қарай артады. Al-Cr және Al-Zr перитектикалық типті жүйелерде дендрит орталығы өтпелі металдармен байытылған.Гомогендеу, ыстық деформация немесе шынығу температураларында (400-500°с) осы металдардың алюминийдегі ерігіштігі ең жоғары тепе-тең ерігіштікке қарағанда төмен, сондықтан осы технологиялық операцияларда кристалдану кезінде пайда болған Мn, Сг және Zr бойынша аса қаныққан ерітіндінің ыдырауы жүреді.Нәтижесінде интерметаллидтердің дисперсті бөлшектері пайда болады. Дисперсоидтар деп аталатын бұл бөлшектер алюминий қорытпаларының қайта кристалдану температурасын анықтайтын маңызды факторлардың бірі болып табылады. Марганец, хром, цирконий және темір қайта кристалдану температурасын және беріктік сипаттамаларын, әсіресе престелген жартылай фабрикаттарды жоғарылатады. Алайда, бұл металдардың әсер ету сипаты олардың қорытпада болу формасына байланысты.
1.3 Құймалар құрылымының қалыптасу заңдылықтары
Құйманың құрылымдық аймақтарының қалыптасуына кристалдану жылдамдығы негізгі әсер етеді. Алайда, бұл әсер екі жақты. Бір жағынан кристалдану құю жылдамдығының жоғарылауы жылдамдықтың жоғарылауына әкеледі,сондықтан құрылымды тегістеуге ықпал етуі керек. Екінші жағынан, кристаллизаторда қатайған қабат қалыңдығының азаюы нәтижесінде құйманың жалпы салқындату қарқындылығы бір уақытта артады, бұл транскристаллизацияға бейімділіктің жоғарылауына әкелуі керек. Бұл VKP кристалдану жылдамдығы мен Vn құюдың синусоидальды тәуелділігіне байланысты.
VК=VЛ*sinφ (4)
Мұндағы φ- құйма осі мен осы нүктедегі кристалдану бетіне жанама арасындағы бұрыш.
Сондықтан құю жылдамдығының жоғарылауымен шеткергі ұсақ түйіршікті аймақтың тарылуын және оның орталық бөлігінде кеңеюін күту керек. Кристаллизация аймағының ені жоғарыда қарастырылған аймақтардың өлшемдерінің өзгеруіне байланысты болады. Бұл болжамдар эксперименттік мәліметтермен расталады. AD1 қорытпасын құю кезінде үш құрылымдық аймақ айқын көрінеді (сурет. 1.9).
Сурет 1.9 - 50 мммин (а) және 80 мммин (б)жылдамдықтарымен құйылған АD1 қорытпасының диаметрі 330 мм құймалардың макроқұрылымы
Құю жылдамдығының 50-ден 80 мммин дейін жоғарылауы перифериялық (70-тен 30 мм-ге дейін) айтарлықтай төмендеуіне және тең осьті кристалдардың орталық аймағының кеңеюіне әкеледі. Үлкен диаметрлі құймаларда құю жылдамдығының әсері айқынырақ болады.
1.4 Алюминий мен оның қорытпаларын түрлендіруге арналған лигатуралар
Қазіргі уақытта Al-5Тi-1B және Al-3Тi-lB лигатуралары жартылай үздіксіз құю әдісімен құйылатын алюминий қорытпалары құймаларының өнеркәсіптік өндірісінде ең көп таралған болып табылады. Дегенмен,лигатуралардың жаңа композицияларының дамуы тоқтамайды.Негізінен титанның борға қатынасы бойынша бір-бірінен ерекшеленетін көптеген модификаторлар жасалды, бұл лигатурадағы TiB2 негізгі модификациялық компонентінің бастапқы мөлшерін анықтайды.Мысал ретінде Al-5Ti-lB, Al3Ti-lB, Al3Ti-0.2B және Al-1.2Тi-0.5В негізгі қорытпаларын пайдалана отырып, [46] авторлары Ti:B қатынасы мен модификаторды тұтыну деңгейінің әсерін lxxx және xxx серияларының қорытпаларының модификация дәрежесі бойынша қарастырды.Дәннің ең аз мөлшеріне және 1050 қорытпасы үшін оны таратудың ең жақсы біркелкілігіне қол жеткізу үшін лигатураның шекті шығыны анықталды.Al-1.2Тi-0.5В лигатурасын тұтыну кезінде құймаларда бағаналы кристалдардың пайда болуына толық жол берілмеді-бір тонна балқымаға 0,5 кг. Ең көп таралған Al-5Ti-lB лигатурасы үшін бұл көрсеткіш тоннасына 1,5 кг құрады, қалған лигатуралар одан да жаман нәтиже көрсетті. Астық мөлшерінің енгізілген модификатордың мөлшеріне тәуелділік графигі суретте көрсетілген. 1.15
Al-Ti-B жүйесі негізінде жаңа модификаторларды құру модификациялаушы бөлшектердің улануын азайту үшін де қажет. Бүгінгі күні ғалымдардың барлығы дерлік цирконий қоспалары бар қорытпаларға Al-Ti-B шебер қорытпаларын қосу олардың астықты құйма түрінде ұнтақтау қабілетінің нашарлауына әкелетінімен келіседі.
Сурет 1.10 - Модификатор қоспасының деңгейі, кг тонна
Модификатор қоспасының деңгейі, кг тонна
Сурет 1.11 - модификаторлардың қорытпалар дәнінің мөлшеріне әсері (Т 1АСШША = 685 - 705°С): а) қорытпа 1050; б) қорытпа 6063
Бұл процестің механизмін ашу үшін көптеген зерттеулер жүргізілді. Олардың барлығы балқымада TiB2 немесе Al3Ti бөлшектерін орап, олардың тиімділігін төмендететін Zr бар жеке фаза пайда болады деген болжамға келтіріледі.Дегенмен, бұл мәселе бойынша соңғы жұмыс улану механизмі туралы көзқарасты біршама өзгертеді. Бұл зерттеудің авторлары қорытпада темір қоспалары болған жағдайда Al8Fe4Zr фазасының түзілуі жүреді, ол негізінен Al3Ti бөлшектерін орап, олардың еру жылдамдығын төмендетеді деп есептейді.Нәтижесінде балқымада еріген титанның мөлшері азаяды, ол астықты тиімді ұнтақтау процесі үшін қажет, өйткені тек TiB2 бөлшектерінің арқасында бұл мүмкін емес.
1 бөлім бойынша қорытынды
Осы уақытқа дейін зерттеушілер мен ғалымдар алюминий қорытпаларының құрылымын өзгерту механизміне қатысты бір келісімге келген жоқ. Модификациялау механизмін одан әрі дамыту үшін қос дәнешік теориясы ең перспективалы болып көрінеді.
Алюминий қорытпаларындағы кристалдану орталықтары қорытпадағы титан концентрациясына байланысты титан диборидтері, карбидтер және алюминидтер болуы мүмкін екендігі жалпы қабылданған.
Өнеркәсіптік өндірісте ұзақ уақыт бойы негізінен Al-Ti-B және Al-Ti-C сым қорытпалары қолданылды.
Кристалдану алдындағы балқыманың тез суыту мөлшері жұқа тең жақты құйма макроқұрылымының қалыптасуының негізгі көрсеткіштерінің бірі болып табылады.
Жартылай фабрикаттардың беріктігі мен технологиялық қасиеттерін күрт төмендететін құйманың микроқұрылымында артық фазалардың пайда болуына жол бермеу үшін қорытпаның химиялық құрамын түзету қажет.
2 Зерттеу әдісі
2.1 Металды микроскопта металлографиялық зерттеу
Зерттеу бойынша зертханалық эксперименттер жұмысы ҚарТУ, 2 корпус 209 - 213 зертханалық бөлмелерінде Altami МЕТ 5Т микроскобы арқылы жүргізілді.
Altami МЕТ 5Т микроскоп - металл табиғатының объектілерін олардың атауынан көріп қана қоймай, сонымен қатар кез-келген мөлдір материалдарды зерттеуге мүмкіндік береді. Зертханалық жабдықтардың бұл түрі әртүрлі композициялық материалдардың, шлактар мен тау жыныстарының ішкі құрылымын зерттеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, бұл құрылғылар машина жасаудағы әртүрлі өнімдерді дәл өлшеуге, электронды өнеркәсіп элементтерінің топологиялық құрылымын талдауға және олардың құрылғысы мен техникалық мүмкіндіктері рұқсат етілген тағы басқаларға мүмкіндік береді. Металлографиялық микроскоптардағы зерттеу объектілері көбінесе белгілі бір жолмен кесілген және мұқият жылтыратылған құймалар болып табылады, олар шағылысқан жарықта қарастырылады. Көбінесе мұндай құрылғылар объектіні полярланған жарықта зерттеуге мүмкіндік беретін арнайы құрылғылармен жабдықталған (поляризатор мен анализатордан тұратын поляризация жиынтығы). Ал кейбіреулері, мысалы, Altami 5-Dick, объектілерді тіпті қараңғы өріс әдісі мен дифференциалды кедергі контрастымен байқауға мүмкіндік береді, бұл олардың құнын едәуір арттырады, бірақ дәл зерттеу нәтижелеріне қол жеткізуге көмектеседі (сурет 2.1).
