Әр түрлі температурада алынған CR-sio2-c кремний диоксидінің электрондық металографиясын зерттеу

Жоспар
Кіріспе

КІРІСПЕ
1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
1.1 Жоғарыберікті болаттың құрамы мен қасиеттері
1.2 Болаттың механикалық қасиетіне коррозияның әсері
1.3 Болат өнімдерінің коррозиялық шытынауы
2 ЭЛЕКТРОНДЫҚ ОПТИКА
2.1 Электрондық зонд диаметрінің электрондық зонд тогына тәуелділігі
2.1.1 dmin және imax есептеуі.
2.2 Электрондық зонд диаметрінің электрондық зонд тогына тәуелділігі
2.3 Микроскоп параметрлерін өлшеу
2.4 Шағылысқан электрондар
2.4.1 Атомдық номерден тәуелділік
2.4.2 Энергиядан тәуелділік
2.4.3 Үлгінің иілу бұрышынан тәуелділік
2.5 Жүрген жол ұзындығы және шығу тереңдігі
2.6 Екінші ретті электрондар
2.6.1 Анықтау және түзілу
3 ТӘЖІРИБЕЛЕР НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ

Электрондардың жоғарғы қозғалғыштығы, үлкен өлшемді электрлі кернеу жазықтығы ақаумен байланысқан үлкен көлемді тиым салынған аймақ және керемет термомеханикалық сипаттамамен SiC әр түрлі жартылай өткізгішті құрылғыны дайындауда үлкен қызығушылық шартын тудырды. Бірақта жоғарғы потенциалды мүмкіншіліктері бұл материалдық гетероэпитаксиалды қабатының жоқтығынан тоқтатылады. SiC көп жағдайда үш әдіс бойынша қондырады: ваккумды сублимация, молекулалы-сәулендіру эпитаксиясы және газды-фазадан химиялық қондыру. Осы әдістер арқылы алынған SiC қабықшалар жылуөткізгіштер және жұқа-қатты жабуда қолданады, бірақта микроэлектроникада құрылымының нашарлығынан қолданылмайды.
Көлемдік кристалдарының өте төмен сапасынан қондырғы жасауда тікелей қолданылмайды. Сол себепті эпитаксиалды өсіру - жартылайөткізгішті өндіріс үшін SiC алудағы технологиялық маңызды үрдіс болып табылады. Қазіргі таңда жартылайөткізгішті қондырғылар жасау өндірісіндегі ең ірі деген компаниялар қондырғылар сапасына сай кремний карбидінің эпитаксиалды қабыршағын алу мақсатында қарқынды зерттеу жұмыстарын жүргізуде: СРЕЕ (АҚШ) АВВ (Швеция) «Сименс» (Германия), «Хитачи» (Жапония). Кремний карбидінің гетероэпитаксиалды қабыршағын алудың негізгі әдісі болып: молекулалы-сәулелі эпитаксия (МВЕ), газо-химиялық тұндыру және әртүрлі оның модификациялары (ЕСR-CVD, RF-PECVD) сонымен қатар магнетронды тозандандыру әдісітері қолданылады.
Бітіру жұмысы ғылыми-зерттеушілік бағдарламаның бір бөлігі ретінде мынадай бағыттарға бағытталған: сыртқы өрістің (электрлік, магниттік, температуралық, серпімді деформация өрісі) шамасының және оның симметриясының тұқымдануға әсері мақсатында қондырғылар құру, гетероэпитаксиалдыкремний карбидінің қабыршағының өсу кинетикасы мен морфологиясы, қондырғылық сападағы қабыршақтар өсуінің оңтайлы шараларын анықтау.

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 36 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі

әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті

Семейханов С.С.
Әр түрлі температурада алынған Сr-SiO2-C кремний диоксидінің электрондық металографиясын зерттеу
тақырыбы бойынша

Дипломдық жұмыс

Мамандық 5В071000 - Материалтану және жаңа материалдар технологиясы

Алматы 2015 ж.

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі

Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті

Физика - техникалық факультеті

Қатты дене және бейсызық физика кафедрасы

Кафедра меңгерушісінің
рұқсатымен қорғауға жіберілді
ф.-м.ғ.д., профессор
___________ О.Ю.Приходько

Дипломдық жұмыс

ӘР ТҮРЛІ ТЕМПЕРАТУРАДА АЛЫНҒАН CR-SIO2-C КРЕМНИЙ ДИОКСИДІНІҢ ЭЛЕКТРОНДЫҚ МЕТАЛОГРАФИЯСЫН ЗЕРТТЕУ тақырыбы бойынша

Мамандығы: 5B071000 - Материалтану және жаңа материалдар технологиясы

Орындаған:
4 курс студенті _____________________ Семейханов С.С.

Ғылыми жетекші:
PhD, аға оқытушы. _____________________ Яр-Мухамедова Г.Ш.

Норма бақылаушы: _____________________ Сүйіндікова Г.С.

Алматы, 2015 ж.

РЕФЕРАТ

Берілген дипломдық жұмыс 60 бетте жазылған, оның ішінде 50 сурет және 5 кесте бар. Жұмыс кіріспеден, үш бөлімнен, қорытынды және 25 пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады.
Түйінді сөздер: жанғыш элемент, магнетрондық тозаңдату, аморфты көміртегі, каталитикалық қасиет.
Жұмыстың мақсаты: тозаңдату әдісімен алынған платинамен модифицирленген аморфты көміртекті қабаттың каталитикалық қасиеттерін зерттеу.
Зерттеу объектісі: Жанғыш элементтеріндегі аморфты көміртегі - платина қабаттары
Зерттеу жаңалықтары: магнетрондық тозаңдату әдісімен композиттік қабаттың қасиеттері зерттелді.
Зерттеу жұмыстарын жүргізу барысындa: магнетрондық тозаңдату құрылғысы қолданылды.
Зерттеу нәтижелері:
* Аморфты көміртек матрицасына дисперсиялаған наномөлшерлік платина негізінде а-C-Pt композитті қабаттардың технологиясы игерілді.
* а-C-Pt қабаттардың зерттеулері өткізілді және ауа-сутекті жанғыш элементтері ұяшығындағы олардың каталитикалық белсенділігі мен химиялық құрамды және құрылымдық сипаттамаларды байланыстыратын негізгі заңдылықтар айқындалды.
* Магнетрондық тозаңдату әдісімен алынған аморфты көміртек-платина қабықшаларының каталитикалық қасиеттері зерттелінді.