Сурет 2.1 - Altami МЕТ 5Т микроскопының көрінісі
2.1 суретте көрсетілгендей микроскоптың жұмыс принципі өте қарапайым: жарықтың дивергентті сәулесі үлгі арқылы өтеді, алынған кескін объективпен үлкейтіледі, окуляр түтігіне түсу үшін сынылады, ол қайтадан артады. Осыдан кейін жарық сәулесі көздің торына түсіп, сурет қалыптастырады.Микроскоптың құрылғысы мен жұмыс принципі әртүрлі модельдер үшін сәл өзгеше болуы мүмкін. Мысалы, кәсіби электронды құрылғыларда үлгі арқылы арнайы магниттік линзалар ұстап алатын электрондар сәулесі өтеді. Алайда микроскоптың негізгі принципі өзгеріссіз қалады [32].
Микроскопты жұмысқа дайындаймыз.
Микроскопты жұмысқа дайындау әдісі өте қарапайым, бірақ пайдаланушының жайлылығы оның сақталуына байланысты:
құрылғы пайдаланушысының жасына сәйкес келетін ең ыңғайлы орындық пен үстелді таңдаңыз;
құрылғыны терезенің немесе жарық көзінің жанына қойыңыз;
микроскопты ретке келтіріп, оны тубус ұстағышымен және негізімен ұстаңыз;
құрылғыны шетінен 3-5 см қашықтықта орнатыңыз;
микроскопты қолданар алдында сыртқы оптикалық элементтерді жұмсақ шүберекпен сүртіңіз: линзалар, көзілдіріктер, айна;
диафрагманы толығымен ашып, конденсаторды төмендетіңіз, егер мұндай түзетулер құрылғының дизайнында қарастырылған болса;
микроскоппен жұмыс істеу ережелерін сақтай отырып, шамды соқыр емес етіп орнатыңыз, бірақ көру өрісі біркелкі және жарқын болады;
слайдты өте мұқият өңдеңіз - ол сынғыш;
егер сіз химиялық заттарды зерттесеңіз, микроскоппен жұмыс істеу алгоритмі қолғап пен көзілдірікті қолдануды қажет етеді;
егер сіз монокулярды қолдансаңыз, оған әр көзбен кезекпен қараңыз - сондықтан көру мүшелері аз шаршайды.
Микроскоппен жұмыс істеудің негізгі ережелері тақырып үстелін немесе объективті дәл алып тастау керек. Егер сіз көзілдірікке қарасаңыз және препаратты бір уақытта жақындатсаңыз, заттық үстелге немесе оптикаға зақым келтіру оңай. Микроскоппен жұмыс істеу әдістері өте қарапайым: үлкейтудің максималды дәрежесін өзгерту үшін револьвердің басын тән шертуге бұру жеткілікті. Бірақ мұны бақылауда да жасау керек: оптика көп есе ұзағырақ және слайдқа ілінуі мүмкін. Сондықтан микроскоппен өте мұқият жұмыс істеу керек, қажет болған жағдайда әр линзаның параметрлерін жеке-жеке қайталаңыз.
Үлгіні дайындау кезінде оңтайлы жұмыс режимін таңдай отырып, планетарлық диірмендегі бастапқы материалды ұнтақтау сапасына ерекше назар аудару керек. Материалдың қалыңдығы поляризация микроскопиясының нәтижелеріне де әсер етеді.
Тор қалың қабаттарын зерттеу кезінде әртүрлі анизотропты құрылымдарды бір-бірінің үстіне қою үшін жағдайлар жасалады. Сонымен қатар, үлгілердің әртүрлі қалыңдығымен зерттелетін құрылымдардың ани-зотропты қасиеттері өзгеруі мүмкін, сондықтан салыстырмалы зерттеулерде үлгілердің тұрақты қалыңдығын қамтамасыз ету өте маңызды. Ұсынылатын ең үлгі қалыңдығы 10 мкм-ден асуы керек.
Мұндай құрылғылардың жұмыс принципі зерттелетін үлгіні поляризациялық сәулелермен сәулелендіргеннен кейін кескін алу болып табылады (жарықтың поляризация бағыты өзгерген кезде үлгінің анизотропты қасиеттері пайда болады).
Микроскоптың құрылымы қалай жасалғанына қарамастан, әр құралға ортақ бірнеше негізгі сипаттамалар мен ұғымдар бар:
апертура;
оптикалық ажыратымдылық деңгейі;
жарық көздері.
Микроскоптың негізгі міндеттерінің бірі-бақыланатын объектінің нақты және ең үлкен бейнесін құру. Диафрагма - бұл үлкейту линзасының немесе белгілі бір микроскопқа салынған линзалар жүйесінің диаметрі (немесе мөлшері). Диафрагманың мәні неғұрлым үлкен болса, жарық сәулелерінің объективінің сыну күші соғұрлым жоғары болады және бақылау өрісіне түсетін олардың саны соғұрлым көп болады.
Екінші, кем емес маңызды параметр - оптиканың ажыратымдылық мүмкіндігі. Микроскоптың оптикалық схемасы қаншалықты сапалы жұмыс істейтіні линзалардың қаншалықты дәл жасалғанына және "орнатылғанына" байланысты. Сондай-ақ, ажыратымдылық сапасына ақ жарықтың спектріне ыдырауын қамтамасыз ететін жарық дисперсиясы әсер етеді.
Сәулелендіру құралы ретінде жоғарғы немесе төменгі жарықтандыруға арналған айна немесе шамдар болуы мүмкін. Айна түріндегі қарапайым сәулелендіру құралы микроскоптың слайд үстелінің астында орналасқан.
Дөңгелек "револьвердің" міндеті - құралдың линзаларын бекіту және қажет болған жағдайда оларды үлкейту мен жарықтандыру дәрежесін өзгерте отырып, дұрыс бағытта бұру. 2.2 суретте келтірілген зертханалық биологиялық микроскоптарда "револьверлерде" үш немесе одан да көп объектив болуы мүмкін.
Сурет 2.2 - Микроскоптың негізгі құрылғылары
Үшінші сипаттама-жарық көзі. Қарапайым жарық көзі - бұл қарапайым микроскопын қарау арқылы көруге болатын айна. Бұрылып айнасы әр түрлі бұрыштары, байқаушы жеткізеді, әр түрлі дәрежедегі жарықтандыру объект. Күрделі құрылымы бар микроскоптар әртүрлі жарықтылық пен қуат шамдарымен жабдықталған.
Сонымен қатар микроскоптың құрылымын қарастыруға болады. Ол келесі бөліктерден тұрады:
окуляр;
төсектер;
жарықша;
пәндік үстел;
линзаларға арналған ұстағыш ("револьвер") ;
линзалардың өздері;
конденсатор;
диафрагмалар.
Көзілдірікте бақылаушы объектіге қарайды. Дизайнға байланысты кез-келген микроскоп монокулярлы немесе бинокулярлық болуы мүмкін (бинокль сияқты екі көзілдірік бар). Микроскоптың конфигурациясында бірнеше алынбалы көзілдіріктер қарастырылған, оларды әр түрлі үлкейту дәрежесі бар препаратты бақылау арқылы өзгертуге болады.
Төсек (немесе негіз) - бұл бүкіл микроскоп құрылғысы бекітілген штативтің бір түрі. Бақылау сапасы оның тұрақтылығы мен массасына байланысты.
Тақырып үстелі микроскоптың объективі (линзалары) мен сәулелендіргіштің арасында орналасқан. Оған дайын зертханалық препараты бар әйнек салынған. Шыны арнайы қысқыштармен бекітіледі.
Конденсатор және диафрагма - күрделі модельдердің микроскоптарында болатын құрылғылар. Диафрагманың көмегімен (камерадағыдай) бақылаушы объектіге түсетін жарық қарқындылығын өзгертеді және реттейді. Конденсатор - бұл объектив арқылы өтетін жарық сәулесінің мөлшері мен фокусын басқаруға болатын арнайы линзалар жүйесі. 2.3 суретте жұмыс барысы бейнеленген.
Жұмыстың жасалу ережесі:
біріншіден, үлгінің бетін спирт және мақтаның көмегімен тазартып аламыз;
екіншіден, құрылғыға құрылғы үшін рұқсат етілген ең үлкен диаметрлі лента алқылы тегістеледі;
үшіншіден, үлгіні белгілі бір бағытпен мұқият ажарлау қажет және бұл маңызды;
ақауды тегістеу арқылы кезекпен орташа, кіші ленталарға көшу арқылы ажарлауды жалғастырамыз;
дайын болған бұйымның ақауын, микроқұрылымын микроскоп арқылы зерртеп, нәтижесімен танысу.
Сурет 2.3 - Үлгіні ажарлау кезіндегі жұмыс барысы
Altami МЕТ 5Т микроскоп - металл табиғатының объектілерін олардың атауынан көріп қана қоймай, сонымен қатар кез-келген мөлдір ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе
3
1
Алюминий қорытпаларын модификациялау және кристалдау процесінің теориялық негіздері
6
1.1
Алюминий қорытпалары құймаларының құрылымына балқыманың салқындауының әсері
14
1.2
Алюминий қорытпаларының кристалдану процесіне, құрылымы мен қасиеттеріне химиялық құрамының әсері
16
1.3
Құймалар құрылымының қалыптасу заңдылықтары
18
1.4
Алюминий мен оның қорытпаларын түрлендіруге арналған лигатуралар
20
2
Зерттеу әдiсi
23
2.1
Металды микроскопта металлографиялық зерттеу
2.2
Mетaлл системaлaрының фaзaлық диaгрaммaларын тұрғызудың есептеу және тәжiрибелiк әдiстерi
27
2.3
Көп кoмпoнентті жүйелердiң фaзaлық диагрaммaларын кoмпьютерлiк есептеу әдiстерi
29
2.4
Жoғaры берiктiктiaлюминий қoрытпaлaры
32
2.5
Al-Cu-Mg легiрлеу жүйесi
33
3
Aloro (1960) қорытпаны Zr-мен легірлеу процесін зерттеу
36
3.1
Al-Zr чушка лигатурасымен Aloro (1960) қорытпасын легірлеу
36
3.2
Al-Zr түйіршікті лигатурасымен Aloro (1960) қорытпасын легірлеу
41
3.3
Фазалық диаграмманың политермиялық қимасын есептеу және тәжірибелік зерттеу
42
4
Al-TiC наномодификаторлары қосылған өнеркәсіптік алюминий қорытпаларының макроқұрылымын термиялық талдау және зерттеу
44
4.1
Модификацияланған қорытпаларды термиялық талдау нәтижелері
46
4.2
Қорытпалардың макроқұрылымын талдау нәтижелері
49
Қорытынды
52
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
54
Кіріспе
Al-Zn-Mg-Cu жүйелеріне негізделген алюминий қорытпалары механикалық, коррозиялық және құрылымдық қасиеттердің жақсы үйлесуіне байланысты қазіргі заманғы авиациялық құрылыста кеңінен қолданылады.
Осы қорытпалардан жоғары сапалы жартылай фабрикаттарды тұрақты алу әлі де өзекті міндеттердің бірі болып табылады. Бұл жартылай фабрикаттардың механикалық, коррозиялық және құрылымдық қасиеттеріне қойылатын талаптар үнемі өсіп отыратындығына байланысты. Бұл, ең алдымен жоғары сапалы үлкен құймаларды қажет етеді, олар эквивалентті ұсақ түйіршікті біртекті құрылыммен сипатталады.
Қазіргі уақытта үздіксіз құю арқылы алынған алюминий қорытпаларының құймаларында дәнді ұнтақтау үшін шетелдік өндірістің A1-Ti-B және A1-Ti-C шыбықтарын өзгертетін лигатуралар қолданылады. Алайда, өндірістік тәжірибе көрсеткендей, осы лигатураларды қолданған кезде құйманың бүкіл көлемінде ұсақ түйіршікті және біртекті құрылымды алу әрдайым мүмкін емес. Мұның себептері лигатуралардың өзіңде, оларды балқымаға енгізу технологиясында да жатыр. Қазіргі жағдай алюминий қорытпаларын модификациялау процесін одан әрі зерттеу қажеттілігін көрсетеді.
Құймалар мен жартылай фабрикаттардың құрылымы мен қасиеттерін қалыптастыруда қорытпаның химиялық құрамы маңызды рөл атқарады. Нормативтік құжаттарға сәйкес әр қорытпаның химиялық құрамы жеткілікті кең ауқымда өзгеруі мүмкін. Іс жүзінде қорытпадағы легірлеуші элементтер құрамының нақты мәні эмпирикалық түрде "сынақ және қателік"әдісімен таңдалады.Көбінесе қорытпадағы легірлеуші элементтердің қатаю фазаларының құрамын қалыптастыру тұрғысынан қатынасы ескерілмейді. Көптеген жағдайларда қорытпадағы легірлеуші элементтердің мазмұны шамадан тыс және теңгерімсіз болып табылады. Нәтижесінде жартылай фабрикаттардың қасиеттері артық фазалардың едәуір көлемдік үлесінің пайда болуына байланысты тұрақсыз және қажетті мәндерден төмен болады. Осыған байланысты нормативтік құжаттаманың рұқсаттары шегінде қорытпаның химиялық құрамын таңдау тәсілін әзірлеу талап етіледі.
Жоғарыда айтылғандардың бәріне сүйене отырып, алюминий қорытпаларын легірлеу мен модификациялауды зерттеудің ғылыми және қолданбалы мәні берілген. Бұл ретте белгілі А1-Ті-В және А1-Ті-С лигатураларының, сондай-ақ кең кристалдану аралығымен сипатталатын A1-Cu-Mg және Al-Zn-Mg-Cu жүйелері негізінде қорытпалардың кристалдану процесіне ТіС карбидінің наноөлшемді бөлшектері бар жаңадан әзірленетін лигатуралардың әсер ету заңдылықтарын белгілеу маңызды.
Алюминий қорытпалары кристалдану кезінде өте аз гипотермиямен сипатталады (оннан бірнеше градусқа дейін). Осыған байланысты алюминий қорытпаларына термиялық талдау қондырғысын айтарлықтай жаңарту қажет болды.
Жүргізілген модернизация нәтижесінде градустың оныншы бөлігіне тең гипотермияны сенімді және қайталанатын түрде анықтауға мүмкіндік туды.
Al-Zn-Mg-Cu жүйелеріне негізделген қорытпалар термиялық қатаю класына жататындықтан, қорытпалардың алюминий матрицасындағы негізгі легірлеуші элементтердің қыздыру температурасында бірлескен ерігіштігін білу өте маңызды. Егер қорытпада легірленген элементтердің құрамы олардың ерігіштік шегінен асып кетсе, онда олар кристалдану кезінде пайда болған фазалар толығымен ерімейді және гомогенделген құймалар мен термиялық өңделген жартылай фабрикаттар құрылымында артық болады.
1. Алюминий қорытпаларын модификациялау және кристалдау процесінің теориялық негіздері
Алюминий қорытпаларын құю кезінде металл құрылымын өзгерту соңғы жарты ғасырда, әсіресе үздіксіз құю өнеркәсіпте кеңінен қолданылды. Процестің мәні балқымаға аз мөлшерде отқа төзімді металл қосылыстарын енгізу болып табылады, бұл оның кристалдану процесінде металл түйірлерінің гетерогенді пайда болуына ықпал етеді.
Нәтижесінде құйылған өнімдегі дән мөлшерінің айтарлықтай төмендеуіне қол жеткізіледі. Бұл өз кезегінде құймалар мен жартылай фабрикаттардың механикалық, технологиялық және қызметтік қасиеттерін арттыруды қамтамасыз етеді. Модификациялау процесінің кең практикалық қолданылуына қарамастан, бүкіл әлемдегі зерттеушілер құйма құрылымын ұнтақтау процесінің физикалық механизмі туралы жалпы пікірге келе алмады.
Алюминий қорытпаларын түрлендірудің теориялық негіздерін нақты түсіну үшін зерттеудің бастапқы кезеңінде екі түрлі теория болғанын атап өткен жөн. Біріншісі-нуклеация бөлшектерінің теориясы, екіншісі-фазалық диаграммалар теориясы. Екі теорияның да ортақ негізі бар, атап айтқанда балқыманың кристалдануы кристалдану орталықтары болып табылатын бөгде бөлшектерде жүреді. Алайда, астықты ұсақтау механизмін іске асыру мәселесі әр түрлі қарастырылады.
Бұл теорияны алғаш рет ағылшын зерттеушісі А. Кибула жариялады [1] және бірқатар басқа авторлар қолдады [2]. Алюминий-мыс және алюминий - магний жүйелерінің алюминий қорытпаларындағы дәнді титан қоспаларымен ұнтақтау процесін зерделеу кезінде титан қоспаларынсыз қорытпалардың кристалдануы кезінде балқыманың кейбір гипотермиясы бар екендігі анықталды, оның мөлшері 1-2°C-қа жетеді, ал 0,002 - 0,1% Тi енгізілген кезде гипотермия байқалмайды.Бұл құйманың қимасы бойынша ұсақ дәнді құрылым қалыптастырылады.
Мұның бәрі дән балқыманың кристалдануы басталатын эмбриондардың болуына байланысты ұсақталады деп болжауға негіз берді. Мұндай бөлшектер алюминийдің қатты ерітіндісінің параметріне сәйкес келетін тор параметрлері бар өтпелі металдардың боридтері мен карбидтері болуы мүмкін.Қосымша зерттеулер [3,4] алюминийге титанның перитектикалық концентрациясын қамтамасыз ететін A1 - Ti-B лигатурасы қосылған кезде (0,15% - дан аз, сур. 1.1), титан боридтері немесе титан боридтерінің агломераттары көбінесе дәннің ортасында олардан өсетін титанмен байытылған дендриттермен бірге табылды.