Реферат
Дипломная работа написана из 60 страниц, среди них 50 рисунков и 5 таблиц. Дипломная работа состоит из введений, 3 глав, заключения и из 25 использованных литератур.
Ключевые слова: горючий элемент, магнетронное напыление, аморфный углерод, каталитическое свойство.
Цель работы: определение каталитических свойств аморфного углерода, модифицированного платиной и полученного методом магнетронного напыления.
Новизна исследования: методом магнетронного напыления исследованы свойства композитных слоев.
С исследованием данной работы использовано оборудование магнетронного напыления.
Результаты исследования: в матрице аморфного углерода, освоена технология а-С-Pt композитных слоев на основе дисперсной наноразмерной платины. Исследованы а-С-Pt слои, в ячейках воздуха-водородных горючих элементах исследованы каталитическая активность, химический состав и основные законы, объединяющие структурные характеристики.

ABSTRACT
DIPLOMA THESIS WRITTEN 60 stranits, including 50 figures and 5 tables. Thesis consists of an introduction, three chapters, conclusion and of the 25 references.
Keywords: fuel element, magnetron sputtering, an amorphous carbon, a catalytic property.
Objective: To determine the catalytic properties of amorphous carbon, platinum modified and prepared by magnetron sputtering.
The novelty of the research: by magnetron sputtering investigated the properties of the composite layers.
From the study of this work used magnetron sputtering equipment.
Results: in the matrix of amorphous carbon, and mastered the technology-Pt-C composite layers based on the dispersed nanoscale platinum. Investigated aC-Pt layers in the cells air-hydrogen fuel elements investigated the catalytic activity of the chemical composition and the basic laws of combining structural characteristics.

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ
1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
1.1 Жоғарыберікті болаттың құрамы мен қасиеттері
1.2 Болаттың механикалық қасиетіне коррозияның әсері
1.3 Болат өнімдерінің коррозиялық шытынауы
2 ЭЛЕКТРОНДЫҚ ОПТИКА
2.1 Электрондық зонд диаметрінің электрондық зонд тогына тәуелділігі
2.1.1 dmin және imax есептеуі.
2.2 Электрондық зонд диаметрінің электрондық зонд тогына тәуелділігі
2.3 Микроскоп параметрлерін өлшеу
2.4 Шағылысқан электрондар
2.4.1 Атомдық номерден тәуелділік
2.4.2 Энергиядан тәуелділік
2.4.3 Үлгінің иілу бұрышынан тәуелділік
2.5 Жүрген жол ұзындығы және шығу тереңдігі
2.6 Екінші ретті электрондар
2.6.1 Анықтау және түзілу
3 ТӘЖІРИБЕЛЕР НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ

Қорытынды
Қолданылған әдебиет тізімі

КІРІСПЕ
Электрондардың жоғарғы қозғалғыштығы, үлкен өлшемді электрлі кернеу жазықтығы ақаумен байланысқан үлкен көлемді тиым салынған аймақ және керемет термомеханикалық сипаттамамен SiC әр түрлі жартылай өткізгішті құрылғыны дайындауда үлкен қызығушылық шартын тудырды. Бірақта жоғарғы потенциалды мүмкіншіліктері бұл материалдық гетероэпитаксиалды қабатының жоқтығынан тоқтатылады. SiC көп жағдайда үш әдіс бойынша қондырады: ваккумды сублимация, молекулалы-сәулендіру эпитаксиясы және газды-фазадан химиялық қондыру. Осы әдістер арқылы алынған SiC қабықшалар жылуөткізгіштер және жұқа-қатты жабуда қолданады, бірақта микроэлектроникада құрылымының нашарлығынан қолданылмайды.
Көлемдік кристалдарының өте төмен сапасынан қондырғы жасауда тікелей қолданылмайды. Сол себепті эпитаксиалды өсіру - жартылайөткізгішті өндіріс үшін SiC алудағы технологиялық маңызды үрдіс болып табылады. Қазіргі таңда жартылайөткізгішті қондырғылар жасау өндірісіндегі ең ірі деген компаниялар қондырғылар сапасына сай кремний карбидінің эпитаксиалды қабыршағын алу мақсатында қарқынды зерттеу жұмыстарын жүргізуде: СРЕЕ (АҚШ) АВВ (Швеция) Сименс (Германия), Хитачи (Жапония). Кремний карбидінің гетероэпитаксиалды қабыршағын алудың негізгі әдісі болып: молекулалы-сәулелі эпитаксия (МВЕ), газо-химиялық тұндыру және әртүрлі оның модификациялары (ЕСR-CVD, RF-PECVD) сонымен қатар магнетронды тозандандыру әдісітері қолданылады.
Бітіру жұмысы ғылыми-зерттеушілік бағдарламаның бір бөлігі ретінде мынадай бағыттарға бағытталған: сыртқы өрістің (электрлік, магниттік, температуралық, серпімді деформация өрісі) шамасының және оның симметриясының тұқымдануға әсері мақсатында қондырғылар құру, гетероэпитаксиалдыкремний карбидінің қабыршағының өсу кинетикасы мен морфологиясы, қондырғылық сападағы қабыршақтар өсуінің оңтайлы шараларын анықтау.
Осы жұмысты орындау барысында қойылған талаптар:
* Кремний карбидінің гетероэпитаксиалды қабыршағын синтездеудегі мәселелерін талдау және олардың шешу жолдарын қарастыру
* Көміртекті магнетрондық тозаңдандыру барысында кремний (100) төсенішінде кремний карбиді қабыршақтарын алу бойынша тәжірибелер жүргізу.
* Раман спектроскопиясы, рентгенқұрылымдық дифрактометриясы және сканирлік электронды микроскопия әдістері арқылы үлгілердің құрылымы мен морфологиясын зерттеу.
Өзектілігі және жұмыстың тәжіребиелік маңыздылығы.
Кремний карбидін синтездеуге арналған бірқатар күштер осы материалдың құрамындағы қасиеттердің ерекше комбинациясымен мотивацияланған.Олар өте жоғарғы жылдамқозғалғыштық параметірімен және қуатымен, өте жоғары температуралық диапазонымен, жоғарғы тығыздықтағы элементтермен, жоғарлатылған механикалық беріктілікпен электронды қондырғыларды дискретті де интегралды да түрде жасауға мүмкіндік береді.
Көптеген жүзеге асырылған кремний карбидінің газды-фазалық химиялық кристализациясы процестерінің өтуі жылдам ағу шартымен байқалмауы мінсіз кристалдарды алуға мүмкіндік бермейді.
Егер кері процестің жылдамдығы байқалса біз өсу процесінде ақаулардың өсуін түзетуге қосымша мүмкіндік алар едік, бұл өзекті мәселе, сондықтан осындай жүйенің шешуі табылса кремний карбидінің синездеу технологиясың дамуына үлкен жетістігін тигізеді.
Жұмыстың мақсаты:
Графитті тозаңдандыру процессінде кремний карбидінің бастапқы деңгейде құрылымдануын зерттеу

1 Әдебиеттерге шолу
1.1 Жоғарыберікті болаттың құрамы мен қасиеттері
Жоғарыберікті конструкциялық болаттар деп 1400 МНм2 (140 кгсмм2) және одан жоғары беріктілікке термиялық өңделген болаттарды атаймыз.
Болат беріктігінің максималды шамасы негізінен құрамындағы альфа темірдегі көміртегінің көлеміне байланысты. Шынықтыру мен төменгі демалдырудан кейін құрамында көміртегінің әртүрлі мөлшерде болуына байланысты болат:
Көміртегі мөлшері, % 0,23 0,25 0,35 0,40
σB, МНм2 (кгсмм2) ~1500 ~1600 ~1900 ~2000
(~150) (~160) (~190) (~200)
Құрамында 0,45% С бар болатты шынықтыру мен төменгі демалдыру арқылы болат беріктілігін ~2200 МНм2 (~220 кгс кгсмм2) дейін жеткізсе болады, бірақ мұндай болаттың пластикалығы және тұтқырлығы төмен болады. Көміртегі мөлшерін көбейткен сайын шыныққан және төмендемалдырылған болат беріктілігі көбеймейді, пластикалық және тұтқырлық қасиеті төмендейді.

Жоғарыберікті конструкциялық болаттардың пластикалығын, тұтқырлығын және шымыртылуын керек мөлшерде алу хроммен, никельмен, кремниймен, марганецпен және тағы басқа элементтермен легирлеу арқылы жүзеге асады. Зиянды қоспалар - күкірт пен фосфор мөлшері минималды болуы керек.
Белгілі бір механикалық комплексі бар жоғарыберікті болаттар алғаш КСРО-да пайда болды. 1949 жылы С. Т. Кишкин басқаруымен құрамында 0,30% С бар 30ХГСНА маркалы болат алынды. 30ХГСНА болатының ерекшелігі - құрамында хром, марганец және кремний мөлшері 1% және никель мөлшері 1,6%, осы элементтермен легирлеу арқылы бізге қажетті беріктік, пластикалық және тұтқырлық қасиеттерін алуға болады. Болаттың қажетті пластикалық және тұтқырылығы шынықтыру мен 200-300℃ кезіндегі төменгі демалдыру арқылы болаттың максималды 1600-1800 МНм2 (160-180 кгсмм2) беріктігін алуға болады. Легирленген болатты изотермиялық шынықтыру арқылы σB=14001800 МНм2 (140-180 кгсмм2) жоғарыберіктікпен қоса жоғары тұтқырылықты алуға мүмкіншілік береді. Изотермиялық шынықтырудың температурасын 300℃-ге дейін көтеру тұтқырылықты 1,0 МН*мм2 (10 кгс*мсм2) дейін арттырады; содан кейінгі изотермиялық шынықтырудың температурасын арттыру тұтқырылықты күрт төмендетеді. Сол себепті ˃300℃ температурадағы изотермиялық шынықтыру тиімсіз болып табылады.. 1-ші кестеде кеңінен қолданылатын жоғарыберікті болаттардың химиялық құрамы келтірілген:
1 кесте
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Жоғарыберікті конструкциялы болаттардың химиялық құрамы, %
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Болат маркасы
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
C
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Si
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Mn
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Cr
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Ni
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
30ХГСНА
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
ЭИ643
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
ВЛ-1
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
ВКС-1
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
25Х2ГНТА
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,27-0,34
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,36-0,43
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,24-0,31
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,41-0,48
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,22-0,29
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,9-1,2
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,7-1,0
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,9-1,2
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,9-1,2
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,2-0,5
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1,0-1,3
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,5-0,8
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1,0-1,3
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,75-1,0
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,8-1,2
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,9-1,2
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,8-1,1
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1,5-2,0
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1,5-2,0
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1,2-1,7
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1,4-1,8
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2,5-3,0
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2,0-2,5
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,5-0,8
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
0,9-1,4