Cурет 1.1 - Al-Ti диаграммасы
Алайда, басқа мәліметтерге сәйкес, титан боридтері нашар нуклеаторлар немесе Al3Ti титан алюминийіне қарағанда тиімді деп саналды. Моханти өзінің зерттеуінде [5] титан боридтерінің дән шекараларына итерілгенін растады, сондықтан алюминийде ерітілген титан болмаған кезде модификация әсері анықталмайды.Сонымен қатар, [6] титан боридтері жағдайында αAl түйірлерін қалыптастыру үшін балқыманың аздап гипотермиясы қажет екендігі белгілі болды, ал алюминий болған кезде гипотермия қажет емес. Титанның перитектикалық концентрациясында алюминий дәнінің қатты ұсақталуы анықталды [7]. Бұл жағдайда алюминий дәндердің ортасынан табылды, ал олардың арасында αAl матрицасы арасында көптеген бағдарлық байланыстар болды. Осы дәлелдерге сүйене отырып, модификацияның теориялық негіздерін дамыту фазалық диаграммалар теориясына көшті.
Бұл тақырыпта көптеген теориялар жинақталған, өйткені олардың барлығы дәндердің пайда болуы бастапқы бөлшектердегі реакциялар арқылы жүреді деген болжамға негізделген. Мондольфо және басқа зерттеушілер үштік эвтектика бар деп санайды [8]:
L--(А1,Тi)В2+ Al3 Ti + solid (1)
титанның концентрациясы шамамен 0,05%, бор 0,01% және температура 659°C. Авторлардың пікірінше [8] бор перитектикалық нүктені титанның төменгі концентрациясына ауыстырады, онда Al3Ti тұрақты болады және модификатор ретінде әрекет етеді. Алайда тікелей эксперименттік мәліметтер келтірілген жоқ.Осы теорияны қолдана отырып, модификация кезінде көптеген құбылыстарды түсіндіруге болады, бірақ ол фазалық диаграммадағы есептеулерден алшақтайды. Джонс пен Пирсон [9] термодинамикалық есептеулер жүргізді және борға байланысты Аl-Ti фазалық диаграммасындағы өзгерістер модификацияның себебі бола алмайды деген қорытындыға келді, яғни үштік эвтектика жоқ.
Жапон зерттеушілері К. Иваси, Н.Наси және Дж.Асато перитектикалық реакция нәтижесінде пайда болған негізгі кристалдану фазасының дендриттері балқымадағы конвективті ағындардың әсерінен бөліктерге бөлінеді деген теорияны алға тартты. Нәтижесіндеәрбір осындай сынық қатайған кезде кристалдану орталығына айналады.
Болашақта бұл ережелерді ф.Кросли мен Л. Мондольфо әзірледі, олар титан, цирконий және басқа да көптеген элементтер қоспаларының алюминий дәнінің мөлшеріне әсерін егжей-тегжейлі зерттеді [7].Зерттеулер нәтижесінде алюминий дәні 0,18% Ti немесе 0,40% Zr қосылған кезде ең көп мөлшерде ұсақталатыны анықталды. Бұл қорытпаларда перитектикалық реакция жүретіндіктен және астықтың ең қарқынды ұсақталуы перитектикалықтан жоғары концентрацияда байқалатындықтан, авторлар қорытынды жасайды: перитектикалық реакция құйма дәнінің ұсақталуының негізгі себебі болып табылады:
L + Al3 Ti -- αAl (2)
Ұсынылған теорияның пайдасына келесі дәлелдер келтірілген:
* оптикалық және электронды микроскопия бойынша алюминий титан қорытпасында титан мөлшері жоғары қатты ерітіндімен қоршалған Al3Ti кристалдары бар;
* алюминийді титан мен бор қоспаларымен біріктіргенде Al3Ti бөлшектері дәннің ортасында, ал екінші ретті дендриттік бұтақтар арасындағы TiB2 бөлшектері орналасқан.Сонымен қатар, бұл теория бірқатар тәжірибелік фактілерге қайшы келеді. Мысалы, [11]жұмыста перитектикалық реакцияның болуына қарамастан, алюминий мен хром қорытпаларының құймаларында дән іс жүзінде ұсақталмағаны анықталды. Ал [12]жұмысында салқындату жылдамдығы төмен болған кезде перитектикалық реакция модификация процесін күшейтуге ықпал етпейтіні анықталды.
Бұл теорияның алғашқы постулаттарын басқа зерттеушілер ұсынған [17]. Олар диаметрі 5 мкм болатын TiB2 бөлшектерін титанның әртүрлі концентрациясында алюминий балқымасына қосты. Балқымада титанның артық мөлшері болмаған кезде құрылымның модификациясы байқалмады, бұл TiB2-нің қанағаттанарлықсыз тиімділігін көрсетеді. Сонымен қатар, титан диборидтерінің бөлшектері дән шекараларында табылды. Титанның перитектикалық концентрациясында TiB2 бөлшектерінің бетінде Al3Tiқабаты пайда болды, ол өз кезегінде αAl қабатын құрады.
Al85Ni5Y8C2алюминиймен қаныққан әйнек құрамындағы Al-Ti-B сонымен қатар титан диборидінің субстратында пайда болған титан алюминийінің қабаты αAl жабылғанын анықтады. Бұл құбылыстың себебі борид алюминийінің интерфейсіндегі адсорбциялық әсерлермен түсіндірілді, бірақ бұл алюминий қабатының өсуін түсіндірмеді. Түсіндіру үшін екі механизм ұсынылған болды.
Біреуі Al3Ti түзілуі жылдам салқындату немесе термоөңдеу кезінде метастабильді реакцияның бір бөлігі деп санайды, өйткені титан алюминийі тек титан концентрациясы төмен және 500°C-тан төмен температурада тұрақты болады.Тағы бір көзқарас бойынша, тантал қоспасы (алюминий әйнегінде) перитектикалық концентрацияның өзгеруіне әкеледі, бұл өз кезегінде Al3Ti тұрақтылығына әкеледі деп болжалды. Бірақ бұл гипотезаларда эксперименттік растау жоқ.
Басқа жұмысында [20] Моханти титан алюминийінің түзілуі титанның борид бөлшектеріне концентрациялық градиентінен туындаған деп ұсынды. Титан боридінің жанындағы жергілікті тепе-теңдіктің арқасында Al3Ti тұрақты болуы мүмкін және Al-Ti перитектикалық қорытпаларындағы сияқты αAl түзе алады.
Моханти өзінің гипотезасын растау үшін боридтерді балқыманың түбіне тұндырды, содан кейін құйманың жоғарғы және төменгі бөлігіндегі αAl титанның концентрациясын өлшеді. Нәтижесінде титанның концентрациясы боридтердің көпшілігі қоныстанған төменгі бөлігінде ең жоғары екендігі анықталды. Бұл оның теориясының жеткіліктілігінің негізгі дәлелі болды. Бірақ Сигворт өзінің мақаласында [21] бұл теорияны жоққа шығаруға тырысты. Оның есептеулеріне сәйкес титан белсенділігінің градиентінің болуы термодинамика заңдарына қайшы келеді. Ол титанның фазалық бөліктің бетіне түсуі мүмкін екенін жоққа шығармады, бұл Al3Ti тұрақтылығының себебі деп күмәнданбады.
Қос нуклеация теориясының тағы бір проблемасы бар. Джонсон өз жұмысында [15] Al-Ti-B қоспалары үшін Al-Ti фазалық диаграммасының қимасы бойынша нуклеация және өсу температурасын өлшеді нәтижесінде титанның перитектикалық концентрациясында нуклеация температурасы Al-Ti ликвидус қисығы бойымен жүретіні белгілі болды.Tеория мұны түсіндіре алмады, өйткені оның негізіндегі жергілікт тепе-теңдік принципі нуклеация температурасы перитектикалық концентрациядағы ұқсас температураға сәйкес келуі керек дегенді білдіреді. Демек0.05% Ti бар қорытпа үшін бұл нуклеация температурасы сұйық температурадан шамамен 3°Cжоғары. Бұл теорияны Аl-Si жүйесінің құю қорытпаларына қолдану әрекеті де сәттіліккеәкелмеді.
Нәтижесінде нуклеация бөлшектерінің парадигмасы шеңберіндегі теориялар алюминий мен оның қорытпаларын модификациялау механизмін толық түсіндіре алмайтындығы белгілі болды. Сондықтан дәнді ұсақтау механизмін бағалауға сапалы жаңа тәсіл қажет болды. Осылайша еритін заттың жаңа парадигмасы пайда болды. Ерітінді парадигмасында нуклеация процесі әлі де маңызды, бірақ ерітіндінің дендриттер мен аймақтардың өсуіне әсері фазалық бөлімнің беткі жағындағы концентрациялық гипотермия да ескеріледі.Осы саладағы алғашқы зерттеушілердің бірі Джонсон болды [22]. Оның идеяларына сәйкес, сегреганттар (титан немесе кремний) балқымаға қосылған кезде дәннің өсуін шектейді, бұл құйманың құрылымын едәуір тегістеуге әкеледі. Бұлретте осы элементтердіңәрекеті GRF дәнінің өсуін шектеуфакторыменайқындалады. Бұлкөрсеткішкелесіөрнекпенанықталад ы:
GRF = m*c0*(k-1) (3)
бұл жерде m - ликвидус сызығының көлбеу бұрышы;
c0- қорытпадағы ерітінді концентрациясы;
k - сұйық металл мен бастапқы дәндер арасындағы элементтің тепе-теңдік Кесте 1 Кейбір элементтердің өсуін шектеу факторының мәні таралу коэффициенті Аl.