Жалғасы

Болат маркасы
Mo
W
V
Ti
Sжәне Р
(артық емес)
30ХГСНА
ЭИ643
ВЛ-1
ВКС-1
25Х2ГНТА
-
-
0,4-0,5
0,4-0,6
-
-
0,8-1,2
0,9-1,3
-
-
-
-
-
0,03-0,08
-
-
=0,1
-
-
0,02-0,06
0,030
0,025
0,030
0,020
0,020

30ХГСНА маркалы болатқа қарағанда ЭИ643 маркалы болаттың құрамында көміртек (0,36-0,43%) және никельдің (2,5-3,0%) мөлшері артық болады. Сонымен қатар бұл болатқа 0,8-1,2% W енгізіледі және дәнді ұсақтаумен тұрақты жүктеме кезінде нәзік бұзылуға сезгіштігін төмендету мақсатында титан енгізіледі. Шынықтыру мен 240-260℃ температурадағы демалдырудан кейін ЭИ643 болатының механикалық қасиеттерінің оптималды қосындысы, пластикалығы жоғары кезіндегі максималды беріктігі мен тұтқырлығы секілді қасиеттерге қол жеткіземіз.
Осы болаттардың жоғары беріктілігі мартенситті құрылымы арқылы алынады. Мартенсит - α-темірдегі көміртегінің аса қанықтырылған қатты ерітіндісі. Болаттың бұл құрылымдық құраушысы критикалық нүктеден асқан қыздыруды тез суыту арқылы жүзеге асады. Бұрынғы аустениттің әрбір дәнінде тетрагональдік құрылымға ие мартенситтің көп мөлшердегі кристаллдары пайда болады.
Көміртегінің мөлшері артқан сайын мартенситтің тұрақты торлары өзгеріп отырады: α көлемі аз мөлшерде кішірейеді, ал c көлемі мен cα қатынасы үлкейеді. Мартенсит созылған пластиналар формасында болады. Құрамында мартенситті құрылымы бар болаттарда жоғары қаттылық пен деформацияға тұрақтылық қасиеттері байқалады. Бұл қасиеттер термиялық өңдеу кезінде мартенситтің дәндерінің жіңішкеруі мен кристалдарының серпімділік шегінің жоғарылауымен түсіндіріледі.
Суыту жылдамдығы мартенсит түзілуіндегі шешуші фактор болып табылады..Критикалық нүктеден жоғары қыздырудан кейін перлиттік және аралық аумақтардағы құрылымдық ауысулар азаятын жылдамдық қажет суыту жылдамдығы болаттың құрамындағы көміртек пен легирлеуші элементтердің концентрациясы, сонымен қатар аустенитизация температурасы секілді параметрлерге тәуелді. Жалпы жағдайда көміртек пен легирлеуші элементтердің конценрациясын арттыру, аустенизация температурасын жоғарылату шынықтырудың критикалық температурасын баяулатады. 30ХГСНА, ЭИ643, 25Х2ГНТА болаттарының механикалық қасиеттер комплексін қамтамасыз ету және де мартенситті құрылым алу үшін оларды сұйық орталарда - майларда суытады. Сұйық орталарда шынықтыру кезінде бұл болаттардан жасалған күрделі конфигурация бөлшектері деформацияға ұшырайды. Ауада суыту кезінде мартенситті құрылым алынған жағдайда бөлшектердің деформациясы айтарлықтай төмендеуі немесе тіптен жойылуы мүмкін.
ВЛ-1 және ВКС-1 болаттарынан жасалған бөлшектер үлкен қималарда ауада шынықтырылады. Онымен қатар олардың сұйықтарда деформациясы төмендетіледі және тұрақтандырушы құрылымдар қолдануға мүмкіншілік туады.
2-ші кестеде жоғарыберікті конструкциялық болаттардың термиялық өңдеу режимдеры мен негізгі механикалық көрсеткіштері келтірілген.

2 кесте
Жоғарыберікті болаттардың термиялық өңдеу режимдері мен негізгі механикалық қасиеттері
Болат маркасы
Термиялық өңдеу
Механикалық қасиеттері

σB, МНм2 (кгсмм2)
δ,
%
ᴪ, %
30ХГСНА

Маймен 900+-10℃ шынықтыру, 200-300℃ кезінде демалдыру
Селитрада 280-330℃-та сол шартпен
Селитрада 270-300℃-та шынықтыру, 200-300℃-та демалдыру
1600-1850(160-185)

1400-1600(140-160)
1500-1700(150-170)
9

13

45

55

25Х2ГНТА
Маймен 860+-10℃ шынықтыру, 200-230℃ кезінде демалдыру
Селитрада сол шартпен 200-250℃-та шынықтыру, 200-230℃-та демалдыру

1500-1650(150-165)

1500-1650(150-165)
10

13
62

53
ЭИ643

900+-10℃-та шынықтыру, селитрада 240-260℃-та демалдыру
Маймен 240-260℃-та демалдыру
1800-2000(180-200)