Есептеулердің нәтижелері бойынша 1кестеде көрсетілген дән өсуін шектеу тұрғысынан ең тиімді элементтер анықталды [22].
Элемент
k
m
(k-l)m
Концентрация,%
Реакция түрі
Ti
9
30,7
245,6
0,15
перитектикалық
V
4,0
10
30
0,1
перитектикалық
Hf
2,4
8
11,2
0,5
перитектикалық
Zr
5,5
4,5
6,8
0,11
перитектикалық
Nb
1,5
13,3
6,6
0,15
перитектикалық
Si
0,11
-6,6
5,9
12,6
эвтектикалық
Cr
2,0
3,5
3,5
0,4
перитектикалық
Ni
0,007
-3,3
3,3
6
эвтектикалық
Mg
0,51
-6,2
3,0
3,4
эвтектикалық
Fe
0,02
-3,0
2,9
1,8
эвтектикалық
Cu
0,17
-3,4
2,8
33,2
эвтектикалық
Жаңа парадигманың екі негізгі постулатын ажыратуға болады:
- бөлу элементтері өсу қарқынын шектеуші ретінде әрекет етеді, бұл өздігінен және бағытталмаған нуклеация кезінде жаңа кристалдану орталықтарының пайда болу ұзақтығының артуына әкеледі;
- бөлу элементтері фазалық интерфейстің алдыңғы жағында концентрациялық гипотермия аймағының пайда болуына әкеліп соғады, кристалдану алдыңғы жағында нуклеацияны белсендіреді және алдыңғы дәндердің өсуін үзеді.
Титан алюминидтері ерітілген сегрегент болған немесе болмаған кезде жақсы нуклеаторлар деп айтуға болады, бірақ бұл Al3Ti балқытылған титансыз балқымада бола алмайды дегенді білдірмейді. Сондықтан, егер титан алюминидтері қосылса, онда олар ерітіліп, модификациялауға қажетті ерітілген титанның қажетті концентрациясын жасайды. Дәл осындай тәсіл құйма қорытпаларға қатысты да қолданылуы мүмкін. Тек бұл жағдайда кремний сегрегент ретінде әрекет етеді.
Бастапқы қорытпа ретінде тазалығы 99,97% алюминий пайдаланылды [25]. Негізгі қоспалар темір мен кремний болды. Модификатор қоспалары металды 750 °С температурада құюдан 15 минут бұрын отырғызылды, құю 300°С дейін қыздырылған шойын түріндегі формада жүргізілді.Модификаторлар ретінде үш лигатура қолданылды. Біріншісінде TiB2 бөлшектері және алюминий болды (A1-3 TiB2), екіншісі - A1 - 6Ti және үшіншісі - A1 - 5Ti - В.
Негізгі мәселелердің бірі TiB2-нің тиімді нуклеатор ретіндегі рөлін анықтау болды.Титан диборидін ерітілген титансыз қосқан кезде құйманың макроқұрылымы көрсетілген. Сурет 1.2
Құрылымда бағаналы кристалдар байқалса да, соған қарамастан, эквивалентті дәндер шлифтің үлкен аймағын қамтиды. Сондықтан титан диборидтері пішін қабырғаларында немесе олардың жанында кристалдану орталықтарына айналуы мүмкін, бірақ бағаннан эквивалентті құрылымға толық ауысу үшін басқа факторлардың әсері қажет. Титан диборидтерінің модификациялау қабілетінің дәлелі термиялық талдау деректері бойынша оларды таза алюминийге қосқан кезде қатты ерітіндінің кристалдануынан бұрын балқыманың гипотермиясы толығымен жоғалады.
Сурет 1.2 - Алюминий құймасының макроқұрылымы:
а) - 0; б) - 0,03; в) - 0.06; г) - 0,012 мас. % TiB2 ерітілген титан болмаған жағдайда.
0,01% мөлшерінде ерітілген титан болған кезде алюминий құрылымы айтарлықтай өзгереді, бұл 1.3 суретте көрсетілген.
Сурет 1.3 - Алюминий құймасының макроқұрылымы:
а) А1 + 0,03% TiB2; б) А1 + 0,03% TiB2+ 0.01 %Ti
Дән мөлшері айтарлықтай азаяды, ал құрылымы толығымен ұсақ түйіршікті және эквивалентті болады. Сонымен қатар, 0,02% - дан астам титан қоспасы дәнді одан әрі ұсақтауға әлсіз әсер етеді. Мұны төмендегі деректер растайды (сурет 4).
Сурет 1.4 - Дән мөлшерінің: а) титан диборидінің; б) титанның құрамына тәуелділігі.
Жоғарыда айтылғандай, кейбір теориялар ерітілген Ti TiB2 бөлшектерінің бетінде титан алюминийінің қабатын түзеді, осылайша кристалдану орталығының нуклеациялық қабілетін арттырады.
Сондықтан артық титанның әсері оның TiB2 бетінде Al3Ti қабатының пайда болуына қарағанда бөлгіш элемент ретінде әсер етуінен көбірек көрінетінін дәлелдеу маңызды.Бұл титан диборидінің ұрық түзілу қабілетін арттыру үшін тек титанды ғана емес, кез-келген бөлгіш элементті қолдануға болатындығын дәлелдеуді қажет етті. Бұл көзқарасты негіздеу үшін Al-Ti жүйесі Аl-Si жүйесімен салыстырылды, өсу факторының мәні 12 (яғни Al-0.05 Ti және Al2 Si) титан диборидін 0.01% және онсыз қосады.Бастапқыда өсуді шектеу факторының белгілі бір мәні үшін қосылған еріген элементтің түріне қарамастан дән мөлшері бірдей болады деп болжалды. Алайда, кристалдану орталықтарының көлемдік тығыздығы дән мөлшеріне де айтарлықтай әсер етуі керек екені белгілі болды. Сонымен, титан мөлшері 0,05% болған кезде дән мөлшері 2% кремнийге қарағанда едәуір аз болды, дегенмен екі жағдайда да өсуді шектеу факторының мәні бірдей [25].Алынған дән мөлшері 2 кестеде жинақталған.
Кесте 1.2
Титан дибориді құрамының Al-2% Si және Al-0,05% Ti қорытпаларындағы дән мөлшеріне әсері
Қорытпа
Дән мөлшері, мкм(0% TiB2)
Дән мөлшері, мкм(0,01% TiB2)
Al - 2%Si
837
291
А1 - 0,05% Ti
223
195
TiB2 қоспай, титан қоспасы бар алюминийдегі дән мөлшері кремний қорытпасынан едәуір аз екенін ескеріңіз. TiB2 қосылған кезде айырмашылық одан да артады деп болжау қисынды болар еді. Қос нуклеация теориясы дәл осылай болжайды. Алайда дән мөлшеріндегі айырмашылық маңызды емес болады. Осыдан ерітінділердің нуклеаторлардың модификациялық тиімділігіне әсері шамамен бірдей деп қорытынды жасауға болады. Сондықтан, егер алюминий титан диборидінің бетінде пайда болса да, бұл модификация процесіне айтарлықтай әсер етпейді.
1.1 Алюминий қорытпалары құймаларының құрылымына балқыманың салқындауының әсері
Тек бір кристалдану температурасының болуы туралы тұжырымның дұрыстығына қарамастан, сұйық металдардың гипотермиясы эксперименталды түрде жиі байқалады, өйткені олардың кристалдануы кейбір төмен температурада басталады.
Нәтижесінде кристалдану майданында гипотермия аймағы пайда болады. Қоспасыз қорытпаларда эмбриондарды қалыптастыру үшін қажет гипотермия өте үлкен және ондаған және жүздеген градус.
Алюминий қорытпаларының құймаларын үздіксіз құю кезінде құйманың тереңдігіне үздіксіз жылжудың алдында ұңғымада гипотермия аймағы бар,температурасы алюминий немесе алюминий қатты ерітіндісінің дендриттерінің кристалдану температурасынан 1-3 °С төмен [26].
Гипотермия аймағы кристалдану процесінде маңызды рөл атқарады, өйткеніонда кристалды эмбриондардың ерімейтін қоспаларының қатты бөлшектерінде пайда болады-құйма дәндерінің кейінгі кристалдану орталықтары.
Термиялық және концентрациялық гипотермияны ажыратыңыз. Гипотермияның өзі басталу температурасының ауытқу өлшемін сипаттайды
осы жылу жағдайындағы сұйықтықтың тепе-теңдік температурасынан кристалдануы. Әр түрлі атаулар тек осы құбылыстың себептеріндегі айырмашылықты көрсетеді.
Қатаюдың бастапқы кезеңінде кездейсоқ бағытталған кристалдары бар құймалардың сыртқы қабаты күрт салқындатылған аймақ деп аталады (сурет. 1.6).
Сурет 1.5 - Күрт салқындатылған аймақтан бағаналы аймаққа өту: 1-пішін қабырғасы; 2-күрт салқындатылған кристалдар; 3-бағаналы кристалдар; 4-балқыма
Бұл қабат балқу температурасының кристалдану температурасынан күрт төмендеуіне, яғни термиялық гипотермияға байланысты қалыптың қабырғаларын салқындату әсерінен қалыптасады. Бұл қабат құйманың қасиеттеріне айтарлықтай әсер етпейтінін ескеріңіз, өйткені фрезерлеу кезінде барлығы дерлік кесіледі.
Әрі қарай, сұйық металл көлемінде пайда болатын гипотермияны атап өтеміз. Дәл осы жерде құйманың соңғы дән құрылымы қалыптасады. В.И.
Добаткиннің пікірінше [28] үздіксіз құю кезінде құймаларды қатайтудың үш түрі бар: дәйекті кристалдану,шамамен бірізді кристалдану және көлемдік-бірізді кристалдану (сурет. 1.6).
Сурет 1.6- тізбекті (а); шамамен-бірізді (б) және көлемдік-бірізді (в) құйманың кристалдануы
Кейбір шарттылыққа қарамастан, бұл жіктеу кристалданудың құрылымы мен табиғаты арасындағы байланысты атап көрсете отырып, құйманың қатаюының нақты көрінісін сенімді түрде көрсетеді. Әрбір схеманың сол жағы таза алюминийге, ал оң жағы алюминий қорытпасына жатады.
Жүйелі кристалдану (сурет. 1.6 "а") қорытпада немесе таза металда кристалдану ұрықтарының жеткіліксіз мөлшері болған жағдайда тән. Бұл жағдайда өте жоғары термиялық гипотермияның болуы тән. Құйманың баған тәрізді құрылымы оның барлық қимасында қалыптасады. Мұндай құрылым өте таза алюминийді (ерімейтін қоспаларға қатысты) немесе сұйық металдың қатты қызып кетуі кезінде қорытпаларды құюға тән, мұнда кристалданудың ықтимал орталықтары болуы мүмкін қатты бөлшектердің едәуір бөлігі сөндіріледі.
Балқыманың орташа қыздыру дәрежесінде және онда кристалдану орталықтарының жеткілікті саны болған кезде балқыманың гипотермия дәрежесі айтарлықтай төмендейді. Бұл жағдайда құйманың бүкіл қимасында тепе-тең ұсақ түйіршікті құрылым түзе отырып, шамамен-бірізді кристалдану байқалады.
Құю температурасы төмен және балқыманы қарқынды араластыру жағдайында құйма тесігінде көлемді-дәйекті кристалдану орын алады.
Мұндай құймаларға эквивалентті құрылым тән, бірақ дән мөлшері сияқты күрт айырмашылықтармен (сурет. 1.8), сондай-ақ олардың ішкі құрылымында. Осылайша, балқыманың аз термиялық гипотермиясы жағдайында белсенді бөлшектердің көп мөлшері бар модификацияланған қоспалар тиімдірек болады деп қорытынды жасауға болады.
Сурет 1.7 - тізбекті (а), шамамен-бірізді (б) және көлемді-бірізді (в) кристалдану кезінде алынатын құймалар құрылымының түрлері
1.2 Алюминий қорытпаларының кристалдану процесіне, құрылымы мен қасиеттеріне химиялық құрамының әсері.
Алюминий қорытпаларының беріктігін арттыру легірленген компоненттерді енгізудің негізгі себептерінің бірі болып табылады. Көбінесе беріктікті арттырудың екі әдісі қолданылады:
1. термиялық беріктендірілетін қорытпалар үшін қатты ерітіндіде дисперсті бөліністердің пайда болуы немесе термиялық беріктендірілмейтін қорытпалар үшін қорытпаны шыңдау;
2. легірлеуші элементтерді қатты ерітіндіге ауыстыру және оларды кейіннен субмикроскопиялық бөлшектер түрінде бөлу.
Легірлеуші элементтерден басқа, балқымада кристалдану процесіне және өнімнің соңғы қасиеттеріне айтарлықтай әсер ететін қоспалар бар. Олардың әсер ету сипаты берілген қоспаның қатты ерітіндідегі ерігіштік дәрежесіне байланысты [31]. Сонымен, балқымаға қатты қоспа түскенде AT' метатұрақтылық интервалының күрт төмендеуі орын алады (1.8-сурет).
Сурет 1.8 - n кристалдану орталықтарының пайда болу жылдамдығының ∆T балқымасының гипотермиясына тәуелділігі
Егер қоспа сұйық фазада еритін болса және қатты фазада ерімейтін болса, онда кристалдардың өсуі кристалдану алдында қоспалар атомдарының жоғары концентрациясы бар балқытылған қабаттың пайда болуымен бірге жүреді. Бұл жағдайда кристалданған қорытпа атомдарының сұйық фазадан қатты қабатқа түсуі қиын болады.Сол сияқты, қоспа беттік белсенді әрекет етеді. Тек осы жағдайда ол өсіп келе жатқан кристалдардың бетіне сіңіп, олардың одан әрі өсуіне жол бермейді. Кейбір қоспалар қорытпалардың технологиялық қасиеттерін едәуір төмендететін фазалық компоненттердің пайда болуына байланысты теріс әсер етуі мүмкін.
Осы жүйеге негізделген қорытпалар алюминий қорытпалары арасында ең жоғары беріктікпен сипатталады (750 - 800 МПа дейін). Бұл қорытпалардың дамуына Зандер мен Мейснердің Аl-Zn-Mg үш компонентті қорытпаларындағы қатаю және кейінгі қартаюының ашылуына әсер етті. Болашақта коррозияға төзімділікті арттыру үшін осы қорытпаларға мыс қосылады. Алайда, Аl-Zn-Mg-Cu жүйесінің қорытпалары ыстыққа төзімді емес және ұзақ уақыт жұмыс істеген кезде оларды 100-120°С аспайтын температураға дейін қолдануға болады.
* Күйген күйі
Al-Zn-Mg-Cu қорытпаларының күйдіру күйіндегі беріктігі 200-250 МПа аралығында болады. Мысты енгізу беріктікті 20 - 50 МПа арттырады және іс жүзінде технологиялық қасиеттерін бұзбайды. Магний беріктікке екіұшты әсер етеді. Сонымен, концентрацияның нөлден 1,5% -ға дейін жоғарылауымен күш артады. 1,5-3% Mg бар қорытпалар ең аз беріктікке ие.
Бұл магний концентрациясы күйдірілген күйде икемділігі жоғары қорытпаларды алу үшін қажет. Дегенмен, қорытпада мырыш пен мыс неғұрлым көп болса, соғұрлым магний мөлшері жоғары болады, күйдірілген күйдегі ең аз беріктік байқалады.
* Шыңдалған күйі
Беріктіктің негізгі өсуіне қатты ерітіндідегі магний, мырыш және мыс мөлшерінің жоғарылауымен қол жеткізіледі. Ерігіштіктен тыс екінші фазалар пайда болған кезде, қорытпаның жалпы легірленуінің жоғарылауымен беріктік біршама артады. Сондай-ақ жоғары қаныққан қатты ерітінділердің икемділігі және олардың концентрациясының жоғарылауымен икемділіктің өсу мүмкіндігі расталады.
* Ескі күй
Абсолютті мәндер бойынша Аl-Zn-Mg-Cu қорытпаларының ескіру әсері беріктендіру әсерінен екі үш есе жоғары.Бұл негізінен мырыш пен магний бар фазалармен қамтамасыз етіледі.Мыстың 2%-ға дейінгі концентрациялардағы және 6-10% мырыш мөлшерінің әсері қосымша беріктікке, коррозияға қарсы төзімділіктің және иілгіштіктің айтарлықтай артуына дейін алып келеді.Мыс концентрациясының одан әрі жоғарылауы S (Al2 CuMg) фазасының артық түзілуі нәтижесінде қасиеттердің нашарлауына әкеледі.
Бұл өтпелі металдар Al-Zn-Mg-Cu қорытпаларының қасиеттеріне үлкен әсер етеді, дегенмен олардың құрамы оннан аспайды. Бұл осы элементтердің алюминийде ерігіштігіне, ерекшеліктерге байланысты. Құйманың кристалдануы үздіксіз құю тепе-тең емес, нәтижесінде тепе-теңдіктің ерігіштігі максималды тепе-теңдік ерігіштігінен едәуір асып кетуі мүмкін (кесте. 1.3).