1900-2150(190-215)
10

8
50

35
ВЛ-1

930+-10℃-та ауада шынықтыру, 220-270℃-та демалдыру
1600-1800(160-180)
9
35
ВКС-1

Сол шартпен
1900-2100(190-210)
6
30

2-ші кестедегі көрсетілген болаттар жоғары төзімділік шегіне ие. Диаметрі 8мм үлгілердің айналуымен қатар жүретін таңбасы ауыспалы иілу кезінде болаттардығ төзімділік шегі мынадай:
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Болат . . . . . . . . . . . . . . . ЭИ643 30ХГСНА 25Х2ГНТА
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
σB, МНм2 (кгсмм2) . . . . 2000(200) 1700(170) 1500(150)
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
σ-1, МНм2 (кгсмм2). . . . 830(83) 730(73) 700(70)
r=0,75мм жартылай шеңберлі кесілулі үлгіні сынау барысындаσ н-1ЭИ643 үшін 550 МНм2 (55 кгсмм2) және 25Х2ГНТА 440 МНм2 (44 кгсмм2).
Жоғарыберікті конструкциялық болаттар бір ретті және әсіресе көп ретті жүктеме кезіндегі кернеу концентратына үлкен сезімталдығымен ерешеленеді. Кернеудің қатқыл концетраты бар кезде, мысал үшін, жарғақша, жоғарыберікті болаттар ортаберікті кернеуге шыдайды. Я.Б.Фридман және Б.А.Драздовский мәліметтері бойынша 0,5-2,0мм тереңдіктегі жарғақша ~1000 МНм2 (100 кгсмм2)-ға тең шартты кернеудегі иілу сынағында σB=1800 МНм2 (180 кгсмм2) 30ХГСНА болат үлгісі қирайды, ал σB=1300 МНм2 (130 кгсмм2)-ға тең, жарғақшалары бар дәл сол болат үлгісі ~2000 МНм2 (180 кгсмм2)-ға тең кернеу кезінде қирауға ұшырайды.
Жоғарыберікті болаттардан жасалған детальдардың қирауына болатын жиі себеп - шаршау.Төзімділіе шегінің беріктілік шегімен тікелей байланысты емес екені белгілі. С.И.Кишкиной өз әріптестерімен шаршау барысында пайда болатын жарғақшаға қарсы тұру, оның даму жылдамдығы мен кернеу концентратына сезімталдығы - қайталанып отыратын жүктеме кездеріндегі материалдардың шынайы констукциялық беріктігін анықтайтын маңызды факторы екендігін көрсеткен. Циклдік жүктеме кездеріндегі Үлгілердің жалпы ұзаққа шыдамдылығы (Nр) жарғақшаның көрінетін пайда болуына дейінгі циклдер саны(N0) мен N0 яғни Nр=N0+Nтр жарғақшаға шыдайтын үгілердің Nтр циклдер санымен анықталады.
С.И.Кишкиной мәліметтері бойынша жоғарыберікті болаттардан үшін N0≫Nтр. Сол себепті қирауға дейінгі жалпы циклдер саны 1200 МНм2 (120 кгсмм2)- ға тең 30ХГСНА болаты үшін Nр=3200, N0=1700, Nтр=1500, ал қирауға дейінгі жалпы циклдер саны 1700 МНм2 (170 кгсмм2)- ға тең болаты үшін Nр=2200, N0=1600, Nтр=600.
Циклдік жүктемелер кездеріндегі жоғарыберікті болаттардан жасалған үлгілердің ұзаққашыдамдылығы көп жағдайда беттің тазалығына байланысты болады. С.И.Кишкиной мен әріптестерінің мәліметтері бойынша өңдеу тазалығын ∇7 ден ∇9 ға дейін арттырса жиілігі 8циклмин, σмах=1360 МНм2 (136 кгсмм2) пульстік созылу кезіндегі ЭИ643 болат үлгілерінің ұзаққашыдамдылығы 1,5-2 есе артады; беттің тазалығын ∇11ге дейін жақсартса қирауға дейінгі циклдер санының артатындығы байқалады. Авторлардың айтуынша, беттің тазалығының Циклдік жүктемелер кездеріндегі үлгілердің ұзаққашыдамдылығына әсер етуі ең алдымен кернеу концентратына сезімталдығына байланысты (РИСОКтар және т.б.). Жоғарыберікті болаттардың ұзаққашыдамдылығына РИСОКтардың зиянды әсерін төмендету ДРОБЬПЕН , шойын немесе КОРУНД құммен үрлеу, роликпен илеу арқылы қол жеткізеді.
Ауадағы жоғарыберікті болаттарды ДРОБЬПЕН, ВИБРОНАКЛЕППЕН НАКЛЕПТЕУ, роликпен илеу, алмаздық тегістеу сияқты беттік нығайтулардан кейінгі байқалып отырған шаршауға қарсы тұру қасиетінің жоғарылауы, С.И.Кишкинойдың айтуы бойынша ең алдымен ВПАДИНА өткірлігінің азаюы мен олардың ретті орналасуының азырақ ОРИЕНТИРЛЕНУІНДЕ. Осы авторлар шектеулі төзімділік аумағына сәйкес, кернеудің қайталануы жоғары деңгейде болғандағы НАКЛЕП әсерінен болатын қалдық кернеулер салыстырмалы түрде тез релаксацияланатынын көрсетті: роликті илеумен НАКЛЕПТЕЛГЕН ЭИ643 болаты үшін σмах=1360 МНм2 (136 кгсмм2) ПУЛЬСТЕЛГЕН созылу кезіндегі қысып отыратын қалдық кернеу көлемі 5000 циклден кейін 65-70%-ға, ал 11000 циклден кейін 85-90%-ға төменде отырады.
АҚШ-та жоғарыберікті болаттардың дамуы 2 жолмен жүрді:
а) термиялық өңдеудің жаңа режимдері қолданылған және құрамы біршама модификацияланған, авиацияда өзін жақсы жағынан көрсеткен болатты қолдану(мысалы, SAE 4340) ;
б) термиялық өңдеуден кейін жоғары беірктілік пен пластикалылық қасиеттерін көрсететін арнайы болаттарды шығару.
3 кесте
АҚШ-та қолданылатын жоғарыберікті конструкциялық болаттардың химиялық құрамы, %
Болат маркасы
С
Mn
Si
Cr
4340
Д-6-А
HuTuf
H-11
0,38-0,43
0,42-0,48
0,23-0,28
0,38-0,43
0,65-0,85
0,60-0,90
1,2-1,5
0,20-0,40
0,20-0,35
0,15-0,30
1,3-1,7
0,80-1,0
0,70-0,90
0,90-1,2
0,20-0,40
4,75-5,25

Болат маркасы
Ni
Mo
V
4340
Д-6-А
HuTuf
H-11
1,65-2,0
0,40-0,70
1,65-2,0
-
0,20-0,30
0,80-1,1
0,35-0,45
1,20-1,40
-
0,05-0,1
-
0,40-0,60

3ші кестеде АҚШ-та қолданылатын кейбір жоғарыберікті конструкциялық болаттардың құрамы көрсетілген.Н-11 болатынан басқа болаттарда жоғары беріктікке қол жеткізу үшін шынықтыру мен төменгі демалдыруды қолданады. 4340 болаты майдың ішінде шынықтырудан кейін 204-235℃ демалдыруға ұшырайды; δ=10% ұзарта және ᴪ =35% жіңішкерте отырып σB=18201960 МНм2 (182-196 кгсмм2)беріктік алынады. Осы болаттардан ұшақтардың шасси детальдары дайындалады. Осы болаттар да кернеу концентратына үлкен сезімталдыққа ие. Сондықтан детальдарда РАЗМЕТОЧНЫЙ құрал-саймандардан болатын ЗАБОИНЫ, РИСКИ және сырылуларға жол жоқ: өтімділік радиусы =3мм, ал сыртқы бұрыштар радиусы =1,5мм болуы керек.

H-11 болаты көміртек диффузиясын қиындататын көптеген элеметтерге ие, және жоғары температураларда РАЗУПРОЧНЕНИЕГЕ айтарлықтай үлкен дәрежеде қарсы тұру қабілеті арқасында үлкен беріктікке ие. Шынықтыру кезіндегі қыздырудан кейін Н-11 болатын ауада бөлме температурасына дейін суытады. Құрылысындағы Қалдық аустенит санын минималдау 3 ретті демалдыру арқылы жүзеге асады. Алдымен 525℃ әрқайсысының ұзақтығы 2 сағ.болатын 2 мәрте демалдыру жүргізіледі, содан кейін үшінші демалдыру 525-566℃ жүзеге асады. Осы термиялық өңдеуден кейін болат беріктігі ~2000 МНм2 (200 кгс кгсмм2), ұзартылуы δ=10% , жіңішкеруі ᴪ=32%.
Н-11 болатынан шасси бөлшектерін, фюзеляж шпангоуттарын және ұшақ лонжерондарын, сонымен қатар ішкі қысыммен жұмыс істейтін корпустар дайындайды.
Жоғарыберікті болаттарға тән ерекшеліктердің бірі - кернеу концентратына үлкен сезімталдыққа ие. Оларға жарғақшалар, қосылулар, жергілікті ХРУПКИЙ УЧАСТОКТАР т.б. жатады. Осындай дефектілер РАСЧЕТНЫЙға қарағанда бөлек жерлерде кернеуді бірнеше есе көбейтіп, кернеу концетрациясы сияқты рольді атқарады.
Беріктілік деңгейін көтеру болаттардың кернеу концентратына сезімталдығын арттырады.

1.2 Болаттың механикалық қасиетіне коррозияның әсері
Өндіру мен пайдалану кездерінде жоғарыберікті болаттардан жасалған детальдар коррозияға ұшырап отырады, соның салдарынан оның механикалық қасиеттері өзгеріске ұшырайды.
Констукциялық болаттар қышқыл, нейтрал, концентрленген ЩЕЛОЧНЫЙ РАСТВОРда және дымқыл ортада коррозияға ұшырайды. рН4 қышқыл орталарда болат коррозиясы сутектік деполяризациямен өтеді, онымен бірге РАСТВОР қышқылдығы артқан сайын коррозия жылдамдығы артады да, рН=49 кезінде коррозия жылдамдығы аз өзгереді. рН-ты ары қарай 14-ке дейін арттырса, коррозия жылдамдығы алдымен азаяды да, кейін артады.
рН=49 интервалында болат коррозясы жылдамдығының РаАСТВОР қышқылдығынан тәуелсіздігін Д.Томвшов коррозия кезінде ерітінді қабаты темірімен шекаралас рН өзгеретінімен және содан соң коррозия ПРОДУКТІЛЕРІНІҢ БУФЕРЛЕНГЕН? әсерінен ТҰРАҚТАНАТЫНЫМЕН түсіндіреді; осындай жағдайларда болаттың коррозиялануы жылдамдығы отегінің диффузиясымен бақыланады, оның ерігіштігі мен диффузия жылдамдығы рН-қа тәуелді емес.
Болаттың коррозия жылдамдығының рН14 кезіндегі артуы коррозия ПРОДУКТІЛЕРІНІҢ ерігіштгімен байланысты:
Fe+4OH---FeO22-+2H2O+2e; FeO2-2--FeO2- +e;
Fe2++4 OH---FeO22-+2H2O; Fe3++4OH---FeO-2+2H2O
Сутектік деполяризациясы бар болат коррозиясы рН4 кезінде де бола алады. Әр түрлі коррозиялық үрдістердің термодинамикалық ПРОТЕКАНИЕ мүмкіндіктері рН орта мен электродтық ПОТЕНЦИАЛЫМЕН анықталады және Пурбэ диаграммасымен орналады.
Қышқыл РАСТВОРЛАРДАҒЫ болат коррозиясының жылдамдығына оның концентрациясы, аниондар табиғаты мен болаттың фазалық құрамы қатты әсері етеді. Катодтық құраушы ролін термиялық өңдеу нәтижесінде бөлінетін темір карбиді атқарады.
α-Fe коррозиялық элементінің ток күші - темір карбиді карбид фазасының ауданы артқан сайын артады. Бөлінген карбид мөлшері мен олардың ауданы термиялық өңдеуге байланысты. Шынықтырылған болаттың демалдыру температурасын 450-500 ℃ - қа дейін арттырғанда бөлінетін карбид мөлшері артады. Карбид бөлшектерінің көлемі демалдыру температурасына тәуелді. 350℃ жоғары температурада демалдыру кезінде карбид бөлшектерінің өсуі байқалады. Сондықтан болаттың демалдыру температурасының жоғарылауымен карбид фазасының ауданы алдымен артады да, содан соң кемиді. Осыған байланысты қышқылдағы болаттың коррозия жылдамдығы демалдыру температурасы жоғарылаған сайын алдымен артады да, содан кейін кемиді. Көміртегі, күкірт және фосфор СОДЕРЖАНИЕСИ артуымен қышқылдағы болаттың коррозия жылдамдығы артады.
Қышқылдағы болат коррозиясының жылдамдығына анион табиғаты үлкен әсер етеді. Күкірт қышқылының РАСТВОРЫНА Clˉ, Brˉ, I ˉ-ның аниондарын белгілі бір концентрацияға дейін енгізу темірдің, көміртектенген болаттың және 1Х18Н9 сияқты тотбаспайтын болаттың коррозиясының жүру жылдамдығын қатты төмендетуге әкеледі.
Электрохимиялық зерттеулер күкірт қышқылына галоид иондарды қосу катодтық және анодтық процестердің тежеуіне әкеледі. Сонымен қатар күкірт қышқылы РАСТВОРЫНДАҒЫ галоидтық иондардың концентрациясын белгілі бір шамадан жоғарылату болат коррозиясының жылдамдығының артуына әкелетіні белгілі болды.
Галоидтық иондардың қышқылдық ортадағы қорғану механизмін зерттеушілер олардың хемосорбциясымен түсндіреді. З.А.Иоф көзқарасы бойынша күкірттік орта РАСТВОРЫНДАҒЫ галоидтық иондар темір бетінде абсорбцияланады және онымен бірге әрекеттеседі, соның нәтижесінде өзінің теріс КОНЕЦЫМЕН ОРИЕНТИРЛЕНГЕН полярлы қосылыстар пайда болады.
Темір бетіндегі галоидтық аниондар абсорбциясы күкірт қышқылының растворындағы темірдің стационарлық потенциалы нөлдік зарядтыкіне қарағанда ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ болуымен жеңілдетіледі. Пайда болған абсорбцияланған бет катодтық және анодтық ПРОТЕКАНИЕНИ тежейді. Хлоридтердің үлкен концентрациялы кезіндегі Күкірт қышқылы РАСТВОРЫНДАҒЫ байқалып отқан болат коррозиясының жылдамдығының артуын Н.П.Жук пен Л.А.Маркович металл бетінің ПЕРЕЗАРЯДКАСЫМЕН түсіндіреді, соның салдарынан сутек иондарының абсорбциясы жеңілдейді және болат коррозиясының жылдамдығы артады. Я.М.Колотыркин және әріптестерінің дамытып отырған көзқарасы бойынша коррозия процессіне аниондардың әсері металл бетіндегі абсорбциясымен және беттік атомдары, металл иондары немесе ОКИСЛАМИ бар комплекстің түзілуімен байланысты.Осындай комплекстердің байланыс беріктігі мен рекациялық қабілеті еру процессінің түрі мен оның жылдамдығын анықтайды. Мұндай комлекстердің байланыс беріктігі мен реакциялық қабілеттілігі еріту процессінің түрі мен жылдамдығын анықтайды. Я.М.Колотыркин тұжырымдамасы бойынша темірдің қышқылдарда еруінің электрохимиялық кезеңінде ОН- иондарымен қатар өзге иондар да қатысады. Темірдің күкірт қышқылы РАСТВОРЫНДА еруі мына сұлба бойынша жүреді:
Fe + H20 ⇄ Fe(OH-)адс + Н+, (а)
Fe(OH-)адс ⇄ Fe(OH)адс + e, (б)
Fe(OH)адс+ HSO4- --FeSO4+H2O+e, (в)
Fe(OH)адс+ SO42---FeSO4+OH-+e. (г)
Я.М.Колотыркин (в) мен (г) кезеңдері баяу жүреді деп, темірдің еру процессінің жылдамдығы келесідей теңдеумен сипатталатынын анықтады:
lgI = k' + pH + lgac + (1+β, φ n FRT)
мұндағы i - еру жылдамдығы;
𝑎с - HSO-4 пен SO2-4 иондарының активтілігінің суммасы, (1+β) - ауысу коэффициенті.
Тәжірибе нәтижелері бұл тұжырымды растайды және тұрақты потенциал кезінде болаттың H2SO4 + Na2SO4 қоспасында еру жылдамдығы lg 𝑎с+pH суммасының артуымен сызықтық түрде жоғарылайтынын көрсетеді. Сонымен қатар болаттың H2SO4 + Na2SO4 қоспасында анодтық еруінің жылдамдығы тұрақты рН кезінде SO2-4 концентрациясының артуымен жоғарылайтыны көрсетілді.
Болаттың анодтық еру процессінің жеңілдеуіне H2SO4 + NaClO3 қоспасында Cl- аниондарының концентрациясын арттырумен қол жеткіземіз. Дегенмен күкірт қышқылындағы SO2-4 аниондары болаттың аниондық еру процессін NaClO3 құрамындағы Cl- аниондарына қарағанда айтарлықтай жеңілдетеді. H2SO4 ерітіндісіне енгізілген Cl- аниондары болат бетінен SO2-4 аниондарын ығыстырып шығарады, соның салдарынан анодтық процесстің жылдамдығы кемиді. Cl- аниондарының концентрациясын арттыру анодтық процесстің тежелуін арттырады. Олардың белгілі концентрациясында анодтық процесске Cl- аниондары айтарлықтай әсер етеді. Cl- аниондарының концентрациясын ары қарай арттыру анодтық процессті жеңілдетеді.
Осылайша Cl- аниондарының H2SO4 ерітіндісінде болаттың тұрақты потенциалы мен рН мәнінің тұрақты кезінде еруі SO2-4 пен Cl- аниондарының бәсекелес адсорбциясымен анықталады.
Айта кететін жайт, болаттың H2SO4 ерітіндісі мен хлоридтердің қоспасында еру жылдамдығы анодтық және катодтық процесстерге SO2-4 пен Cl- аниондарының бәсекелес адсорбциясымен де анықталады.
Болаттың қышқылдар РАСТВОРЛАРЫНДАҒЫ коррозия жылдамдығына көптеген органикалық заттар да әсер етеді. Болаттың қышқылдар РАСТВОРЛАРЫНДАҒЫ коррозиясының органикалық ингибиторларының әрекеті олардың адсорбциясына байланысты және беттің зарядына өте тәуелді.
Л.И.Андропов бет зарядының өлшемін металлдың стационарлық потенциалы мен нөлдік заряд потенциалдарының қатынасы көмегімен анықтауды ұсынды. Нөлдік заряд потенциалынан аз стационарлы потенциал кезінде металл беті теріс зарядталған және катиондар адсорбциясы жеңілдеп, анионды адсорбциясы қиындайды. Күкірт қышқылындағы темір үшін стационарлы потенциал нөлдік потенциалға қарағанда оң болады. Темір беті оң зарядталып катиондар адсорбциясы қиындайды, ал аниондар адсорбциясы жеңілдейді. Сондықтан күкірт қышқылындағы катион тектес ингибиторлар тек күшті катодтық поляризация кезінде сутек иондарының разрядын тежейді. Бензосульфоқышқылының аниондары, керісінше, темір бетінде жақсы адсорбцияланады. Алайда, органикалық аниондарының адсорбциясы темір коррозиясын баяулатпай, керісінше, жылдамдататынын айта кеткен жөн. Сульфоқышқылының массасы мен молекула ұзындығын арттырған кезде оның стимуляциялаушы әрекеті кемиді және ингибиторлыққа айналады. Бұл құбылыс адсорбцияланған молекулалардың ұзын көмірсутектік тізбегінің қос қабаттағы иондар разрядына экрандаушы әсерімен байланысты.
Тұз қышқылында аниондар адсорбциясы қиын жүреді. Ол темір бетіндегі хлор аниондарының хемосорбциясы мен полярлы қосылыстар түзілуіне байланысты болады. Бұл жағдайда олар темір коррозиясының жылдамдығына әсер етпейді, бірақ хлор аниондарының хемосорбциясы катион типтес ингибиторлардың адсорбциясын тудырады.
Беттік активті катиондар мен аниондардың қышқылдардағы темірдің коррозия жылдамдығына әсері беттік активті иондарының адсорбциясы кезінде ᴪ1 потенциалының өзгеруімен түсіндіріледі. Беттік активті органикалық катиондар адсорбциясы сутегінің ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕсін жоғарылатуы, ал беттік активті органикалық аниондар адсорбциясы сутегінің ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕсін төмендетуі керек. Беттік активті органикалық катиондардан құралған адсорбционды қабаттың пайда болуы темірдің оң зарядталған иондарының қосарланған электрлік қабат арқылы металлдан ерітіндіге өтуін қиындатады.
Органикалық беттік активті байланыстар адсорбция нәтижесінде болаттың бетін бітей де алады. Берік адсорбция мен бетті жетерліктей толықтырғаннан кейін жабылған бөлігінде болаттың еруі жүрмейді. Беттік активті байланыстардың десорбция кезінде болат коррозиясы үлкейеді.
Нейтрал РАСТВОРЛАРДА болат коррозиясы оттекті деполяризациямен жүреді. Толық батырылған кезде болаттың коррозия жылдамдығы оттегі диффузиясымен ЛИМИТТЕЛЕТІН катодтық процесспен бақыланады.
Ылғал ПЛЕНКА астындағы коррозия кезіндегі катодтық процесс жылдамдығы ПЛЕНКА қалыңдығына қатты байланысты.Электрохимиялық коррозияны ылғал ПЛЕНКА астында модельдеу, сонымен қатар көрсетілген шарттарда электродты процесстерді зерттеулер ПЛЕНКА қалыңдығын азайтқан сайын катодтық процесс жылдамдығы артатындығын көрсетеді. Ылғал ПЛЕНКА қалыңдығы азаюымен шектік диффузиялық тогы да артады.Металл бетіне оттектің енуіне айтарлықтай тежеу бермейтін өте жіңішке адсорбциялық ылғал ПЛЕНКАЛАРҒА өту кезінде катодтық процесс оттегінің иондану жылдамдығымен бақыланады, ал адсорбцияланған дымқыл ПЛЕНКАЛАР астында негізінен анодтық процесс жылдамдығымен бақыланады.
Атмосфералық шарттардағы болат коррозиясы жылдамдығы бірнеше факторлармен анықталады: салыстырмалы түрде ылғалдылықпен, температурамен, металл бетіндегі ылғал ПЛЕНКА қалыңдығымен және сол жерде тұру уақытымен, кебу режимімен, атмосфера құрамымен және коррозия ПРОДУКТІ сипатымен.
Аз легірленген, НЕНАПРЯЖЕННЫЙ күйдегі болаттарда біркелкі және жергілікті(дақтармен, ЯЗВАМЕН, нүктелік ) коррозия байқалады.
Болаттардың коррозия әсерінен болатын механикалық қасиеттерінің өзгеруі коррозиялық қирау түріне қатты байланысты. Біркелкі коррозия кезінде болаттың беріктілігінің өзгеруі минималды.
Г.В.Карпенко мәліметтері бойынша 45 болатының 720сағатта күкіртсутек қосылған 3%-дық ХЛОРИСТЫЙ НАТРИЙ ерітіндісінде коррозияға ұшырау кезінде ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.