Бинарлы қорытпалардың қатты ерітінділерінің максималды қанығуы
Кесте 1.3
Сұйық күйден шыңдалған кезде максималды тепе-тең емес ерігіштігі
Жүйе
Күй диаграммасының түрі
Тепе-тең ерігіштігі, %(массасы бойынша)
Ерігіштігі*, % (массасы бойынша)
Шекті
4270С кезінде
А1-Мn
Эвтектикалық
1,8
0,20
15
А1-Сг
Перитектикалық
0,85
0.30
10
Al-Zr
Перитектикалық
0,28
0,05
2,5
Al-Fe
Эвтектикалық
0,05
0
8,4
Тепе-теңдіксіз кристалдану нәтижесінде дендритті жасушаның көлеміне элементтердің таралуы біркелкі емес. Al-Mn және Al-Fe эвтектикалық жүйелерінде өтпелі металдардың мөлшері дендриттің ортасынан оның шетіне қарай артады. Al-Cr және Al-Zr перитектикалық типті жүйелерде дендрит орталығы өтпелі металдармен байытылған.Гомогендеу, ыстық деформация немесе шынығу температураларында (400-500°с) осы металдардың алюминийдегі ерігіштігі ең жоғары тепе-тең ерігіштікке қарағанда төмен, сондықтан осы технологиялық операцияларда кристалдану кезінде пайда болған Мn, Сг және Zr бойынша аса қаныққан ерітіндінің ыдырауы жүреді.Нәтижесінде интерметаллидтердің дисперсті бөлшектері пайда болады. Дисперсоидтар деп аталатын бұл бөлшектер алюминий қорытпаларының қайта кристалдану температурасын анықтайтын маңызды факторлардың бірі болып табылады. Марганец, хром, цирконий және темір қайта кристалдану температурасын және беріктік сипаттамаларын, әсіресе престелген жартылай фабрикаттарды жоғарылатады. Алайда, бұл металдардың әсер ету сипаты олардың қорытпада болу формасына байланысты.
1.3 Құймалар құрылымының қалыптасу заңдылықтары
Құйманың құрылымдық аймақтарының қалыптасуына кристалдану жылдамдығы негізгі әсер етеді. Алайда, бұл әсер екі жақты. Бір жағынан кристалдану құю жылдамдығының жоғарылауы жылдамдықтың жоғарылауына әкеледі,сондықтан құрылымды тегістеуге ықпал етуі керек. Екінші жағынан, кристаллизаторда қатайған қабат қалыңдығының азаюы нәтижесінде құйманың жалпы салқындату қарқындылығы бір уақытта артады, бұл транскристаллизацияға бейімділіктің жоғарылауына әкелуі керек. Бұл VKP кристалдану жылдамдығы мен Vn құюдың синусоидальды тәуелділігіне байланысты.
VК=VЛ*sinφ (4)
Мұндағы φ- құйма осі мен осы нүктедегі кристалдану бетіне жанама арасындағы бұрыш.
Сондықтан құю жылдамдығының жоғарылауымен шеткергі ұсақ түйіршікті аймақтың тарылуын және оның орталық бөлігінде кеңеюін күту керек. Кристаллизация аймағының ені жоғарыда қарастырылған аймақтардың өлшемдерінің өзгеруіне байланысты болады. Бұл болжамдар эксперименттік мәліметтермен расталады. AD1 қорытпасын құю кезінде үш құрылымдық аймақ айқын көрінеді (сурет. 1.9).
Сурет 1.9 - 50 мммин (а) және 80 мммин (б)жылдамдықтарымен құйылған АD1 қорытпасының диаметрі 330 мм құймалардың макроқұрылымы
Құю жылдамдығының 50-ден 80 мммин дейін жоғарылауы перифериялық (70-тен 30 мм-ге дейін) айтарлықтай төмендеуіне және тең осьті кристалдардың орталық аймағының кеңеюіне әкеледі. Үлкен диаметрлі құймаларда құю жылдамдығының әсері айқынырақ болады.
1.4 Алюминий мен оның қорытпаларын түрлендіруге арналған лигатуралар
Қазіргі уақытта Al-5Тi-1B және Al-3Тi-lB лигатуралары жартылай үздіксіз құю әдісімен құйылатын алюминий қорытпалары құймаларының өнеркәсіптік өндірісінде ең көп таралған болып табылады. Дегенмен,лигатуралардың жаңа композицияларының дамуы тоқтамайды.Негізінен титанның борға қатынасы бойынша бір-бірінен ерекшеленетін көптеген модификаторлар жасалды, бұл лигатурадағы TiB2 негізгі модификациялық компонентінің бастапқы мөлшерін анықтайды.Мысал ретінде Al-5Ti-lB, Al3Ti-lB, Al3Ti-0.2B және Al-1.2Тi-0.5В негізгі қорытпаларын пайдалана отырып, [46] авторлары Ti:B қатынасы мен модификаторды тұтыну деңгейінің әсерін lxxx және xxx серияларының қорытпаларының модификация дәрежесі бойынша қарастырды.Дәннің ең аз мөлшеріне және 1050 қорытпасы үшін оны таратудың ең жақсы біркелкілігіне қол жеткізу үшін лигатураның шекті шығыны анықталды.Al-1.2Тi-0.5В лигатурасын тұтыну кезінде құймаларда бағаналы кристалдардың пайда болуына толық жол берілмеді-бір тонна балқымаға 0,5 кг. Ең көп таралған Al-5Ti-lB лигатурасы үшін бұл көрсеткіш тоннасына 1,5 кг құрады, қалған лигатуралар одан да жаман нәтиже көрсетті. Астық мөлшерінің енгізілген модификатордың мөлшеріне тәуелділік графигі суретте көрсетілген. 1.15
Al-Ti-B жүйесі негізінде жаңа модификаторларды құру модификациялаушы бөлшектердің улануын азайту үшін де қажет. Бүгінгі күні ғалымдардың барлығы дерлік цирконий қоспалары бар қорытпаларға Al-Ti-B шебер қорытпаларын қосу олардың астықты құйма түрінде ұнтақтау қабілетінің нашарлауына әкелетінімен келіседі.
Сурет 1.10 - Модификатор қоспасының деңгейі, кг тонна
Модификатор қоспасының деңгейі, кг тонна
Сурет 1.11 - модификаторлардың қорытпалар дәнінің мөлшеріне әсері (Т 1АСШША = 685 - 705°С): а) қорытпа 1050; б) қорытпа 6063
Бұл процестің механизмін ашу үшін көптеген зерттеулер жүргізілді. Олардың барлығы балқымада TiB2 немесе Al3Ti бөлшектерін орап, олардың тиімділігін төмендететін Zr бар жеке фаза пайда болады деген болжамға келтіріледі.Дегенмен, бұл мәселе бойынша соңғы жұмыс улану механизмі туралы көзқарасты біршама өзгертеді. Бұл зерттеудің авторлары қорытпада темір қоспалары болған жағдайда Al8Fe4Zr фазасының түзілуі жүреді, ол негізінен Al3Ti бөлшектерін орап, олардың еру жылдамдығын төмендетеді деп есептейді.Нәтижесінде балқымада еріген титанның мөлшері азаяды, ол астықты тиімді ұнтақтау процесі үшін қажет, өйткені тек TiB2 бөлшектерінің арқасында бұл мүмкін емес.
1 бөлім бойынша қорытынды
Осы уақытқа дейін зерттеушілер мен ғалымдар алюминий қорытпаларының құрылымын өзгерту механизміне қатысты бір келісімге келген жоқ. Модификациялау механизмін одан әрі дамыту үшін қос дәнешік теориясы ең перспективалы болып көрінеді.
Алюминий қорытпаларындағы кристалдану орталықтары қорытпадағы титан концентрациясына байланысты титан диборидтері, карбидтер және алюминидтер болуы мүмкін екендігі жалпы қабылданған.
Өнеркәсіптік өндірісте ұзақ уақыт бойы негізінен Al-Ti-B және Al-Ti-C сым қорытпалары қолданылды.
Кристалдану алдындағы балқыманың тез суыту мөлшері жұқа тең жақты құйма макроқұрылымының қалыптасуының негізгі көрсеткіштерінің бірі болып табылады.
Жартылай фабрикаттардың беріктігі мен технологиялық қасиеттерін күрт төмендететін құйманың микроқұрылымында артық фазалардың пайда болуына жол бермеу үшін қорытпаның химиялық құрамын түзету қажет.
2 Зерттеу әдісі
2.1 Металды микроскопта металлографиялық зерттеу
Зерттеу бойынша зертханалық эксперименттер жұмысы ҚарТУ, 2 корпус 209 - 213 зертханалық бөлмелерінде Altami МЕТ 5Т микроскобы арқылы жүргізілді.
Altami МЕТ 5Т микроскоп - металл табиғатының объектілерін олардың атауынан көріп қана қоймай, сонымен қатар кез-келген мөлдір материалдарды зерттеуге мүмкіндік береді. Зертханалық жабдықтардың бұл түрі әртүрлі композициялық материалдардың, шлактар мен тау жыныстарының ішкі құрылымын зерттеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, бұл құрылғылар машина жасаудағы әртүрлі өнімдерді дәл өлшеуге, электронды өнеркәсіп элементтерінің топологиялық құрылымын талдауға және олардың құрылғысы мен техникалық мүмкіндіктері рұқсат етілген тағы басқаларға мүмкіндік береді. Металлографиялық микроскоптардағы зерттеу объектілері көбінесе белгілі бір жолмен кесілген және мұқият жылтыратылған құймалар болып табылады, олар шағылысқан жарықта қарастырылады. Көбінесе мұндай құрылғылар объектіні полярланған жарықта зерттеуге мүмкіндік беретін арнайы құрылғылармен жабдықталған (поляризатор мен анализатордан тұратын поляризация жиынтығы). Ал кейбіреулері, мысалы, Altami 5-Dick, объектілерді тіпті қараңғы өріс әдісі мен дифференциалды кедергі контрастымен байқауға мүмкіндік береді, бұл олардың құнын едәуір арттырады, бірақ дәл зерттеу нәтижелеріне қол жеткізуге көмектеседі (сурет 2.1).
Сурет 2.1 - Altami МЕТ 5Т микроскопының көрінісі
2.1 суретте көрсетілгендей микроскоптың жұмыс принципі өте қарапайым: жарықтың дивергентті сәулесі үлгі арқылы өтеді, алынған кескін объективпен үлкейтіледі, окуляр түтігіне түсу үшін сынылады, ол қайтадан артады. Осыдан кейін жарық сәулесі көздің торына түсіп, сурет қалыптастырады.Микроскоптың құрылғысы мен жұмыс принципі әртүрлі модельдер үшін сәл өзгеше болуы мүмкін. Мысалы, кәсіби электронды құрылғыларда үлгі арқылы арнайы магниттік линзалар ұстап алатын электрондар сәулесі өтеді. Алайда микроскоптың негізгі принципі өзгеріссіз қалады [32].
Микроскопты жұмысқа дайындаймыз.
Микроскопты жұмысқа дайындау әдісі өте қарапайым, бірақ пайдаланушының жайлылығы оның сақталуына байланысты:
құрылғы пайдаланушысының жасына сәйкес келетін ең ыңғайлы орындық пен үстелді таңдаңыз;
құрылғыны терезенің немесе жарық көзінің жанына қойыңыз;
микроскопты ретке келтіріп, оны тубус ұстағышымен және негізімен ұстаңыз;
құрылғыны шетінен 3-5 см қашықтықта орнатыңыз;
микроскопты қолданар алдында сыртқы оптикалық элементтерді жұмсақ шүберекпен сүртіңіз: линзалар, көзілдіріктер, айна;
диафрагманы толығымен ашып, конденсаторды төмендетіңіз, егер мұндай түзетулер құрылғының дизайнында қарастырылған болса;
микроскоппен жұмыс істеу ережелерін сақтай отырып, шамды соқыр емес етіп орнатыңыз, бірақ көру өрісі біркелкі және жарқын болады;
слайдты өте мұқият өңдеңіз - ол сынғыш;
егер сіз химиялық заттарды зерттесеңіз, микроскоппен жұмыс істеу алгоритмі қолғап пен көзілдірікті қолдануды қажет етеді;
егер сіз монокулярды қолдансаңыз, оған әр көзбен кезекпен қараңыз - сондықтан көру мүшелері аз шаршайды.
Микроскоппен жұмыс істеудің негізгі ережелері тақырып үстелін немесе объективті дәл алып тастау керек. Егер сіз көзілдірікке қарасаңыз және препаратты бір уақытта жақындатсаңыз, заттық үстелге немесе оптикаға зақым келтіру оңай. Микроскоппен жұмыс істеу әдістері өте қарапайым: үлкейтудің максималды дәрежесін өзгерту үшін револьвердің басын тән шертуге бұру жеткілікті. Бірақ мұны бақылауда да жасау керек: оптика көп есе ұзағырақ және слайдқа ілінуі мүмкін. Сондықтан микроскоппен өте мұқият жұмыс істеу керек, қажет болған жағдайда әр линзаның параметрлерін жеке-жеке қайталаңыз.
Үлгіні дайындау кезінде оңтайлы жұмыс режимін таңдай отырып, планетарлық диірмендегі бастапқы материалды ұнтақтау сапасына ерекше назар аудару керек. Материалдың қалыңдығы поляризация микроскопиясының нәтижелеріне де әсер етеді.
Тор қалың қабаттарын зерттеу кезінде әртүрлі анизотропты құрылымдарды бір-бірінің үстіне қою үшін жағдайлар жасалады. Сонымен қатар, үлгілердің әртүрлі қалыңдығымен зерттелетін құрылымдардың ани-зотропты қасиеттері өзгеруі мүмкін, сондықтан салыстырмалы зерттеулерде үлгілердің тұрақты қалыңдығын қамтамасыз ету өте маңызды. Ұсынылатын ең үлгі қалыңдығы 10 мкм-ден асуы керек.
Мұндай құрылғылардың жұмыс принципі зерттелетін үлгіні поляризациялық сәулелермен сәулелендіргеннен кейін кескін алу болып табылады (жарықтың поляризация бағыты өзгерген кезде үлгінің анизотропты қасиеттері пайда болады).
Микроскоптың құрылымы қалай жасалғанына қарамастан, әр құралға ортақ бірнеше негізгі сипаттамалар мен ұғымдар бар:
апертура;
оптикалық ажыратымдылық деңгейі;
жарық көздері.
Микроскоптың негізгі міндеттерінің бірі-бақыланатын объектінің нақты және ең үлкен бейнесін құру. Диафрагма - бұл үлкейту линзасының немесе белгілі бір микроскопқа салынған линзалар жүйесінің диаметрі (немесе мөлшері). Диафрагманың мәні неғұрлым үлкен болса, жарық сәулелерінің объективінің сыну күші соғұрлым жоғары болады және бақылау өрісіне түсетін олардың саны соғұрлым көп болады.
Екінші, кем емес маңызды параметр - оптиканың ажыратымдылық мүмкіндігі. Микроскоптың оптикалық схемасы қаншалықты сапалы жұмыс істейтіні линзалардың қаншалықты дәл жасалғанына және "орнатылғанына" байланысты. Сондай-ақ, ажыратымдылық сапасына ақ жарықтың спектріне ыдырауын қамтамасыз ететін жарық дисперсиясы әсер етеді.
Сәулелендіру құралы ретінде жоғарғы немесе төменгі жарықтандыруға арналған айна немесе шамдар болуы мүмкін. Айна түріндегі қарапайым сәулелендіру құралы микроскоптың слайд үстелінің астында орналасқан.
Дөңгелек "револьвердің" міндеті - құралдың линзаларын бекіту және қажет болған жағдайда оларды үлкейту мен жарықтандыру дәрежесін өзгерте отырып, дұрыс бағытта бұру. 2.2 суретте келтірілген зертханалық биологиялық микроскоптарда "револьверлерде" үш немесе одан да көп объектив болуы мүмкін.
Сурет 2.2 - Микроскоптың негізгі құрылғылары
Үшінші сипаттама-жарық көзі. Қарапайым жарық көзі - бұл қарапайым микроскопын қарау арқылы көруге болатын айна. Бұрылып айнасы әр түрлі бұрыштары, байқаушы жеткізеді, әр түрлі дәрежедегі жарықтандыру объект. Күрделі құрылымы бар микроскоптар әртүрлі жарықтылық пен қуат шамдарымен жабдықталған.
Сонымен қатар микроскоптың құрылымын қарастыруға болады. Ол келесі бөліктерден тұрады:
окуляр;
төсектер;
жарықша;
пәндік үстел;
линзаларға арналған ұстағыш ("револьвер") ;
линзалардың өздері;
конденсатор;
диафрагмалар.
Көзілдірікте бақылаушы объектіге қарайды. Дизайнға байланысты кез-келген микроскоп монокулярлы немесе бинокулярлық болуы мүмкін (бинокль сияқты екі көзілдірік бар). Микроскоптың конфигурациясында бірнеше алынбалы көзілдіріктер қарастырылған, оларды әр түрлі үлкейту дәрежесі бар препаратты бақылау арқылы өзгертуге болады.
Төсек (немесе негіз) - бұл бүкіл микроскоп құрылғысы бекітілген штативтің бір түрі. Бақылау сапасы оның тұрақтылығы мен массасына байланысты.
Тақырып үстелі микроскоптың объективі (линзалары) мен сәулелендіргіштің арасында орналасқан. Оған дайын зертханалық препараты бар әйнек салынған. Шыны арнайы қысқыштармен бекітіледі.
Конденсатор және диафрагма - күрделі модельдердің микроскоптарында болатын құрылғылар. Диафрагманың көмегімен (камерадағыдай) бақылаушы объектіге түсетін жарық қарқындылығын өзгертеді және реттейді. Конденсатор - бұл объектив арқылы өтетін жарық сәулесінің мөлшері мен фокусын басқаруға болатын арнайы линзалар жүйесі. 2.3 суретте жұмыс барысы бейнеленген.
Жұмыстың жасалу ережесі:
біріншіден, үлгінің бетін спирт және мақтаның көмегімен тазартып аламыз;
екіншіден, құрылғыға құрылғы үшін рұқсат етілген ең үлкен диаметрлі лента алқылы тегістеледі;
үшіншіден, үлгіні белгілі бір бағытпен мұқият ажарлау қажет және бұл маңызды;
ақауды тегістеу арқылы кезекпен орташа, кіші ленталарға көшу арқылы ажарлауды жалғастырамыз;
дайын болған бұйымның ақауын, микроқұрылымын микроскоп арқылы зерртеп, нәтижесімен танысу.
Сурет 2.3 - Үлгіні ажарлау кезіндегі жұмыс барысы
Altami МЕТ 5Т микроскоп - металл табиғатының объектілерін олардың атауынан көріп қана қоймай, сонымен қатар кез-келген мөлдір ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz