Қорытпалардың қатты күйде компоненттердің шексіз еритін күй диаграммасы

|ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ СЕМЕЙ каласы              |
|ШӘКӘРІМ атындағы  МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ                                    |
|3-деңгейлі СМЖ құжаты       |ПОӘК                  |                          |
|                            |                      |                          |
|                            |                      |ПОӘК 042-14-1- 02.1.      |
|                            |                      |20.177/03 - 2013          |
|ПОӘК                        |                      |                          |
|«Материалтану» пәні бойынша |№1 басылым            |                          |
|оқу-әдістемелеік материалдар|                      |                          |









                       ПӘННІҢ ОҚУ - ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ
                           «Материалтану» пәнінен
         05В072100 – Бейорганикалык заттардын химиялык технологиясы
                            мамандығына арналған

                         ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАР


















                                 Семей 2013




      1. ӘЗІРЛЕГЕН
      Құрастырушы «_03 »_09_2013ж.     Жайлаубаев Д.Т.
      «Машина жасау технологиясы және   механика»  кафедрасының  профессоры,
      Шәкәрім атындағы Семей мемлекеттік университеті.



      2. ТАЛҚЫЛАНҒАН
            2.1. Шәкәрім атындағы  Семей  мемлекеттік  университеті  «Машина
      жасау технологиясы және  механика» кафедрасының отырысында

      « 03 »     09                2013 жылғы  № 1   хаттама

      Кафедра меңгерушісі               т.  ғ.  к.,                   Токаев
С.Д.

              2. Инженерлік-технологиялық факультеттің оқу-әдістемелік
      кеңесінің отырысында
       «_28_»          09          2013 жылғы  № 1 хаттама

      Төрайымы                                      Толеубекова С.С.
           2.3 ИТФ ғылыми кенесінін шешімі
      «10»   09          2013 жылғы № 1 хаттама


      Төрағасы ______________                              Касенов А. Л.


      3. БЕКІТІЛДІ
            Университеттің оқу-әдістемелік кеңесінің отырысында  мақұлданып,
      баспаға ұсынылды
       «   »                 2013 жылғы  №  1 хаттама

        ОӘК   кеңесінің   төрағасы                         Искакова    Г.К..










           №          1           баспа           орнына           енгізілді






|      М А З М Ұ Н Ы                                                          |
|                                                                             |
|1. |Глоссарий                                                            |   |
|2. |Лекцилар                                                             |   |
|3. |Практикалық және лабораториялық сабақтар                             |   |
|4. |Студенттің өздік жұмысы                                              |   |

































































Глоссарий
1. Деформация - кернеу әсерінен дененің өлшемі мен формасының өзгеріске
ұшырауы.
2. Кернеу- бөлшектің бір бірлік қима ауданына әсер ететін күш.
3.Серпімді деформация- кернеулерді алып тастағанда толығымен жоғалып
кететін
деформация.
39
4.Пластикалық немесе қалдықты деформация- кернеу тудыратын әрекеттер
тоқтағаннан
кейінгі деформация.
5.Шартты өту шегі қалдықты деформацияны тудыратын кернеу.
6.Өту шегі жоғары жүктелуге сәйкес келетін және уақытша жоғарылауға қарсы
тұратын
кернеу.
7.Беріктік шегі машина деформациясына қарсы мәндерінің тепе теңдігін
мінездейтін
беріктілік.
8.Әлсіз бұзылу- нормальды созу кернеуі арқылы атомдардың бір қабатын басқа
қабаттарынан үзу.
9.Тәуелділік шегі деформация мен кернеу арасындағы сызықтық тәуелділікті
сақтайтын
жоғарғы кернеу.
10.Беріктік- материалдың деформацияға және бұзылуға қарсы тұруы.






























                                   1 Дәріс
Металтану. Металдардың атомдық-кристалдық құрылысының
ерекшеліктері.
1. Металдар, атомдық –кристалдық құрылысының ерекшеліктері.
2. Изотропия және анизотропия туралы түсінік.
3. Аллотропия және полиморфтық түрленулер.
4. Магниттік түрленулер.
Металтану- бұл материалдардың электрондық құрылысы, құрылымы мен құрамы,
физикалық, химиялық, технологиялық және пайдалану  қасиеттерінің  арасындағы
өзара
байланыс ғылымы.
Болаттағы  фазалық  түрленулердің  критикалық  температураларды  және   оның
болаттағы
көміртегі  мөлшерімен   байланысын   зерттеп   анықтаған   Д.К.Чернов.   Бұл
металтанудағы ең
маңызды темір-көміртекті қорытпа күй диаграммасының негізі болып табылады.
Чернов  болаттағы  термиялық  өңдеудің  негізін  қалады.Болаттың  критикалық
нүктелері
шынықтыру,   жасыту,   пластикалық    деформацияда    өндірістік    жағдайда
температурасын
ұтымды таңдауға мүмкіндік береді.
Чернов  өзінің  болаттың  кристалдануы   және   құйма   құрылысы   жөніндегі
жұмыстарында
құю теориясының негізгі жағдайларын баяндады.
Ең  алғаш  рет  орыстың  ұлы  металлургі  П.П.Аносов  металдардың  құрылысын
зерттеу
үшін микроскоп пайдаланды. Ол құрышты болаттан сына дайындаудың теория мен
технологиясын өңдеді.Аносов жұмыстарынан болат бетіндегі құрышты өрнек  оның
ішкі
құрылысына байланысты екені түсінікті болды.
1873-1876 ж.ж. Гиббс фазалық тепе-теңдіктің негізгі заңдарын, фаза ережесін
термодинамика  заңдарына  сүйене  отырып  баяндады.  Практикалық   есептерді
шығару үшін
фазалық тепе-теңдікті білу керек, бірақ  құрамын,  салыстырмалы  фаза  санын
анықтау үшін
бұл  білім  жеткіліксіз.  Қорытпалардың  құрылысын,  яғни  фазаның   атомдық
құрылысын,
сонымен қатар әр фазаның кристалдарының көлемі мен пішінін білу қажет.
Фазаның атомдық құрылысын анықтау Лауэның жаңалығынан  кейін  мүмкін  болды.
Ол
кеңістік  дифракциялық  торды  құра   отырып,   атомдар   үнемі   кеңістікті
толтыратынын және
рентгендік сәулелер толқынды табиғатқа  ие  екенін  көрсетті.Мұндай  тордағы
рентгендік
сәулелердің дифракциясы кристалдардың құрылысын зерттеуге мүмкіндік береді.
Соңғы  кездерде  құрылымдық  талдау  үшін   рентгендік   сәулелерден   басқа
электрондар
мен нейтрондар қолданылады.Соған  сәйкес  зерттеу  әдістері  электронография
және
нейтронография  деп  аталады.Электрондық  оптика  микроскопияны  жетілдіруге
мүмкіндік
берді.Қазіргі кезде электрондық микроскоптарда  пайдалы  максималды  үлкейту
100000-ға
дейін жетті.
Зерттеле келе,металдық материлдардың қасиеттері,соның ішінде, пластикалығы,
деформацияның  кедергісі,  турлі  жағдайлардағы  жүктелудің   булінуі   жұқа
кристалдық
құрылыстың   ерекшеліктеріне   тәуелді   екені   белгілі    болды.Дислокация
теориясының
арқасында  пластикалық  деформация  кезіндегі  металдардың  өзгеруі   туралы
мәлімет алуға
мүмкіндік алдық.
Соңғы он жылдықта металтану қарқынды дамып келеді.Бұл жаңа материалдардың
космос   зерттеулеріне,   электроника    дамуына,    атомдық    энергетикаға
қажеттілікпен
түсіндіріледі.
Таза және аса таза металдарды өндіру әдістерін өңдеу  металтанудың  дамуының
негізгі
бағыты  болып  табылады.Олардың  қасиеттері  техникалық   таза   металдардың
қасиеттерінен
ерекшеленеді.  Металтанудың  бас  міндеті   –   бұл   алдын-ала   қасиеттері
есептелген
материалдарды шығару.
7
Қазіргі уақытқа дейін машина жасауда материалдық негізгі  базасы  шойын  мен
болат
өндіретін қара металлургия болып саналады.Бұл  материалдар  бірінші  кезекте
машина
бөлшектерінің жоғары конструкционды  беріктігін  қамтамасыз  етеді.Дегенмен,
бұл
классикалық материалдардың кемшіліктері  бар:  жоғары  тығыздық,  коррозияға
төзімділігі
төмен. Коррозиядан шығыны болат пен шойынның жылдық өнімнен 20%-ты құрайды.
Ғылыми зерттеулерге сүйенсек, 20-40 ж кейін барлық дамыған елдер Ti, Al,  Mg
негізді
металдардың қорытпаларын пайдалануға көшеді. Бұл жеңіл әрі берік қорытпалар
машиналарды 2-3 есе жеңілдетеді және 10 есе жөндеуге шығынды азайтады.
Елімізде  металдық  материалдардың  орнына  жаңа   материалдар-   пластмасс,
керамика т.б.
қолдануды арттыру керек. Бұл тапшы  металдарды  үнемдейді,  энергия  шығынын
азайтады,
заттардың массасын кішірейтеді.
Металдық бөлшектерді жаңа материалдармен ауыстыруы машинаның  массасын  40%-
ға
төмендетеді,  беріктігін,  коррозияға  төзімділігін  жоғарылатады,   отынның
шығынын азайтады.
1. Металдар адам өмірінде үлкен орын алады. Дәуірдің аталуы  (алтын,  күміс,
қола, темір
ғасырлары) да бұған дәлел бола алады.
Металдар-бұл  конструкциондық  материалдардың   бір   тобы.   Оның   мынадай
ерекшеліктері
бар:
●«металдық жылтыр»(жақсы шағылдырғыш қасиеті)
● пластикалығы
● жоғары жылу өткізгіштігі
● жоғары электр өткізгіштігі
Бұл      қасиеттер      металдардың       құрылысының       ерекшеліктерімен
түсіндіріледі.Металдық күй
теориясына  сәйкес,  металл  бұл  оң  зарядталған  ядролардан  тұратын  зат,
айналасында орбита
бойымен қозғалатын электроны  бар.Бұл  электрондар  металдың  барлық  көлемі
бойымен
қозғала алады.
Пластикалық, жылу  өткізгіштік,  электр  өткізгіштік  электрондық  газдардың
болуымен
қамтамасыз етіледі.
Қалыпты жағдайда қататын металдар кристалдық заттар болып табылады.Олардағы
атомдар белгілі бір ретпен периодтық орналасады.
Кристалдық тор - бұл түйіндерінде бөлшектер орналасқан кеңістік тор.
Элементар ұяшық - минималды атом санының көлем элементі.
Элементар ұяшық кристалл  құрылысының  ерекшеліктерін  сипаттайды.Кристалдың
негізгі
параметрлері:
• элементар ұяшықтың қабырғаларының өлшемі, а, b, с – атомдар центрлерінің
арасындағы қашықтық.
• ось арасындағы бұрыш (α, β, γ)
•  координациялық  сан  тордағы  кез-келген  атомнан  жақын  маңда,   бірдей
қашықтықта
орналасқан атомдар санын көрсетеді
• тордың бір элементар ұяшығына келетін атом саны -тор негізі
• кристалдық  тордағы  атомның  орналасуының  тығыздығы.Ол  атом  орналасқан
көлем
мен ұяшық көлеміне қатынасымен анықталады.( Көлемдік кубтық центрілген үшін-
0,68.
Қырлық кубтық центрілген үшін – 0,74 )
8
Сүр.1.1.Кристалды тордың схемасы
Кристалдық  ұяшықтарды  француз  ғалымы  О.Браве  жіктеді.Соған   байланысты
«Браве
ұяшығы» деген атау иемденді. Кристалдық денелер үшін 14 ұяшық түрі  бар.Олар
4 типке
бөлінеді:
●қарапайым – тор түйіндері элементар ұяшықтың төбелерімен сәйкес келеді
●негіздік центрілген – атомдар  ұяшықтың  төбелерінде  және  қарама-қарсы  2
орнында
орналасады.
●көлемдік  центрілген  –  атомдар   ұяшықтың   төбелері   мен   центрлерінде
орналасады
●қырлық  центрілген  –  атомдар  ұяшықтың   төбелерінде   және   6   қырының
центрлерінде
орналасады
Кристалдық тордың негізгі типтері:
1.Көлемдік кубтық центрілген (ОЦК)(1.2а сур), атомдар  кубтың  төбелері  мен
центрлерінде
орналасады (V, W, Ti, )
2.Қырлық кубтық центрілген (ГЦК) (1.2 б сур),атомдар кубтың төбелері мен  әр
6 қырдың
центрінде орналасады.(Ag, Au, )
3.Гексагональдық, оның негізінде алты бұрыш жатыр:
○қарапайым  –  атомдар  ұяшықтың   төбелерінде   және   2   негіздемелерінің
центрлерінде
орналасады (графит түріндегі көміртегі)
○тығыз орналасқан (ГПУ) – ортаңғы жазықтықта 3 қосымша атом болады.
Сүр.1.2.Кристалды тордың негізгі түрі: а-  көлемдік  кубтық  центрілген;  б-
қырлық кубтық
центрілген; в- гексагональдық тығыз орналасқан
9
2. Дене қасиеттері оны құрайтын атомдар табиғаты мен олардың арасындағы
әрекеттестікке тәуелді. Атомдар арасындағы әрекеттесу күштері олардың ара
қашықтықтарына байланысты. Атомдары ретсіз орналасқан аморфтық денелерде әр
бағыттағы атомның ара қашықтықтары бірдей. Сондықтан, қасиеттері  де  бірдей
болады, яғни
аморфты денелер изотропты .
Кристалдық  денелерде  атомдар  дұрыс  орналасқан.Әр  бағытта  атомдар   ара
қашықтықтары
әртүрлі, оған қоса олардың әрекеттесу  күштері  де,  қасиеттері  де  әртүрлі
болады.
Қасиеттердің бағытқа тәуелділігі анизотропия деп аталады.
Кристалдық  тордың  түйіндері  арқылы  өтетін  жазықтық   кристаллографиялық
жазықтық
деп аталады.
Кристалдық тордың түйіндері арқылы  өтетін  сызық  кристаллографиялық  бағыт
деп
аталады.
Кристаллографиялық жазықтық пен бағыттарды белгілеу үшін Миллер индекстерін
қолданады.Миллер  индекстерін   тағайындау   үшін   элементарлы   ұяшықтарды
кеңістік
координат жүйесіне енгізу қажет.(X, Y,  Z-  кристаллографиялық  осьтер)  тор
периоды өлшем
бірлік ретінде пайдаланады.
Сүр.1.3.Кристаллографиялық   жазықтарды   белгілеу   мысалдары   (а)    және
кристаллографиялық
бағыттары(б)
Кристаллографиялық жазықтық индекстерін анықтау үшін:
●жазықтықтың қиылысу нүктелерінің координатасын тағайындау
●осы шамалардың кері шамасын алу
●оларды ең кіші бүтін еселігіне келтіру
Ортақ көбейткіші жоқ алынған жай бүтін  сандар  жазықтыққа  арналған  Миллер
индекстері
болып   табылады.Олар   жай   жақшамен    белгіленеді.    Кристаллографиялық
жазықтықтарды
белгілеудің мысалы 1.3а сур.көрсетілген.
Түзудің бағыты 2 нүктенің координаталарымен анықталады. Кристаллографиялық
бағыттың индекстерін анықтау үшін :
●бағыттың бір нүктесін координатаның басымен біріктіру
●түзуде жатқан басқа бір нүктенің координатасын тағайындау
●осы координатаның қатынасын ең кіші бүтін санның қатынасына келтіру
Кристаллографиялық  бағыттың  индекстері  тік   жақшамен   көрсетіледі.[111]
Кубтық тордағы
бағыт индекстері сол [hkl] индекстері болып табылады.
3. Кейбір  металдардың  сыртқы  жағдайларға  байланысты  (қысым,температура)
әртүрлі
кристалдық пішінде болу  қабілеттілігі  аллотропия  немесе  полиморфизм  деп
аталады.
Аллотропиялық түр өзгертушіліктің температураға тәуелділігінің мысалы  темір
(Fe) болып
табылады.
Fe: t < 911°C – ККЦ - ;
10
911< t <1392°C – ҚКЦ - ;
1392 < t >1539 - ККЦ - ; (жоғары температуралы )
Бір модификацияның басқаға айналуы тұрақты  температурада  жүреді.Элементтің
түр
өзгерулері грек алфавитінің әріптерімен белгіленеді.
Аллотропиялық түр өзгерудің мысалына көміртегінің төмен қысымда  графит,  ал
жоғары
қысымда алмаз түзілуін жатқызуға болады.
Полиморфизм құбылысын пайдалана отырып, термиялық өңдеу арқылы қорытпаның
беріктігін азайтуға, көбейтуге болады.


                                   2 Дәріс
Нақты металдардың құрылысы. Кристалдық құрылымдағы ақаулар.
1.Нүктелік ақаулар.
2.Сызықтық ақаулар.
3.Дислокацияның қарапайым түрлері – аймақтық және бұрандалы.
Сұйық қорытпадан монокристалл өсіруге болады. Оларды көп жағдайда
лабораторияларда әртүрлі заттардың құрамын зерттеуге пайдаланады.
Қарапайым жағдайда алынған металдар мен қорытпалар көптеген кристалдардан
тұрады,
яғни поликристалдық құрылысқа ие болады. Бұл кристалдар дән деп аталады.
Олар белгілі
бір пішінде болмайды және кеңістікте әртүрлі бағытта орналасқан. Әр дән
өзінің кристалдық
тордағы бағыты мен бағдарына ие болып, соның әсерінен нақты металдың
құрылымы
орталанады және анизотропия құбылысы байқалмайды.
Нақты металдардың кристалдық торларында атомдардың арасындағы байланысты
бұзатын және металдардың құрамына әсер ететін әртүрлі ақаулар
(жетілмегендер)
болады.Құрылымдық жетілмегендер келесідей бөлінеді:
●нүктелік – барлық үш өлшемде де кіші
●сызықтық – барлық екі өлшемде де кіші және үшіншіде қанша болмасын
созылады
●беттік – бір өлшемде кіші.
Нүктелік ақаулар.
Кристалдық құрылымның көп тараған жетілмегендіктердің бірі – нүктелік
ақаулар. Олар:
вакансия, дислокацияланған атомдар, қоспалар.(2.1.сур)
Сүр. 2.1.Нүктелік ақаулар
Вакансия (бос орын) – әртүрлі жағдайлардан пайда болған кристалдық тордың
түйіндерінде атомдардың болмауы. Атомдардың беткі қабаттан қоршаған ортаға
немесе
тордың түйіндерінен бетіне өтуінен пайда болады (дән шекарасы, жарықшақтар
т.б).
Пластикалық деформацияның әсерінен денелерді жоғары энергиялы атомдармен
немесе ұсақ
бөлшектермен бомбалағанда пайда болады(циклотронда сәулелендіру немесе
ядролық
реакторда нейтрондық сәулелендіру). Вакансия коцентрациясы белгілі дәреже
де денелердің
температурасымен анықталады.Кристалда орналаса отырып, жалғыз вакансиялар
кездесуі
мүмкін және дивакансияға бірігеді.Көп вакансиялардың u1078 жиналуы бос қуыс
пен бос жердің
пайда болуына әкеп соғады.
Дислокацияланған атом – бұл тордың түйіндерінен шығатын және түйіндердің
арасында
орналасқан атом. Вакансияға қарағанда дислокацияланған атомның
концентрациясы аз.
Себебі, оның түзілуіне көп энергия қажет. Орын ауыстырған атомдардың
орнында вакансия
түзіледі.
Қоспалық атомдар әрқашан металда кездеседі. Сондықтан да тәжірибе жүзінде
химиялық
таза металл алу мүмкін емес.Олар негізгі атомдардан үлкен немесе кіші
өлшемде болуы
мүмкін және түйіндер арасында немесе тор түйіндерінде орналасады.
Нүктелік ақаулар тордың болмашы ғана бұзылуын тудырады. Ол денелердің
қасиеттерінің өзгеруін туғызуы мүмкін (электр өткізгіштік, магниттік
қасиеттер) олардың
болуы диффузия процесін туғызады және фазалық түрленудің қатты күйде өтуіне
әкеледі.
12
Сызықтық ақаулар
Дислокация сызықтық ақаулардың негізгісі болып табылады.Металдың
практикалық
және теориялық беріктіктің айырмашылығын түсіндіру үшін 1934 жылы Орован
және
Тендер крис-талдық материалдардың пластикалық деформациясын зерттеді.
Дислокация – бұл сызық түріндегі, алыс және жақын орналасқан атомдардың
дұрыс емес
орналасуынан болған кристалдық құрылымдағы ақаулар.
Дислокацияның қарапайым түрі – аймақтық (краевые) және бұрандалы (винттік)
Аймақтық дислокация дегеніміз, кристалл ішіндегі «керексіз» жартылай
жазықтықтың үзілуі.(2.2.сур)
Сүр. 2.2. Аймақтық дислокация(а) және түзілү механизмі(б).
Толық емес жазықтық экстражазықтық деп аталады.Көптеген дислокациялар
ығыстырмалы механизм көмегімен пайда болады. Оның түзілуін келесі операция
көмегімен
сипаттауға болады.Кристалды АВСД жазықтық бойынша қиып, АВ-ға
перпендикулярлы
бағытта төменгі бөлігін жоғарғы бөлігіне қатысты бір тор периодына ығыстыру
керек. Содан
соң төменгі тілік аумағындағы атомдарды жақындату керек.
Экстражазықтықтың оң және сол жағындатордың бұзылуы аз (тордың бірнеше
периодына тең '29, ал экстражазықтық бойындағытордың бұзылуы өте
көп.(2.3.сур)
Егер экстражазықтық кристалдың жоғарғы бөлігінде орналасса, онда аймақтық
дислокация оң таңбалы (+), ал егер төменде орналасса, онда теріс (-)
таңбалы болады.Бірдей
таңбалы дислокациялар бір-бірін тебеді, ал қарама-қарсылары бір-біріне
тартылады.
Сүр.2.3.Кристалдық торда аймақтық дислокация болған жағдайда өзгерістер.
Дислокацияның бөтен түрін Бюргерс сипаттады және винттік немесе бұрандалы
дислокация деген атқа ие болды.Бұрандалы дислокация ЕF сызығын айнала Q
жазықтық
бойымен іші-нара ығыстыру көмегімен алынған (2.4.сур).
13
Сүр.2.4.Винттік дислокация түзілуі механизмі
Кристалл бетінде Е нүктесінен кристалл шетіне дейін созылатын баспалдақтар
түзіледі.Мұндай ішінара ығысу атомдық қабаттың параллелдігін бұзады.
Кристалл бір
атомдық жазықтыққа айналады.
EF сызығының айналасында жетілмегендіктер байқалады,басқа бағыттарда оның
өлшемдері бірнеше периодты құрайды.
Егер жоғарғы көкжиектен төменгіге өту сағат тілімен орындалса, онда
дислокация оң, ал
сағат тіліне қарсы бұрылса – теріс болып саналады.
Винттік дислокация қайсы бір жылжу жазықтықпен байланысты емес, ол
дислокация
сызығымен өтетін жазықтықта орын ауыстырады.
Кристалдану процесі кезінде ерітінді мен будан бөлінген заттар атомдар
баспалдаққа
оңай тіркеседі. Бұл шиыршықты (спиральный) механизмді кристалдың өсуіне
әкеледі.
Дислокация сызықтары кристалл ішінде үзіле алмайды. Олар тұйық немесе
кристал бетіне
шығу керек.
Материалдың дислокациялық құрылымы дислокацияның тығыздығымен мінезделеді.
Дислокация тығыздығы кристалда дислокация сызықтарының орташа мәні ретінде
немесе сызық ұзындығының жалпы мәнінің көлемге қатынасымен анықталады.
(
Дислокация тығыздығы кең көлемде өзгереді және материал қалпына тәуелді
болады.Мұқият жұмсартудан кейін дислокация тығыздығы құрайды, ал
кристалдық торы мықты деформацияланған кристалдардың дислокация тығыздығы
.
Дислокация тығыздығы пластикалықты және материал беріктігін анықтайды.
Минималды беріктік дислокацияның критикалық тығыздығымен
14
Сүр.2.5.Дислокация тығыздығының беріктікке әсері
Сүр.2.6.Металда блокпен тұйиршектерінің бағдардандырлығы
Егер тығыздық α мәнінен кем болса, деформация кедергісі күрт өседі ал,
беріктігі
теориялыққа жақындайды. Беріктіктің жоғарылауы ақаусыз құрылысты металл
дайындаумен, олардың қозғалуын қиындататын дислокация тығыздығын
жоғарлатумен
жүзеге асырылады. Қазіргі кезде ақаусыз кристалдар пайда болды, олардың
ұзындығы 2м, ал
қалыңдығы 0,5...20 мкм. Металдардың беріктігін дислокация тығыздығын
жоғарлату арқылы
көтергенде мәнінен аспау керек. Өйткені жарықшақтар пайда болуы мүмкін.
Дислокация тек беріктік пен пластикалыққа емес, кристалдың басқа да
қасиеттеріне әсер
етеді.Дислокация тығыздығының өсуімен оптикалық қасиеттері өзгереді және
металдың
электр кедергісі жоғарылайды. Дислокация кристалдағы диффузияның орташа
жылдамдығын өсіреді, тозу және басқа да процестерді жылдамдатады, химиялық
төзімділікті
азайтады. Сондықтан, кристалдың бетін арнайы заттармен өңдегенде,
дислокация шығатын
жерде тесіктер пайда болады.
Дислокация кристалдардың қорытпа мен газ тәрізді фазадан құралғанда
түзіледі.
Кристалда вакансиялардың орын ауыстыруы кезінде олар диск тәрізді қуыс
түзеді.
Беттік ақаулар- бұл дәндердің, үзінділердің, блоктардың шекарасы (2.6.сур)
Дәндердің мөлшері 1000 мкм дейін жетеді. Дәнаралық шекара жұқа 5-10 атомдық
диаметр
болып табылады.
15
Ауыспалы қабат құрылысы онда дислокацияның жиналуына мүмкіндік
туғызады.Дәндердің шекараларында қорытпалардың концентрациясы
жоғарылатылған. Тіпті
шомырт ішінде де мінсіз кристалдық құрылыс байқалмайды. Дәндерді
бөлшектерге бөлу
процесі фрагментация немесе полигонизация деп аталады.
Әрбір бөлшек блоктардан тұрады. Олардың мөлшері 10 мкм кем болмайды. Мұндай
құрылысты блокты немесе мозайкалы деп атайды.
Бақылау сұрақтары:
1.Дислокация дегеніміз не?
2.Қандай жетілмегендерді білесіңіз?
3.Дислокацияның түрлерін талдап шығыңыз
4.Дислокация тығыздығы нені анықтайды?
5.Ақау зияны?
Глоссарий
Дислокация – бұл сызық түріндегі, алыс және жақын орналасқан атомдардың
дұрыс емес
орналасуынан болған кристалдық құрылымдағы ақаулар.
Дислокацияланған атом – бұл тордың түйіндерінен шығатын және түйіндердің
арасында
орналасқан атом
Вакансия (бос орын) – әртүрлі жағдайлардан пайда болған кристалдық тордың
түйіндерінде
атомдардың болмауы.


                                   3 Дәріс
Металдардың кристалдануы. Металдарды зерттеудің әдістері.
1. Металдардың кристалдануының заңдылықтары және механизмі
2.Ұсақ түйіршікті құрылым алу шарты
3.Металл кесегінің құрылымы
4.Химиялық құрамның анықталуы
5.Құрылымының зерттелуі
6.Физикалық зерттеу әдісі
Кез- келген дене үш түрлі агрегаттық күйде болады: қатты, сұйық, газ
тәрізді. Бір
күйден екінші күйге өтуі мумкін, егер жаңа жағдайдағы жаңа күй тұрақты
болып келсе және
де энергияның аз қорына ие болса.
Сыртқы орта жағдайлардың өзгеруіне байланысты бос энергия, сұйық және
кристалдық
күйлері үшін күрделі заңдылықпен өзгереді.Температураның өзгеруіне
байланысты сұйық
және қатты күйлер үшін бос энергияның өзгеру сипаты 3.1 суретте
көрсетілген.
Осы сызбаға сәйкес ТS- температурасынан жоғары дене сұйық күйде, ал ТS- нан
төмен
қатты күйде болады.
ТS-қа сәйкес температурада сұйық және қатты фаза бірдей энергияға ие,
металл екі
күйде де тепе-теңдікте болады, сондықтан екі фаза да бір мезгілде шексіз
ұзақ журе алады.
ТS – тепе-теңдік немесе кристалданудың теориялық темперетурасы.
Кристалдану үрдісі басталуы үшін, үрдіс жүйеде термодинамикалық тиімді және
жүйенің бос энергиясының азаюымен қатар жүруі керек. Бұл  сұйықтың  ТS-  тан
төмен
температурада  салқындауында   кездесуі   мүмкін.   Кристалданудың   басталу
температурасы
кристалданудың нақты температурасы деп аталады.
Сұйықты кристалданудың тепе - теңдік температурасынан төмен температурада
салқындатуды аса салқындау деп атайды және аса  салқындау  дәрежесі  (ΔТ)  –
мен
сипатталады;
ΔТ = Ттеор – Ткр.
Аса   салқындау    дәрежесі    металдың    табиғатына,    оның    қаншалықты
ластанғандығынан
(металл  неғұрлым  таза  болса,  соғұрлым  оның  тоңазыту  дәрежесі   жоғары
болады),
16
салқындату жылдамдығынан ( неғұрлым салқындатудың жылдамдығы жорғары болса
соғұрлым аса салқындау дәрежесі жоғары) байланысты.
Металдың сұйық күйден қатты күйге өтуін қарастырайық..
Барлық u1082 кристалл денелерді қыздыру барысында қатты күйден  сұйық  күйге
өту шекарасы
анық көрінеді. Осындай шекара сұйық күйден қатты күйге өтуде де болады.
Кристалдану – бұл сұйық фазада кристалдық  тор  телімдерінің  құрылу  үрдісі
және сол
құрылған орталықтардан кристалдардың өсіуін айтамыз.
Жүйе ең аз бос энергия мөлшерімен термодинамикалық  тұрақтырақ  күйге  өткен
кезде
ғана, кристалдану жүреді.
Металдың сұйық күйден кристалдық күйге өту үрдісін уақыт – температура
координатасында қисық арқылы кескіндеуге  болады.  Таза  металдың  салқындау
қисығы 3.2
суретте көрсетілген.
Ттеор. – кристалданудың теориялық температурасы;
Ткр. – кристалданудың нақты температурасы;
Таза металдың кристалдану үрдісі:
1 нүктесіне дейін сұық күйдегі металл салқындайды, үрдіс температураның
бірқалыпты төмендеуімен бірге жүреді. 1 – 2 аймақтарда кристалдану үрдісі,
кристалданудың жасырын жылуы деп аталатын, жылудың бөлінуімен қатар жүреді.
Ол
жылыдың кеңістікте таралуын қалпына келтіреді, сондықтан температура
тұрақты болып
қалады. Кристалдану аяқталғаннан кейін 2 нүктесінде температура қайтадан
төмендей
бастайды, металл қатты күйінде салқындайды.
Сүр. 3.2.Таза металдың салқындату қисығы
Металдардың кристалдану механизмі және заңдылықтары.
Сұйық металда температурасына сәйкес төмендеуі кезінде кристалдар құрыла
бастайды – кристалдану орталықтары немесе ұрықтары. Олардың өсуі үшін,
металдың бос
энергиясы азаюы қажет, әйтпесе ұрықтар еріп кетеді.
Өсуге қабілетті ұрықтың ең аз мөлшері критикалық мөлшер, ал ұрықтар –
тұрақты
деп аталады.
Сұйықтан кристалдық күйге өту, сұйық – кристалл бөлінуінің құрылуына,
энергия
шығындалуын қажет етеді. Кристалдану үрдісі, қатты күйге өту, бөліну
беттерінің
құрылуына жоғалған энергиядан ұтымды болғанда жүреді. Жүйе энергиясының
қатты
фазадағы ұрық мөлшерінен тәуелділігі 3.3 суретте көрсетілген.
Критикалыққа сәйкес және үлкен мөлшерлерлі ұрықтар энергияның азаюымен
қатар
өседі сондықтан олардың болуы мүмкіндігі жоғары.

                                   4 Дәріс
Жалпы қорытпа теориясы.Қорытпалардың құрылысы, кристалдануы
және қасиеттері. Күй диаграммасы.
1.Қорытпа және оларды алу әдістері туралы түсінік.
2. Қорытпа теориясындағы негізгі ұғымдар.
3.Қорытпалардың құрылысы, кристалдануы және қасиеттерінің ерекшеліктері
(механикалық
қоспалар, қатты ерітінділер, химиялық қосындылар)
4. Қатты ерітінді қорытпаларының жіктелуі
5. Қорытпалардың кристалдануы
6. Күй диаграммасы
Қорытпа және оларды алу әдістері туралы түсінік.
Қорытпа дегеніміз- екі немесе одан да көп элементтерді қорыту арқылы
алынатын зат.
Қорытпаны дайындаудың басқа да тәсілдері бар: бірігу қасиеті, электролиз,
возгонка (айдау).
Металдық элементтерден дайындалған қорытпа металдық қорытпа деп
аталады.Қорытпалар құрамы мен өңдеу әдісіне байланысты көптеген қасиеттерге
ие болады.
22
Қорытпа теориясындағы негізгі ұғымдар.
Жүйе-бақылау және зерттеу үшін белгіленген денелер тобы. Металтануда
металдар мен
металдық қорытпалар жүйе болып табылады. Таза металл жай бір компонентті
жүйе, ал
қорытпа екі немесе одан да көп компоненттерден тұратын күрделі жүйе болып
табылады.
Компоненттер-жүйені құрайтын заттар. Компоненттер ретінде таза заттар мен
химиялық
қосындылар алынады.
Фаза- жүйенің біркелкі бөлігі.
Варианттылық (С-еркіндік дәреже саны)- жүйедегі фаза мөлшерін өзгеріссіз
қалдырып,
өзгертуге болатын ішкі және сыртқы факторлардың санын
айтамыз(температура,қысым,
конценрация).
Варианттылық С=1 болса, (моновариантты жүйе), фаза санын өзгертпей,
факторлардың
бір түрін өзгертуге болады.
Варианттылық С=0 болса, (нонварианттық жүйе), фаза санын өзгертпей сыртқы
факторларды өзгертуге келмейді.
Компонент саны (К), фаза саны (Ф) және жүйенің варианттылығы (С) арасында
математикалық байланыс бар.Бұл фаза ережесі немесе Гиббс заңы
С=К-Ф+2
Түленулер тұрақты қысымда өтсе, айнымалы саны азаяды С=К-Ф+1
Мұнда:С-еркіндік дәрежесінің саны; К- компонент саны; Ф- фаза саны ;1-
температураның
өзгеру мүмкіндігін есептейді.
Қорытпаның құрылысы, кристалдануы және қасиеттерінің ерекшеліктері
(механикалық қоспа, қатты ерітінді, химиялық қосынды)
Металдық қорытпаның құрылысы қорытпаны құрайтын компоненттердің қандай
әрекетке
түсетініне тәуелді.Металдардың көбісі сұйық түрде бір-бірінде ериді.
Компоненттердің әрекеттесуына байланысты қорытпалар былай бөлінеді:
1) механикалық қоспа
2) химиялық қосынды
3) қатты ерітінді
Компоненттер қатты күйде бір-бірінде ерімесе және де химиялық реакцияға
түспеген
жағдайда механикалық қоспа түзіледі.Қорытпа оған кіретін компоненттің
кристалдарынан
тұрады(4.1.сур). Қорытпада компоненттердің кристалдық торы сақталады.
Сүр. 4.1. Механикалық қоспаның микроқұрылымыңың схемасы
Құрылысы мен қасиеттері әртүрлі элементтер арасында түзілетін қорытпа
химиялық қоспа
деп аталады.
Осы қорытпалардың ерекшеліктері:
1.Құрамының тұрақтылығы, яғни қорытпа компоненттің белгілі бір қатынасында
түзіледі,химиялық қосынды An Bm деп белгіленеді.
2.Химиялық қосынды құрайтын, элемент торларынан ерекшеленетін, атомдары
дұрыс
ретпен орналасатын спецификалық кристалдық тор түзіледі.
3. Өзіне тән қасиеттер айқын көрінеді.
4. Кристалданудағы температураның тұрақтылығы,таза компоненттер сияқты..
23
Сүр. 4.2.Химиялық қоспаның кристалдық торы
Қатты ерітінді қорытпасы дегеніміз- компоненттер арасындағы қатынас өзгере
алатын
қатты фаза. Олар кристалдық заттар болып табылады.
Қатты ерітінді бірдей дәндерден тұрады.(4.3 сур)
Сүр.4.3. Қатты ерітіндінің микроқұрылымыңың схемасы
Қатты ерітінді қорытпасының жіктелуі
Қатты ерітінділер компоненттің еру дәрежесіне байланысты былай бөлінеді:
●Компоненттердің шексіз еруі
●Компоненттердің шектелген еруі
Шексіз еру кезінде еріткіш компоненттің кристалдық торы ерітілген
компоненттің
концентрациясының көбеюіне байланысты ерітілген компоненттің кристалдық
торына өтеді.
Шексіз еру ерітінді үшін болу керек:
1.Компоненттің кристалдық торының изоморфтылығы
2.Компоненттердің атомдар радиустарының жақындығы, олардың айырмашылығы 8-
13%
артық болмауы керек
3.Атомдардың физико-химиялық қасиеттерінің ұқсастығы
Компоненттердің шектелген еруі кезінде еріген заттың концентрациясы
шектелген.
Концентрациясы үлкею жағдайында біркелкі қатты ерітінді екі фазалық қоспа
түзе отырып
ыдырайды.
Еріткіштердің кристалдық торында ерітілген заттардың таралуына байланысты
қатты
ерітінділер былай бөлінеді:
●Орынбасу (замещения)
●Еңгізу (внедрения)
●Алу,азайту (вычитания)
Орынбасу ерітінділерінде еріткіштердің кристалдық тордағы атомның бір
бөлігі ерітілген
элементтердің атомдарымен орын басылады.(4.4 а)
24
Сүр.4.4.Қатты ерітінділердің орынбасу (а), еңгізу (б) кристалдық торы
Орынбасу ерітінділерінің түзілуі кезінде тордың периоды еріткіш пен
ерітілген эле-
менттің атом диаметрлерінің әртүрлігіне тәелді өзгереді.Егер ерітілген
элемент атомы
еріткіш атомынан үлкен болса, элементарлы ұяшықтар үлкееді,ал кіші болса,
тартынады.Тор
параметрлерінің кішіреюі оның қарапайымдылығына әкеледі.
Еңгізілген қатты ерітінділер еріткіштердің кристалдық торына ерітілген
компоненттің
атомдарын енгізу арқылы түзіледі. (4.4. б)
Егер ерітілген элемент атомдарының мөлшері кішкентай болса, мұндай
ерітіндінің түзілуі
мүмкін болады. Мұндай элементтерге Менделеев периодтық жүйесінің басындағы
көміртегі,
сутегі, азот, бор жатады. Атомның мөлшері атомаралық орыннан үлкен болса,
бұл тордың
бұзылуына әкеліп соқтырады. Мұндай ерітінділердің концентрациясы 2-2,5%
аспайды.
Азайту (вычитания) қатты ерітінділері немесе ақаулары бар торлы ерітінділер
химиялық
қоспаның негізінде түзіледі.
Қорытпаның кристалдануы
Қорытпаның кристалдануы таза металдың кристалдануының заңдылықтарына
сүйенеді.Міндетті шарт болып саналады жүйенің минимум бос энергиялы күйге
өтуі.
Сұйықтық пен кристалданатын фазаның арасындағы диффузиондық үрдістің
маңыздығы ең
үлкен айырмашылық болып табылады.
Қатты күйдегі қорытпаларда компоненттің қатты күйде ерігіштігі температура
өзгеруімен
аллотропиялық түрленуімен, қатты ерітінділердің ыдырауымен түсіндірілетін
қайта
кристалдану үрдісі жүреді.
Бұл түрленулерді қатты күйдегі фазалық түрлену деп аталады.
Қатты күйдегі қатты кристалдану кезінде кристалданудың центрлері пайда
болады және
өседі.
Әдетте кристалдану центрлері көне фазалардың дәндерінің шекараларында және
қоспалар
бар жерде (олар жаңа кристалдар центрлерін түзе алады) пайда болады. Біраз
уақыт бойы
көне және жаңа фазалардың ортақ жазықтықтары болады. Тордың мұндай
байланысы
когерентті байланыс деп аталады. Көне және жаңа фазалардың айырмашылығы
болғанда,
түрлену аралық фазалардың түзілуімен өтеді.
Қорытпаның кристалдану үрдісі күй диаграммаларда зерттеледі.
Күй диаграммасы
Күй диаграммасы – бұл концентрация мен температура тәуелділігіндегі кез-
келген
қорытпаның күйін сипаттайтын графикалық сурет (Сүр.4.5).
Күй диаграммасын құру термиялық талдау көмегімен жүзеге асырылады.
Қорытындысында бір топ салқындату қисықтарын алады, фазалық өзгеру
температураларда қыйлысу нуктелері мен температуралық кідірістерді байқауын
мүмкіндік
береді.
Фазалық түрленуге сай келетін температуралар критикалық нүктелер деп
аталады.Кристалданудың басталуын сипаттайтын нүкте ликвидус, ал
кристалданудың
аяқталуын солидус нүктесі деп аталады.
25
Салқындату қисықтары бойынша диаграмма құрылады, абцисса осіне
-концентрация, ал
ордината осіне- температура.
Концентрация шкаласы В компоненттің құрамын көрсетеді. Ликвидус(1),
солидус(2),
қатты күйдегі фазалық түрленуге (3,4) сай келетін сызықтар негізгі сызықтар
болып
табылады. Күй диаграммасы бойынша фазалық түрленудің температурасын,
фазалық
құрамның өзгеруін, шамамен қорытпа құрамын, өңдеу түрлерін анықтауға
болады.
Сүр. 4.5. Күй диаграммасы
Бақылау сұрақтары:
1.Қорытпа дегеніміз не?
2.Қорытпалардың түрлері
3.Қорытпа теориясындағы негізгі ұғымдар қандай?
4.Күй диаграммасын сипаттаңыз
5.Кристалдану дегеніміз не?
Глоссарий
Күй диаграммасы – бұл концентрация мен температура тәуелділігіндегі кез-
келген
қорытпаның күйін сипаттайтын графикалық сурет
Фазалық түрленуге сай келетін температуралар критикалық нүктелер деп
аталады
Орынбасу ерітінділерінде еріткіштердің кристалдық тордағы атомның бір
бөлігі ерітілген
элементтердің атомдарымен орын басылады
Еңгізілген қатты ерітінділер еріткіштердің кристалдық торына ерітілген
компоненттің
атомдарын енгізу арқылы түзіледі.
Азайту (вычитания) қатты ерітінділері немесе ақаулары бар торлы ерітінділер
химиялық
қоспаның негізінде түзіледі.
Құрылысы мен қасиеттері әртүрлі элементтер арасында түзілетін қорытпа
химиялық қоспа
деп аталады.
Варианттылық (С-еркіндік дәреже саны)- жүйедегі фаза мөлшерін өзгеріссіз
қалдырып,
өзгертуге болатын ішкі және сыртқы факторлардың санын
айтамыз(температура,қысым,
конценрация).
Қорытпа дегеніміз- екі немесе одан да көп элементтерді қорыту арқылы
алынатын зат.

                                   5 Дәріс
Қосқұрамды қорытпа күйінің диаграммасы
1.Қорытпалардың қатты күйде компоненттердің шексіз еритін күй диаграммасы
(шексіз
ериітін қатты күйдегі қорытпа)
2. Қатты күйде компоненттер ерімейтін қорытпалардың күй диаграммасы
(механикалық
қоспа)
3.Қатты күйде компоненттердің шекті ерігішті қорытпалардың күй диаграммасы
26
4.Компоненттері химиялық қосылыс түзетін қорытпаның күй диаграммасы
5. Қатты күйде фазалық өзгеріске ұшырамайтын қорытпаның күй диаграммасы
6. Қорытпа қасиеті мен күй диаграмма түрінің байланысы
Қорытпалардың қатты күйде компоненттердің шексіз еритін күй
диаграммасы
Қорытпаның күй диаграммасы мен салқындау қисығы 5.1 суретте көрсетілген.
Сүр.5.1. Қорыпалардың қатты күйдегі компоненттіңің шексіз ериітін күй
диаграммасы (а);
салқындау қисығы (б)
Ең бірінші термиялық қисықтар алынады. Алынған нүктелерді диаграммаға
түсіреміз.
Қорытпаның кристалдануының бастапқы және u1089 соңғы нүктелерін қосып, күй
диаграммасын
аламыз.
Алынған диаграммаға талдау жасайық:
1.Компонент саны К = 2 ( А және В компоненттері)
2.Фаза саны ƒ = 2 ( сұйық фаза L, қатты ерітінді кристалдары α)
3.Диаграмманың негізгі сызықтары:
• асв- ликвидус сызығы, бұл сызықтан жоғары орналасқан қорытпалар сұйық
күйде
болады.
•аdв- солидус сызығы, бұл сызықтан төмен, орналасқан қорытпалар қатты күйде
болады.
4.Жүйенің мінездемелік қорытпалары:
А және В таза компоненттері тұрақты температурада кристалданады, В
компонентінің
салқындау қисығы 5.1.(б)суретте көрсетілген.
1-ші қорытпаның криталдануы: 1- нүктеге дейін қорытпа сұйық күйінде
салқындайды. 1
нүктеге сәйкес температурада α қатты ерітіндісінің кристалдану ортасы пайда
болады,
салқындау қисығында сызықтың майысқандығын көруге болады (критикалық нүкте)
,ол
кристалдануда жасырын жылудың бөлінуінен салқындау жылдамдығының
төмендеуімен
түсіндіріледі. 1-2 учаскіде төменгі температурада кристалдану жүреді,
қомпонентті жүйедегі
фаза ереже бойынша екі фазалы жүйеде (сұйық және қатты ерітінді кристалл
α), (с = 2-
2+1=1) с =1 бірге тең болады. 2-нүктеге сәйкес температуралы алсақ, одан
әрі қорытпа қатты
күйге қалады, температураны төмендеткен сайн қорытпа қатты күйде
салқындайды, және
оның құрамы қатты ерітіндісінің (α) біркелкі кристалынан құралады.
Қорытпаның микроқұрылымының сұлбасы 5.2-суретте көрсетілген.
27
5.Қорытпаның құрылысты-фазалық анализі
Күй диаграммасын пайдалану арқылы кез-келген қорытпаға, кез-келген
температурада
фаза санын тауып қана қоймай, оның құрамы мен сандық ара қатынасын табуға
болады. Ол
үшін "кесінді ережесін" қолданылады. Қорытпаның құрылысты фазалық анализін
жасау үшін
белгіленген нүктеден бастап канодаға көлбеуді жақын орналасқан сызыққа
(ликвидус,
солидус, компонент осі) жүргізеді.
а) m- нүктедегі фаза құрамын анықтау:
Оны анықтау үшін m нүктесі арқылы жақын орналасқан сызыққа (ликвидус,
солидус)
көлбеу жүргізіледі.
Сұйық фазаның құрамы көлбеудің қиылысу нүктесі проекциясының ликвидус
сызығымен
Ι қорытпаның кристалдану үрдісі:
1 нүктеге дейін қорытпа сұйық күйде салқындайды. 1нүктеге сәйкес
температурада, α
қатты ерітіндісінің кристалдану орталығы пайда бола бастайды. 1-2 учаскіде
төменгі
температурада кристалдану жүреді. 2 нүктеге сәйкес температурада қорытпа
қатаяды, одан
кейінгі температураны төмендеткенде қорытпа қатты күйде салқындайды, ол α
ерітіндісінің
біртекті кристалынан тұрады. 3 нүктеге сәйкес температурада α қатты
температурасы
қанықан В компонентіне айналады. Одан да төменгі температурада екінші
компоненттің
ерігіштігі төмендейді, сондықтан α- ерітіндісімен βΙΙ түріндегі артық
кристалл бөлініп
шығады. 3 нүктеден кейн қорытпа екі фазадан: α ерітіндісінің кристалы және
βΙΙ қатты
ерітіндісінің екінші реттік кристалы.
Қорытпа қасиеті мен күй диаграмма түрінің байланысы
Диаграмма түрі мен қорытпа қасиеті қандай қосылыс және қандай фаза
түзетініне
байланысты болғандықтан олардың арасында белгілі бір тәуелділік болу керек.
Бұл
тәуелділік Курнаковпен орнатылған, 5.8-сурет.
32
Сүр. 5.8. Қорытпа қасиеті мен күй диаграмма түрінің байланысы
а) Механикалық қоспа түзелгенде қасиеттері сызықтық заңдылықпен өзгереді.
Қорытпа
қасиеттері мінездемесінің мәні таза компонент мінездемелерінің интервалы
аралығында
болады.
б) Шексіз ерігіш қатты ерітінді түзелгенде қорытпаның қасиеттері қисық
сызық бойынша
өзгереді, сонымен қатар, электркедергілігі сияқты қасиеттері компонент
қасиеттерінен
өзгеше болуы мүмкін.
в) Шектеулі ерігіштікті қатты ерітінді түзелсе, концентрация интервалында
қорытпа
қасиеттері, бір фазалы қатты ерітіндіге сәйкес қисық сызық бойынша, ал екі
фазалы аймақта
– сызықтық заңдылықпен өзгереді. Түзеудің бойындағы шеткі нүктелері, осы
қоспаны
құрайтын аса қаныққан таза фазаның қасиеттері болып табылады.
г) Химиялық қосылыстар түзелгенде химиялық қосылыстар концентрациясы
қисықтың
максимумы болып табылады. Химиялық қосылыстың иілу нүктесі сингулярлы нүкте
деп
аталады.
Бақылау сұрақтары:
1.Қорыпалардың қатты күйдегі компоненттің шексіз ериітін күй диаграммасын
талдаңыз
2.Қандай қоспа түзілгенде қоспа қасиеттері сызықтық заңдылықпен өзгереді?
3.Қандай ерітінді түзелгенде қорытпаның қасиеттері қисық сызық бойынша
өзгереді?
4. Қатты күйде фазалық өзгеріске ұшырайтын қорытпаның күй диаграммасының
компоненттің қатты күйіндегі қорытпа ерігіштігінің шектеулігі көрсететін
диаграммадан
айырмашылығы
5.Сингулярлы нүкте дегеніміз не?
Глоссарий
Эвтектика - әртекті кристалдың ұсақ дисперсті, механикалық қоспасы, тұрақты
және
жүйедегі ең төменгі температурада кристалданады.
Күрделі күй диаграммасы, бірнеше қарапайым диаграммадан құралған
Химиялық қосылыстар түзелгенде химиялық қосылыстар концентрациясы қисықтың
максимумы болып табылады. Химиялық қосылыстың иілу нүктесі сингулярлы нүкте
деп
аталады.

                                   6 Дәріс
Жүктеу, кернеу (күштеу) және деформация. Механикалық қасиеттері.
1.Металдардың деформациясының физикалық табиғаты.
2.Пластикалық деформацияның табиғаты.
3.Пластикалық деформацияның дислокациялық механизмі.
4.Металдардың бүлінуі.
5.Сандық сипаттамаларын анықтау әдістері және механикалық қасиеттері.
Металдардың деформациясының физикалық табиғаты.
Деформация-дегеніміз кернеу әсерінен дененің өлшемі мен формасының
өзгеріске
ұшырауы.
Кернеу- бөлшектің бір бірлік қима ауданына әсер ететін күш. Кернеу және
одан пайда
болған деформациялар созылудың, қысудың ішкі күштерінің дене бойымен
қозғалуынан
және сондай-ақ фазалық(құрылымдық) өзгерістердің нәтижесінде және т.б.
металдарда
болып жатқан физико-техникалық процестердің және көлемнің өзгерісіне
байланысты болуы
мүмкін.
Кернеулі жағдайдағы кез-келген металл, күштеудің кез-келген түрінде әрқашан
нормальды және жанама кернеулерді сыналады.
Сүр.6.1. Металды күштегенде нормальды және жанама кернеулердің пайда болған
схемасы
Нормальды және жанама кернеулердің өсуі әртүрлі жағдайларға алып келуі
мүмкін.
Нормальды кернеудің өсуі әлсіз бұзылуға алып келеді. Ал жанама кернеу
пластикалық
деформацияны тудырады.Кернеудің әсерінен болған металдың деформациясы
серпімді және
пластикалық болуы мүмкін.Серпімді деформация - деп одан туындайтын
кернеулерді алып
тастағанда толығымен жоғалып кететін деформацияны айтады.Серпімді
деформациялану
кезінде металдың кристалдық тордағы атомдар арасындағы арақашықтығы
өзгереді.
Жүкті алып тастау атомаралық қашықтықтың өзгерісі тудыруын, атомдардың
алғашқы
қалпына қайта келуін және деформацияның жоғалу себептерін жояды.
Деформация диаграммасында серпімді деформация OА сызығымен сипатталады.
34
Сүр.6.2.Әсер етуші кернеулердің σ металл деформациясына ε тәуелділік
диаграммасы.
Егер нормальды кернеу атомаралық байланыс күштер сипаттамаларымен u1073
бағытталса,
онда үзу жолымен әлсіз бұзылу байқалады.
Серпімді кернеу әсерінен болатын серпімді деформация және әлсіз бұзылу сұл
Сүр.6.3.Серпимді кернеу арқасында жүретін серпімді деформацияның және әлсіз
бұзылудың схемасы : а) кернеусіз метал торы; б)серпимді деформация;
в,г) әлсіз бұзылудың үзіліу арқылы
σ=Е δ , Е-серпімділік модулі
Серпімділік модулі металдың серпімділік қасиеттерінің негізгі сипаттамасы
болып
табылады. Серпімділік модулі физикалық тұрғыдан қатты денедегі атомаралық
байланыстардың σ=Е δ , мында: Е – серпимді модулі
Серпимді модулі беріктік өлшемінің мәні болып қарастырылады. Бұл
механикалық
сипаттамасы құрылымы жағынан мәнсіз, дәлірек айтқанда термиялық өңдеу
немесе құрылым
өзгеруінің басқа да түрлері серпімділік модулін өзгертпейді, ал атомаралық
қашықтықты
өзгертетін температураның жоғарылауы серпімділік модулін төмендетеді.
Пластикалық немесе қалдықты деформация - дегеніміз кернеу тудыратын
әрекеттер тоқтағаннан кейінгі деформация. Пластикалық деформация кезінде
кернеудің бір
бөлігі екіншісіне қатысты жанама кернеудің әсерінен орын ауыстырады. Жүкті
алған кезде
жылжу сақталады, яғни пластикалық деформация өтеді(6.4-сурет). Пластикалық
деформация
нәтижесінде жылжу аркылы тұткырлыкты бұзылу байкалуы мүмкін.
35
Сүр.6.4.Жанама кернеу әсерінен тұткырлыкты бұзылу және пластикалық
деформация сұлбасы.
Пластикалық деформация табиғаты.
Металл және қорытпалар қатты күйінде кристалдық құрылымға ие және олардың
деформациясы кристалл құрылымының типіне және осы құрылымдағы
шектеусіздіктің
болуына байланысты.
Монокристалды пластикалық деформацияны қарастырайық. Пластикалық деформация
жанама кернеу әсерінен өтіп екі әдіспен жүруі мүмкін:
1.Жазықтықта трансляциялық жылжу. Кристалл атомдарының бір қабаттары басқа
қабаттары арқылы жылжиды.Сонымен қатар олар түгел атомаралық қашықтыққа тең
дискретті шамаға u1072 ауысады. Сырғанау жолдарының аралықтарында
деформация жүрмейді.
Қатты дене пластикалық деформация кезінде өзінің кристалдық құрылымын
өзгертпейді
және қарапайым ұяшықтарда атомдардың орналасуы сақталады. Атомдары тығыздау
шоғырланған кристаллографиялық жазықтық сырғанау жазықтығы болып табылады.
Бұл
деформацияның қысым арқылы өңдеудің маңызды түрі.
2.Еселену.Кристалдың бір бөлігінің басқа бір бөлігіне симметриялық
жағдайдағы
бұрылысы. Еселену жазықтығы симметрия жазықтығы болып табылады. Еселену
көбіне
кристалдардың көлемдік орталық және гексагональды торымен пластикалық
деформация
кезінде пайда болады, сонымен қатар деформация жылдамдығының өсуімен және
температураның төмендеуімен еселенуге бейімділік төмендейді. Еселену сыртқы
күштердің
қозғалысы нәтижесінде ғана емес, сонымен қатар пластикалық деформацияланған
денені
жасыту нәтижесінде туындауы мүмкін. Бұл кубты қырлы центрленген торлы
металдарға тән.
Еселену арқылы деформацияның белгісіз дәрежесіне қол жеткізуге болады.
Сүр.6.5. Пластикалық деформацияның әр түрлі әдістерінің сұлбасы, а)
сырғанау арқылы;
б)еселену арқылы;
36
Пластикалық деформацияның дислокациялық механизмі.
Пластикалық деформация сырғанаудың немесе еселенудің нәтижесінде болады.
Ертеректе сырғанау кезінде кристалдың бір бөлігі периодтың бүтін санына
басқа бөлігіне
қатысты бір бүтін ретінде жылжиды деп қарастырған. Бұл кернеуге қажеттілік
шынайы
өзгермелі кернеуден бірнеше қатарға жоғары.
Темір үшін өзгермелі кернеудің теориялық мәні: tтеор=13300 МПа, t реал=20
Пластикалық деформацияның жаңа заманғы теориясының негізі ретінде келесі
жағдайлар алынған:
-сырғанау жылжу жазықтығында бір уақытта емес тізбектей таралады
-сырғанау кристалдың оны жүктеу кезінде пайда болатын кристалдық торының
бұзылған
жерінен басталады.
Деформация механизімінің сұлбасы 6.6 суретте келтірілген. Деформация тепе-
тең
күйде қозғалмайды. Экстражазықтық кернеудің әсерімен атомдардың
орналасуының елеусіз
жагдайында оңнан солға қарай орын ауыстырады . PS (SR) жазықтығының төменгі
бөлігі
оңға қарай ығысады және PQ экстражазықтығының төменгі шетімен бірігеді.
QR- қалдық деформация. Дислокация алдағы қозғалыстарда бүкіл сорғылау
жазықтығынын өтеді және дән бетіне шығады. Бұл кезде дәннің жоғарғы бөлігі
төменгі
бөлігіне қатысты тордың атомаралық бір периодына жылжиды. (6.6.б сурет).
Дислокацияның әрбір бір қадам орын ауыстыруы кезінде сырғанау жазықтығының
жоғарғы және томенгі бөліктерінде орналасқан бүкіл атомдар арасындағы емес
, тек PS
жазықтығының екі қатарының атомдарының арасындағы байланысты үзу керек. Бұл
кезде
қажетті өзгермелі кернеу аз,практикалық шынайыға тең .
Сурет 6.6. Пластикалық деформациянын дислокациялық механизімінің сұлбасы.
а- шеткі дислокацияның қозғалысы кезінде атодардың бір атомаралық
қашықтыққа орын
ауыстыруы ; б- дислокацияның бүкіл кристалл арқылы ауысуы.
Металдардың бұзылуы.
Жоғары кернеуге қол жеткізген кезде деформация процесі бұзылумен аяқталады
.
Денелер қимамен бір уақытта емес ,үшіншісінің дамуы нәтижесінде бұзылады.
Бұзылуы 3
сатыдан турады : жарықтың пайда болуы,оның қима арқылы таралуы,толығымен
бұзылу.
Әлсіз бұзылу-нормальды созу кернеуі арқылы атомдардың бір қабатын басқа
қабаттарынан
37
үзуі.Үзілуі алдына ала деформациямен жүргізілмейдi. Жарықтын пайда болу
механизмі
кедергілердін алдында бірдей қозғалысындағы дислокацияның жиналуына
байланысты,
осының салдарынан кернеу концентрациясына әкеліп соқтырады. Кернеуге
белгілі бір мәнді
иеленгенде ,жарықтардың молшері критикалық болады және келесі өсуі қалыпты
болады.
Әлсіз бұзылуға өткір, жиі тербелістегі жарық тән.Әлсіз бұзылуынын
энергосыйымдылығы
аз,жарық жұмысының таралуы нольге жакын.
Транскристалдық бұзылуды айырады: жарық –дәннің аумағында таралады,
интеркристаллды дән шекаралында таралады.Сынық кенестігі –қалыпты кернеуге
перпендикуляр .Әртүрлі бұзылуы –жанасатын кернеудің әсерімен ,кесу жолымен
орындалады. Оған белгілі пластикалық деформациясы әкеліп соғады. Жарықтын
таралу
жылдамдығы аз, энергосыйымдылық мәнді қуат бөлу бетінің пайда болуына және
пластикалық деформацияға жұмсалады,көп жұмыс жарықтын таралуына жумсалады.
Сынық беті тегіс емес жарық сәулесін таратады .Сынық арқылы бұзылудың
сипаттамасын
анықтауға болады. Бузылудын маңызды механикалық құрамдары болып мыналар
табылады:
беріктілік, қаттылық, тұтқырлық. Механикалық құрамды біле отырып
конструктор
қажетті материалды тандайды . Деформациялық жағдайда материалдын
механикалық
құрамы материалдың сыртқы әсерлерден бұзылуын анықтайды .Жүктеу әсеріне
байланысты
механикалық құрамы мынадай түрлермен анықталады:
1.статикалық жүктеу -жүктелуі жай және қалыпты өседі
2.динамикалық жүктеу -жүктеу қарқынды жылдамдықпен өседі және өзіне тән
сипаттамалары бар.
3.кайталама немесе циклды жүктеу-жүктеуі жұмыс кезінде көп ретті және
бағыты
бойынша жиі ауысып отырады.
Беріктік- материалдың деформацияға және бұзылуға қарсы тұруы.
Сынақ созылу диаграммасын жазатын арнайы машинада жүргізіледі.
Сүр.6.7. Созылу диаграммасы:а)абсолютті б)салыстырмалы в) аққыштық шегін
анықтайтын
схема
Материал үлгісінде болатын жүктеудін осуін қорытындылайық. Диаграммада оа
сызығы
серпимді деформация Гук заңына тауелді жүреді. Серпімді деформацияға сәйкес
келетін а
нүктесіндегі кернеуді пропорциональды шегі деп атаймыз.
Пропорциональды шегі деформация мен кернеу арасындағы сызықтық тәуелділікті
сақтайтын жоғарғы кернеу.
Пропорциональды шегінен жоғары кернеу кезінде тепе тең пластикалық
деформация
өтеді. Практика жүзінде серпімсіз жағдайға өту нүктесін белгілеу мүмкін
емес болғандықтан,
38
серпімді деформация ала алатын жоғары кернеу шартты серпімділік шегін
белгілейді.
Қалдықты деформация өте аз болғандағы кернеуді есептейді.
Қалдықты u1076 деформацияның -аққыштық шегі- белгіленуі:
Өту шегі материалдың аз пластикалық деформацияға қарсы тұруын мінездейді.
Материалдың табиғатына байланысты физикалық шартты шегі қолданылады.
Физикалық
өту шегі бұл тұрақты жүктелгендегі деформацияның үлкеюінен пайда болатын
кернеу.
Өту пластикалық материалдарға байланысты. Бірақ қорытпа мен металдың көп
бөлігі өту
аймағына жатпайды. Шартты өту шегі бұл қалдықты деформацияны тудыратын
кернеу -
аққыштық шегі
Физикалық немесе шартты өту шегі материалдың ең қажетті есептеу мінездемесі
болып
табылады. Бөлшекке әсер ететін кернеу өту шегінен кем болу керек. Барлық
жағынан
пластикалық деформация тең көлемді өту шегіне дейін жалғасады. Пластикалық
деформация
в нүктесінің өте әлсіз жерінде –мойын (шейка) құрылуы басталады, ол қуатты
үлгінің
жергілікті басылуы болып табылады. Өту шегі бұл жоғары жүктелуге сәйкес
келетін және
уақытша жоғарылауға қарсы тұратын кернеу. Мойынның (шейка) қалыптасуы
пластикалық
материалдарға тән, олардың созылу диаграммасы максимальды мәнге ие.
Беріктік шегі бұл машина деформациясына қарсы мәндерінің тепе теңдігін
мінездейтін
беріктілік.В нүктесіндегі мойынның дамуы барысында С нүктесіне ауырлық
түсіп бұзылу
байқалады. Негізгі бұзылуға қарсылық үлгінің бұзылу үақытында материалды
ұстап
тұратын максимальды кернеу. Бұзылуға негізгі қарсылық үлгінің көлденең
қимасының түпкі
аймағына қатысты анықталатын болғандықтан, беріктік шегінен барынша үлкен
болады.
Сүр.6.8.Созылудың негізгі диаграммасы
Бақылау сұрақтары:
1.Деформация дегеніміз не?
2.Деформация түрлері қандай?
3.Бұзылудың маңызды механикалық құрамдыры
4.Қандай жүктеулер бар?
5.Пластикалық деформация қалай жүреді?
Глоссарий
1. Деформация - кернеу әсерінен дененің өлшемі мен формасының өзгеріске
ұшырауы.
2. Кернеу- бөлшектің бір бірлік қима ауданына әсер ететін күш.
3.Серпімді деформация- кернеулерді алып тастағанда толығымен жоғалып
кететін
деформация par 39
4.Пластикалық немесе қалдықты деформация- кернеу тудыратын әрекеттер
тоқтағаннан
кейінгі деформация.
5.Шартты өту шегі қалдықты деформацияны тудыратын кернеу.
6.Өту шегі жоғары жүктелуге сәйкес келетін және уақытша жоғарылауға қарсы
тұратын
кернеу.
7.Беріктік шегі машина деформациясына қарсы мәндерінің тепе теңдігін
мінездейтін
беріктілік.
8.Әлсіз бұзылу- нормальды созу кернеуі арқылы атомдардың бір қабатын басқа
қабаттарынан үзу.
9.Тәуелділік шегі деформация мен кернеу арасындағы сызықтық тәуелділікті
сақтайтын
жоғарғы кернеу.
10.Беріктік- материалдың деформацияға және бұзылуға қарсы тұруы.
__7 Дәріс
Механикалық қасиеттер (жалғасы).
Технологиялық және пайдаланымдық қасиеттер.
1.Механикалық қасиеттер және анықтау амалдарының сандық сипаттамалары:
қаттылық,
тұтқырлық, тозуға шыдамдылық.
2.Бриннель бойынша қаттылық (ГОСТ 9012)
3.Роквелл әдісі ГОСТ 9013
4.Виккерс әдісі
5.Тырнау әдісі
6.Динамикалық әдіс (Шор бойынша)
7.Температураның әсері
8.Тұтқырлықты бағалау тәсілдері
9.Сынық түрі бойынша тұтқырлықты бағалау
10.Негізгі сипаттамалар
11.Технологиялық қасиеттер
12.Пайдаланымдық қасиеттер
Механикалық қасиеттер және анықтау амалдарының сандық
сипаттамалары: қаттылық, тұтқырлық, тозуға шыдамдылық.
Қаттылық – бұл материалдың бетіне стандарттық денелі (индентордың) енуіне
қарсылық көрсетуі, сынау кезінде деформацияланбайтын.Оның кең таралуы
арнайы
үлгілердің қажетсіздігімен түсіндіріледі.
Бұзылмайтын тәсіл. Термиялық өңделген бұйымның сапасын тексерудің негізгі
тәсілі.
Қаттылықты не индентордың ену тереңдігі бойынша, не салмақ салған кезде
қалған із
бойынша бағаланады ( Бринелл, Виккерс тәсілдері, микроқаттылық)
Барлық жағдайларда материалдардың пластикалық деформациясы болады. Неғұрлым
материалдардың пластикалық деформациясының қарсылығы көп болса, соғұрлым
қаттылығы көбірек болады.
Бринелл, Роквелл, Виккерс, микроқаттылық әдісі кең қолданысқа ие болады.
Сынау
схемасы 7.1 суретінде көрсетілген.
40
Сур. 7.1. Қаттылықты анықтау схемасы:
а-Бринелл бойынша, б-Роквелл бойынша,в- Виккерс бойынша.
Бринелл бойынша қаттылық ( ГОСТ 9012)
Сынау Бринелл бойынша қаттылық өлшегішімен жүргізіледі (сурет 7.1.)
Бұйымның қалыңдығы бойынша индентор ретінде диаметрі 2,5; 5, 10 мм болат
шаригі
қолданылады. Қүші Р, өлшенетін қаттылықтың шаригінің диаметріне байланысты,
термиялық өңделген болат және шойын үшін Р=30 D2, құйылған қола және жез Р-
10 D2,
алюминий және басқа да жұмсақ металдар үшін Р-2,5 D2.
“Ұстап қалу ұзақтығы”: болат пен шойын үшін – 10с, жез және қола үшін 30с.
Берілген таңба Бринелл үлкейткіш шыны көмегімен бойынша екі бағытта
өлшенеді.
Қаттылық берілген қүштің сфералық таңбалы бетімен анықталады.
HB=
D
P
=
( )
2
ПD D D2 d 2
P
− −
Стандарттық жағдайлар болып D-10мм, Р-3000кгс, т-10с. Бұл жағдайда Бринелл
қаттылығы НВ 250 болып белгіленеді, ал басқа жағдайларда былай болады: НВ D
/ Р / т, НВ
5 / 250 / 30-80.
Роквелл әдісі ГОСТ 9013
Берілген күштің ұштығының түсірімінің әсерімен негізделген (сур 7.1.)
Жұмсақ материалдар үшін индентор (НВ-230 дейін) диаметрі 1/16 (0,16мм)
болат
шаригі қаттырақ материалдар үшін – алмазды конус.
Жүктелуі 2 кезеңінен іске асырылады. Біріншіден, ұштықтың тығыз жанасуы
алдын-
ала күшімен қолданылады. Содан соң негізгі қүш қолданылады, бір қатар уақыт
ішінде ортақ
күш жұмыс жасайды, негізгі күш алынған соң қаттылығын анықтайды.
Материалдың жаратылысына байланысты 3 қаттылық шкаласы қолданылады.
Кесте 7.1.Роквелл бойынша қаттылықты анықтайтын шкаласы
Шкала Белгілеу Индентор Жүктеу ,кг
Р0 Р1 Р2
Қолдану аумағы
А HRA Алмазды
конус<1200
10 50 60 Аса қатты
материалдарға
B HRB Шындалған
болатты
шарикǾ1/16
10 90 100 Салыстырмалы
жүмсақ
материалдарға
C HRC Алмазды
конус<1200
10 140 150 Салыстырмалы
қатты
материалдарға
41
Виккерс әдісі
Қаттылық түскен таңбаның мөлшерімен анықталады(рис.7.1 в).Индентор ретінде
алмазды төрт қырлы пирамиданы қолданылады, бұрышының ұшы 136°тең. Қаттылық
күштің
Р түскен таңбасының аумағының F қатынасымен есептеледі.
HV= 2 2 2 1,8544
2 sin
d
P
d
P
V
P ’ ’
α
P салмақ құрайды 5...10кгс. Таңбаның диагоналі d микроскоп көмегімен
өлшенеді,
қондырғыда орнатылған.
Бұл амалдың артықшылығы әр материалдың қаттылығын анықтауға болады, жұқа
бұйымның, беттік қабығың. Ең жоғарғы дәлдік және сезімталдық әдіс болып
келеді.
Микроқаттылық әдісі –қорытпаның құрлымының құраушылар мен фазаларды,өте
жіңішке беттік қабығын анықтауға арналған.
Сондай-ақ Виккерс әдісіне ұқсас, индентор – пирамида аз өлшемді, қысу
кезінде Р
салмақты құрайды 5 ден 500 кгс.
Н200= 1,854 Р/ d2
Тырнау әдісі
Алмаздық конуспен, пирамида мен немесе шарикпен тырнау жүргізіледі, ол
өлшеу болып
табылады. Басқа u1084 материалдарда тырналау кезінде олардың қаттылығы
салыстырылады.
Тырнауды ені бойынша жүргізуге болады және де салмақ түсіру арқылы. Енін
берген кезде
салмақтың мөлшерін анықтаймыз,.
Динамикалық әдіс.
Жоғарыдан шарикті белгілі қабаттан лақтырады, ол бір мөлшерге жылжиды.
Жылжу
мөлшері неғұрлым жоғары болса, соғұрлым материал қатты болады. Нәтижесінде
динамикалық тәжірибе кезінде, айналма соққы арқылы кесілген арнайы
үлгілермен (ГОСТ
9454) материалдардың тұтқырлық күйден сынғыш күйге өтуі анықталады.
Тұтқырлық – пластикалық деформация арқылы материалдың ішкі күштегі
механикалық
энергиясын тұтынуы болып табылады.
Материалдың энергетикалық сипаттамасы болып табылады, жұмыс мөлшерімен
сипатталады. Металдың және де балқымасының тұтқырлығы олардың химиялық
құрамымен,
термиялық өңделеумен және де басқа да ішкі факторлармен анықталады. Сонымен
қатар
тұтқырлық жағдайға байланысты, металдың жұмыс істеуіне ( температура,
жылдамдық
салмағы, концентраттардың күш салуымен) тәуелді.
Температура әсері
Температураның жоғарлауымен тұтқырлық жоғарлайды( 7.2 сур). Температураның
өзгеруімен аққыштық шегі өзгереді, қарсылас жұлыну (отрыву) температураға
бағынбайды.
Тн температураның жоғарлауымен аққыштық шегі қарсылас жұлынудан аз болады.
Жүктеме
кезінде ең бірінші пластикалық деформация орын алады, содан кейін бұзылу
басталады.
Металл тұтқырлық күйде болады.
Тн температураның төмендеуімен қарсылас жұлыну аққыштық шектен аз болады.
Бұл
жағдай металл деформация көмексіз бұзылады, сынғыштық күйде болады.
Тұтқырлық
күйден сынғыштық күйге өтуі температура интервалдарына байланысты.
Мортсынғыштық дегеніміз температураның төмендеуімен металдың сынғыштық
күйге
өтуі.
Мортсынғыштықтарға темір, вольфрам, цинк және т.б металдар, көлемдік
центрленген
кубтық және де гексагональді тығыз негізделген кристалдық тордың болуы.
42
Сур.7.2.Пластикалық және сынғыштық u1082 күйдегі температураның әсері
Тұтқырлықты бағалаудағы тәсіл.
Соққыш тұтқырлық металдың сенімділігін сипаттайды, оның мортсынғыштығына
қарсылас көрсету қабилеті.
Тәжірибені анықталған формада және де кесілген үлгіде жүргізеледі. Үлгіні
кесілген
жағымен қазыққа қағып, қарама-қарсы жағын ұруға дайындап, белгілі биіктікке
көтереді (7,3
сур)
7.3. – сурет. Соққы тұтқырығының тәжірибелік кестесі: а) маятникті копрдың
схемасы; б)
кесілген стандартты үлгі; в) концентрантты кернеу түрлері; г) тұтқырлықты
температурадан
тәуелділігі.
Үлгінің бұзылуына жұмсалатын жұмыс: А = Р(Н - h )
Мұндағы;
Р – маяктник салмағы
Н – соққыға дейінгі маятниктің көтерілу биіктігі.
Һ – соққыдан кейінгі маятниктің көтерілу биіктігі.
Соққы тұтқырлығы - сипаттамалы тұтқырлық болып табылады (аH) –жұмыстың
бөлініп бұзылуы, аH =АH / F0 , Мұндағы: F0 – кесік орындағы көлденен қима
ауданы.
43
ГОСТ 9454 – 78 бойынша соққы тұтқырлықты KCV, KCU, КСТ деп белгіленеді. КС-
соққы
тұтқырлықтың символы, үшінші символ тіліктің түрін көрсетеді: өткір(V),
дөнгелектенген
радиусты(U),жарықты(Т) (сур.7.3 в).
Металды морт сыңғыштығын бағалау үшін және критикалық
басталуын анықтау үшін сериялық сынаулар.
Әртүрлі температурада үлгінің сериясын сынайды және сызықтарды құрады-
соққы
тұтқырлықтың температурадан байланысының ( ан- Т), солай ақ морт сыңғыштың
басталуын
анықтайды (сур. 7.3 г).
Морт сыңғыштың басталуы-бүзылудың өзгеру сипаттамасының температуралық
интервалы,конструкционды беріктіктің маңызды параметры болып есептеледі.
Неғұрлы морт сыңғыштың басталуы төмендеу болса, соғұрлы металл жүктеудің
шоғырлауна, деформацияның жылдамдығына әсерлігіші төмендейді .
Сынық түрі бойынша тұтқырлықты бағалау
Шыдамдылыққа сынақ (ГОСТ 2860) – беріктіктің шаршау сипаттамасын береді.
Тозу - жүктеудің белгілі өзгерткіш қайталану кезіндегі материалдың бұзылуы,
яғни
шамасы аққыштық шегінен аспайды.
Тозуға процессі 3 сатыдан u1179 .ұралады, сынықтағы осы сатыларға сәйкес
аймақтар 7.4
суретте көрсетілген.
1.Ең жүктелген кесіңңің болінде сынықтың пайда болуы.
2.Сынықтың бірте – бірте таралуы
3.Соңғы бұзылуы
Беріктіктің шаршау сипаттамалары циклдық сынауларда анықтайды, 7.5.суретте
схемасы
келтірілген.
Сур.7.5. Шаршау сынағы(а) , шаршау қисығы (б).
44
Негізгі мінездемелер.
Шыдам шегі σ-1 – жүктеудің симметриялық өзгерісі кезінде, жүктеудің
симметриялық
емес өзгересі кезінде– салмақ салудың үлкен циклы кезіндегі материал шыдай
алатын
максималды жиктеу.
Шектеулі шыдам шегі – салмақ салудың немесе уақыттың белгілі бір сандық
мәнінің
циклы кезіндегі материалдың шыдай алатын максималды жиктеу.
Өміршеңділік ( живучесть) – бұл, алғашқы жарықшалардың пайда болу цикл саны
мен
толықтай бұзылу цикл санының арасындағы айырмашылық.
Технологиялық қасиеттер.
Технологиялық қасиеттер – материалдың салқындай және ыстықтай өңдеуге түсу
қабілетін сипаттайды .
1.Құйылымдық қасиеттер – бұл берілген материалдаң одан сапалы құйма алуға
болатын
қабілеттілігін сипаттайды.
Сұйықтай аққыштық – бұл балқыған металдың құю формыларын толтыра алу
қабілетін
сипаттайды
Отырымдылық ( сызықтық және көлемдік) – металдың салқындау және қату
кезіндегі
өзінің сызықтық және көлемдік өлшемдерін өзгерту қабілетін сипаттайды.
Модель жасау
кезінде сызықтық отырымдылықтың алдын алу үшін стандартты емес метрлер
қолданылады.
Ликвация – материалдың көлемі бойынша химиялық құрамының біртекті еместігі.
2.Материалды қысыммен өңдеуге қабілеттілігі – бұл материалдардың сыртқы
жиктеу
кезінде сынбай өзінің формасы мен өлшемдерін өзгерте алу қасиеті. Ол
максималды түрде
өндірістік жағдайларға ортада өтетін технологиялық сынамалар қорытындысы
бойынша
бақыланады.Беттік материалды июге, қалпына келтіруге сынайды. Сым
материалдарды
июге, бұрауға, ал трубаларды үлестіруге және июге сынайды. Сынаудан кейін
материалда
ақаулардың u1073 болмауы, материалдың жарамдылық критериі болып табылады.
3.Пісірімділік – бұл материалдың талапқа сай сападағы бөлінбейтін қосылыс
түзу
қасиеті.Ол пісірілген тігіс сапасы бойынша бағаланады.
4.Кесу арқылы өңдеуге қабілеттілік – материалдың әртүрлі кескіш құралдармен
кесу
арқылы көндігу қабілетін мінездейді. Ол кескіш құралдың беріктігімен және
беткі қабаттың
сапасы бойынша бағаланады.
Эксплуатациялық қасиеттер – материалдың нағыз өндірістік жағдайда жұмыс
істей алу
қабілетін сипаттайды.
1.Тозуға төзімділік – бұл, материалдың ішкі үйкеліс әсерінен беттік
бұзылуға қарсы тұру
қабілеті.
2.Коррияға төзімділік – материалдың қышқылдық және сілтілік орталардың
зиянды әсеріне
қарсы тұру қабілеті.
3.Қызуға төзімділік – бұл, материалдың жоғары температура кезінде
тотықсыздануға қарсы
тұруы.
4.Қызуға беріктік – бұл, материалдың жоғары температура жағдайында өзінің
қасиеттерін
сақтап қалу қабілеті.
5.Салқынға төзімділік – бұл, материалдың төмен температура жағдайында
өзінің
пластикалық қасиетін сақтайтын қасиеті.
6. Антифракциялық – материалдың басқа материалға жүмысты айнала алу
қабілеті.
Бұл қасиеттер бұйымның жұмыс жағдайына байланысты арнайы сынақтар жүргізу
арқылы анықталады. Белгілі бір конструкция жасау үшін материал таңдаған
кезде оның
техникалық, технологиялық және эксплуатациялық қасиеттерін есепке алу
керек.
Глоссарий
Ликвация – материалдың көлемі бойынша химиялық құрамының біртекті еместігі.
Құйылымдық қасиеттер – бұл берілген материалдаң одан сапалы құйма алуға
болатын
қабілеттілігін сипаттайды.
Технологиялық қасиеттер – материалдың салқындай және ыстықтай өңдеуге түсу
қабілетін
сипаттайды .
45
Тұтқырлық – пластикалық деформация арқылы материалдың ішкі күштегі
механикалық
энергиясын тұтынуы болып табылады.
Қаттылық – бұл материалдың бетіне стандарттық денелі (индентордың) енуіне
қарсылық
көрсетуі
Мортсынғыштық дегеніміз температураның төмендеуімен металдың сынғыштық
күйге
өтуі.
Тозу - жүктеудің белгілі өзгерткіш қайталану кезіндегі материалдың бұзылуы,
яғни шамасы
аққыштық шегінен аспайды.
Соққы тұтқырлығы - сипаттамалы тұтқырлық болып табылады (аH)
Бақылау сұрақтары:
1.Қандай механикалық қасиеттерді білесіңіз?
2.Қаттылықты өлшеу әдістері
3.Бринелл әдісінің шекті қаттылығы
4.Тұтқырлық дегеніміз не?
8 Дәріс
Материалдың конструкциялық төзімділігі.Поликристалдық денелердің
деформациялық ерекшелігі.Тойтару,қайтымдылық
және қайта кристалдану.
1.Материалдың конструкциялық төзімділігі.
2.Поликристалдық денелердің деформациялық ерекшеліктері.
3.Пластикалық деформацияның металдың құрлымы мен құрлысына әсері:тойтару.
4.Деформацияланған металдың құрлымы мен құрлысына қыздырудың
әсері:қайтымдылық
және қайта кристалдану.
Материалдың конструкциялық төзімділігі
Сынаудың нәтижесінде мінездемелер алынады:
●Күштілік (пропорционалдық шегі,серпінділік шегі,аққыштық шегі,қаттылық
шегі,беріктік
шегі)
●Деформациялық (қатысты ұзару,қатысты тарылу);
●Энергетикалық (соққылық тұтқырлық)
Қолданылу құрылымына және эксплуатациялық шарттарына қарамастан сынаудың
барлығы жалпы материалдың қаттылығын мінездейді.Деталдардың жоғары сапасына
қол
жеткізуге болады,егерде детальдардың жұмыс барысында орны бар және олардың
құрылымдық қаттылығын анықтайтын барлық ерекшеліктерін ескеретін болсақ.
Құрлымдық қаттылық- беріктік құрылымының комплексі берілген бұйымның
қызметтес қасиеттерімен корреляцияда болып, эксплутация жағдайларында
материалдың
сенімді және ұзақ жұмысын қамтамасыз етеді.
Конструкциялық беріктікке келесі факторлар әсер етеді:
●Детальдардың конструкциялық ерекшеліктері (пішіні және өлшемі);
●Детальдардың әртүрлі бұзылу механизмі;
●Детальдың беткі қабатындағы материалдың жағдайы;
●Детальдың беттік қабатында жүретін процесстер, жұмыс кезіндегі ақауға
әкеліп соқтырады.
Сапалы конструкцияның қажетті шартын құруда материалды үнемді пайдалана
отырып конструкциялық беріктікке әсер ететін қосымша критерийлерді ескеру
қажет.
Сенімділік және өміршеңдік осы критерийлер болып табылады.
Сенімділік- материал құрылысы, берілген функцияларды орындайды, берілген
қажетті уақыт шектерінде эксплутациялық көрсеткіштерін сақтайды немесе
материалдың
морт сынғыштығына қарсы u1090 тұруы.
Морт сынғыштықтың дамуы төменгі температураларда жүреді, жарықтардың
болуымен,
жоғары қалдық кернеуі болуымен және де шаршау процесінің дамуымен және
тоттануымен.
46
Суыққа төзімділіктің температуралық сатылары сенімділікті анықтайтын
критерий
болып табылады, жарықтар кедергісінің таралуына, соққылық тұтқырлық,
пластикалық
мінездемелері, өміршеңдігі.
Өміршеңдік- белгілі бір жағдайға дейін детальдардың жұмыс істеу қабілетінің
сақталуы.
Өміршеңдік металдардың шаршағандығымен, тозу үрдістерімен, тоттану және
басқаларымен анықталады, олар біртіндіп бүлініп және де апаттық жағдайларға
әкеліп
соқтырмайды.
Өміршеңдікті анықтайтын критерий болып саналатындар шаршау беріктігі,
тозуға
төзімділік, тоттануға қарсы тұру, ұласқан беріктік болып табылады.
Конструкциялық беріктікті анықтайтын жалпы қағидалар:
●Күштену жағдайының түр ұқсастығы сынауға алынған үлгілер мен бұйымдардың;
●Сынау шарттарының ұқсастығы және эксплутация жағдайлары (температура,
орта, тиелу
реті);
●Бүліну мінездемесінің ұқсастығы және үлгідегі және бұйымдағы сынған жердің
түрі.
Поликристалдық денелердің деформациялық ерекшеліктері
Поликристалдық салқын пластикалық деформациясын қарастырайық. Металдардың
пластикалық деформациясы және поликристалдық денелердің балқымалары
монокристалдық пластикалық деформациясына қарағанда кейбір ерекшеліктері
бар.
Поликристалдық дененің форма өзгерісі жеке дәндердің форма өзгерісінен және
шекералас көлемдерде форма өзгерісінен құралады. Жеке бидайлар сырғанауымен
және екіге
бөлінуімен деформацияланады, бірақта бидайдың өзара байланысы және
поликристалдағы
көп түрлілігі деформация механизміне өз ерекшеліктерін енгізеді.
Түйіршіктің сырғанау беті кеңістікте ерікті түрде бағытталға, сол себепті
ішкі күштің
әсерінен дара түйіршіктің сырғанау бетіндегі кернеу әртүрлі болады.
Деформация жеке дара
түйіршікте басталады, беттік u1089 сырғанауда максималды қатысты кернеу
пайда болады. Көрші
түйіршіктер айнала бастайды және біртіндеп деформация процесіне түсе
бастайды.
Деформация түйіршіктің формасының өзгерісіне әкеліп соқтырады: металдың
интенсивті
ағысына көбірек созылған бағытына байланысты түйіршік формасын өзгертеді
(деформацияның беріктік бағытының бойымен ось бойынша бұрылады). Деформация
кезіндегі құрылым өзгерісі 8.1 . суретте көрсетілген.
Сурет 8.1. Деформация кезіндегі құрылым өзгерісі: а) деформацияға дейін б)
35% сығудан кейін в)
90% сығудан кейін
Металл талшықты құрылымға ие болады. Талшық олармен бірге созылған металл
емес
қосылыстармен, талшықтың бойымен және қарама-қарсылығының себебі талшықтың
құрылысының бірдей еместігінде. Пластикалық деформация процесінде бір
мезгілде
47
түйіршіктің формасының өзгерісімен олардың кеңістіккристалдық торындағы
бағыт-
бағдарының өзгерісі болады.
Көптеген кристалдық тордың түйіршіктері бірдей бағыт бағдар алатын болса,
деформация текстурасы пайда болады.
Металдың құрылысы мен құрылымына пластикалық деформацияның
әсері: тойтару
Текстура деформациясы кристалдық анизотропияны құрайды, сол себепті
құрылысының көп айырмашылығы 450 бұрыш астында орналасқан бағытында қарама-
қарсы
жүреді. Деформация дәрежесінің өсуімен пластикалық (қатысты ұзару, қатысты
тарылу )
және тұтқырлық (соғылымды тұтқырлық) мінездемелері азаяды, ал беріктік
мінездемелері
(серпімділік шегі, аққыштық шегі, беріктік шегі) және қаттылығы артады.
(Сур. 8.2.) Электро
қарсы тұру жоғарылайды, магнит өткізгіштік, жылуөткізгіштік, коррозияға
қарсы тұруы
азаяды.
Деформация дәрежесі,%
Сур.8.2. Металлдың механикалық құрылысына суық пластикалық деформацияның
әсері
Деформациялық қатайту немесе тойтару дегеніміз пластикалық деформация
үрдісінде металдардың механикалық, физикалық және басқа құрылысының
өзгеруінің
өзіндік құны.
Қатайту және тойтару дислокацияның тығыздығының бірнеше рет өсуімен
түсіндіріледі:
олардың ерікті түрде орын ауыстыруы өзара әсерлесуінен қиындайды, кернеудің
пайда болуымен металдық торының бүлінуімен және де блоктар мен
түйіршіктердің
ұнтақталуына байланысты.
Қыздырудың деформацияланған металдың құрылысы мен
қасиетіне әсері
Деформацияланған металл тепе-теңдік жағдайда болады.Тепе-теңдік жағдайға
өту
кристалдық тордағы бүлінудің төмендеуімен байланысты,кернеудін төмендеуі
атомдардың
орын ауыстыру мүмкіндігімен анықталады.
Төменгі температурада атомдардың қозғалысы аз,сондықтан тойтарыс жағдайы
шексіз
ұзақ сақталуы мүмкін.Қыздыру процесіндегі металдың жоғары температурасында
пластикалық деформациядан кейін атомдар диффузиясы артады,металды ең тепе-
теңдік
жағдайға - қайтымдылыққа және қайта кристалдануға әкелетін беріктіктің
бұзылу процесіне
әсер ете бастайды.
Қайтымдылық.Аз ғана қыздыру атомдар қозғалысының шапшаңдығын
туғызады,дислокация тығыздығының төмендеуі – ішкі кернеудің және кристалдық
торлардың түзілуін жояды.Беріктіктің шамалы бұзылу процесі және түзілу
қасиеті
тұрақтылық деп аталады.(қайтымдылықтың бірінші сатысы).Қайтымдылық
кристалдық
48
тордағы бүлінуді төмендетеді,бірақ түйіршік формасының өлшеміне әсер
етпейді және
деформация текстурасының пайда болуына кедергі жасамайды.
Қайта кристалдаудағы анықталатын металл түйіршігіндегі басты шама
температура:фрагменттер,сырғанаған және жорғалаған дислокациялар
нәтижесіндегі
полигондар пайда болады.
Қабырғадағы дислокациялар тобы бірдей белгілермен қайтымдылық
температурасында
кіші бұрышты шекаралармен түйіршіктерге бөлінуі мүмкін.
Полигонизацияланған жағдайда кристалл аз күшке ие болады,сондықтан
полигондардың пайда болуы – энергетикалық тиімді процесс.
Үрдіс пластикалық деформацияның үлкен емес дәрежесінде өтеді.Нәтижесінде
беріктік
(10...15)% - ке төмендейді және пластикалық жоғарылайды.Бұрыштар
бағытындағы
түйіршіктер үлкеюі салдарынан жаңа дислокациялар қосылып,полигондар
шекарасы үлкен
колемді тығыздықты дислокациялар қатарына ауысады (қайта кристалдау кезінде
пайда
болатын түйіршік аналогиялық түйіршікке өзгереді).Өзгеріс микроқұрылымда
байқалмайды
(сур.8.5 а).Полигондау алдында температура тұрақты болмайды.Процесс
жылдамдығы
металл табиғатына,зиянды қоспалар құрамына,сатылы деформация дәрежесіне
байланысты.
Сур.8.4.Деформациялаңған металдың қыздыруы механиқалық қасиеттеріне әсері
Бақылау сұрақтары.
1.Конструкциялық беріктікке қандай факторлар әсер етеді?
2.Конструкциялық беріктікті анықтайтын жалпы қағидалар
3. Поликристалдық дененің форма өзгерісі қандай форма өзгерісінен құралады?
4.Деформация қандай түйіршікте басталады?
5.Қайта кристалдаудағы анықталатын металл түйіршігіндегі басты шама қандай?
9 Дәріс
Теміркөміртекті қорытпалар. Теміркөміртек күй диаграммасы
1.Теміркөміртекті қорытпалардың құрылымы.
2.Теміркөміртекті қорытпалардың компоненттері мен фазалары.
3.Теміркөміртекті қорытпалардың құрылым түзулуіндегі үрдістер.
4.Теміркөміртектің қорытпаларының құрылымдары.
Теміркөміртекті қорытпалардың құрылымдары.
Теміркөміртекті қорытпалар болат пен шойын казіргі заманның техникадағы
маңызды
металдық қорытпалары болып табылады. Болат пен шойын өндірісінің көлемі
басқа барлық
металдар өндірісін бірге алғанның өзінде 10 есе басым болады.
Теміркөміртек күй диаграммасы – темір көміртекті қорытпалардың болат пен
шойын
құрылымы бойынша тура негізгі түсінік береді.
Теміркөміртек диаграммасының негізін қалаған 1968 ж. Д.К.Чернов болып
табылады.Чернов ең бірінші болып болатта критикалық нүктелердің барын және
көміртегі
мөлшері бойынша олардан орналасуының тәуелділігін көрсетті.Темір көміртек
диаграммасы
темірден көміртекке дейін таралуы тиіс. Темір көміртекпен химиялық қосылыс
түзеді -
Fe3C.Әр тұрақты химиялық қосылысты компонент түрінде, ал диаграмманы
бөлімдермен
қарастыруға болады. Практика жүзінде көміртегі мөлшер 5% дейінгі металдың
қорытпалар
қолданылғандықтан, құрамында 6,67% көміртегі бар цементитті күй
диаграммасын
қарастырамыз.
51
Сур.9.1.Темир-цементит жүйелі диаграммасы
Теміркөміртекті қорытпалардың компонеттері мен фазалары.
Теміркөміртекті қорытпалардың компонеттері, көміртегі және цементит болып
табылады.
1.Темір – өтпелі, ашық, күміс түсті металл. Жоғарғы балқу температурасына
ие -15390С±50С.
Қатты күйде темір екі модификацияға ие бола алады. Полиморфты түрленулер
9110С және
13920С температураларында өтеді. 9110С төмен көлемдік центрленген кубтық
торы
КЦК(ОЦК) Feα орналасқан. 9110С және 13920С температуралар араларында қырлық
центрленген кубтық ҚЦК(ГЦГ) торлы Feγ тұрақты болып келеді. 13920С
температурадан
жоғары темір көлемдік центрленген кубтық торға ие және Feδ деп аталатын
немесе жоғары
температуралы Feα.
7680С ден төмен температурада темір ферромагнитті, ал жоғары температурада
парамагнитті. 7680С температурада темірдің Кюри нүктесі G деп белгіленеді.
Техникалық
таза темір жоғары емес қаттылық (80НВ) пен беріктікке (беріктік шегі – 38,
аққыштық шегі
σт = 20МПа ) және жоғары пластикалық қасиетке ие. Бидайдың үлкендігіне
байланысты
кейбір шектеулерде қасиеттері өзгеруі мүмкін.
Темір көп элементтермен ерітінділер түзеді: металдармен- орын алмасу
ерітіндісін;
көміртегімен, азотпен, сутегімен -енгізу ерітінділерін.
2.Көміртек металл еместерге жатады. Полиморфтық түрленулерге ие. Түзілу
жағдайына
байланысты гексагональды кристалдық торлы графит түрінде болады (балқу t
-35000 С,
тығыздығы – 2,5 г/см3) немесе координациялық саны 4-ке тең күрделі кубтық
торлы алмаз
түрінде болады.
Темірдің көміртекпен қортпалардың көміртек темірмен қатты ерітінді күйде
және химиялық
қосылыс – цементит (Ғе3С )түрінде, сондай –ақ бос күйінде графит түрінде
(сұр шойында)
болады.
3.Цементит (Ғе3С) – темірдің көміртекпен химиялық қосылысы (темір карбиді)
құрамында
6,67% С бар. Аллотропиялық түрленулері болмайды. Цементиттің кристалдық
торы бірқатар
октаэдрден тұрады.
Цементиттің балқу температурасы нақты белгіленбеген (1250,1550oС).Төмен
температурада
цементит аз ферромагниттелген, шамамен 2170С температурада магниттік
қасиетін
жоғалтады. Цементит жоғары қаттылыққа ие, ( 800НВ – дан жоғары әйнекті
жеңіл жырады),
52
өте төмен, тіпті болар болмас пластикалық болып келеді. Мұндай қасиеттер
кристалдық
тордың күрделі құрылысынан болады. Цементит орын алмасу қатты ерітінділерін
түзе алады.
Көміртектің атомдары металл еместермен алмаса алады: азотпен, оттегімен;
темір атомдары
металдармен : марганецпен, u1093 хроммен, вольфраммен, т.б. Мұндай қатты
ерітінділер
легирленген цементит деп аталады.
Цементит тұрақсыз қосылыс, және белгілі бір жағдайларда графит түріндегі
бос көміртектің
түзілуінен бөлінеді. Бұл процесс шойынның құрылымдық түзілуінде маңызды
практикалық
рөл атқарады.
Темір көміртекті күйде келесідей фазалар болады: сұйық фаза, феррит,
аустенит, цементит.
1.Сұйық фаза – сұйық күйінде темір көміртегімен кез –келген пропорцияда
әрекеттесіп,
біркелкі сұйық фаза түзеді.
2.Феррит – көміртектің темірге енгізілген қатты ерітіндісі.
Ферриттің өзгергіш шекті ерігіштік бар: минимальды 0,006 % бөлме
температурасында (Q
нүктесі), максимальды -0,02% 7270 С температурада (Р нүктесі) көміртегі тор
ақауларында
орналасады.
температурадан жоғары болса, жоғары температуралық феррит деп аталады.
Ферритің қасиеті темірдің қасиетіне жақын болып келеді. Ол жұмсақ
(қаттылығы 130НВ,
беріктік шегі 300МПА) және майысқақ (салыстырмалы ұзаруы -5-30%). 7680С
дейін
магнитті.
3.Аустенит (А) (С) – көміртектің γ темірге енгізетін қатты ерітіндісі.
Көміртек қырлық центрленген кубтық тордың ортасында орналасады.
Аустениттің өзгергіш шекті ерігіштігі: минимальды – 0,8%, 7270С
температурада (S
нүктесінде) минимальды,максимальды 11470 С температурада 2,14% (Е нүктесі)
Аустениттің қаттылығы 200...250 НВ, пластикалығы (салыстырмалы ұзарады – 5-
40%,50%),
4.Цементит – мінездемесі жоғарыда берілген.
Темір көміртекті қорытпаларда келесідей фазалар бар: I реттік цементит(Ц1),
IІ реттік
цементит (Ц11), ІІІ реттік цементит (Ц111). Бұл фазалардың химиялық
физикалық қасиеттері
бірдей.
І реттік цементит сұйық фазадан ірі пластикалы кристалдар түрінде бөлініп
шығады. ІІ реттік
цементит аустениттен бөлініп шығады, аустенит түйіршіктерінің айналасында
тор тәріздес
болып орналасады.(салқындату нәтижесінде – перлит түйіршіктеріне айналады).
ІІІ реттік
цементит ферритпен бөлініп, ұсақ қосулар түрінде феррит түйіршіктерінің
айналасында
орналасады.
Теміркөміртекті қорытпалардың құрылым түзулуіндегі үрдістер.
АВСД – ликвидус жүйесі АВ аймағында ферриттің кристалдануы басталады. (ВС
аймағында
аустениттің кристалдануы, СД аймағында І реттік цементиттің кристалдануы
басталады)
AHJECF сызығы – солидус сызығы. АН аймағында ферриттің кристалдануы
аяқталады (6)
HJB сызығында тұрақты 14990С температурада сұйық фаза бұрын пайда болған
феррит
кристалдарымен әрекеттесіп, нәтижесінде аустенит түзейтін перитектикалақ
өзгеріс болады.
JE аймағында аустениттің кристалдануы аяқталады. ЕСҒ аймағында 4,3% С сұйық
аустениттен І цементиттің эвтектикалық қосылысына айналатын тұрақты 11470С
температурада эвтектикалық өзгеру жүреді.
Темір цементитті жүйесіндегі эвтектиканы ледебурит деп аталады. Құрамындағы
көміртегі
мөлшері 4,3 % неміс ғалымы Ледебур атымен және перлит кіреді, оның өзгерген
ледебурит
деп атаған.
HN сызығында ферриттің аустенитке айналуы аяқталады.GSсызығы бойынша
аустениттің
ферритке айналуы, темірдің полеморфтық түрленуімен шартталған. PG сызығы
бойынша
аустениттің ферритке ауысуы аяқталады. ЕS сызығы бойынша Ғе – С жүйесіндегі
аустениттің ІІ реттік цементиттің бөлінуі басталады, яғни критикалық
нүктелер шартты
белгіленулерге ие болады.
А әріпімен белгіленеді (франц. Arret – тоқтау )
53
А1 - PSK сызығы (7270C)- П А
А2 – МО сызығы (7680С, Кюри нуктесі ) – магниттік түрленулер.
А3 –GOS сызығы (Көміртектің қортпадағы мөлшеріне байланысты ауыспалы
температура) –
Ф А түрленуі.
Аст – SE сызығы (Көміртектің қортпадағы мөлшеріне байланысты ауыспалы
температура) –
ІІ реттік цементиттің бөлінуінің басталуы (кейде А3деп белгіленеді)
Түрленулер қыздырғанда және суытқанда әртүрлі температурада
орындалатындықтан, бұл
процестерді бір – бірінен ажырата білу үшін қосымша белгіленулер енгізеді.
Қыздырғанда С
әріпін енгізеді, яғни Ас, суытқанда –r әріпімен, яғни Аr
Теміркөміртекті қорытпалардың құрылымы.
Темір – цементит жүйесіндегі барлық қорытпалар құрылымдық белгілері бойынша
екі үлкен
топқа бөлінеді: болат және шойын
Құрамында 0,02% аз көміртектен тұратын қорытпалар ерекше топты құрайды,
оларды
техникалық темір деп атайды. Қорытпалардың микроструктуралары 9.2 суретте
көрсетілген.
Мұндай қортпалардың құрылымы кристализация аяқталған соң не феррит
бидайларынан
(9.2а сур.) (көміртектің мөлшері 0,006% аз болғанда),не феррит бидайларынан
және феррит
бидайларының қорларында орналасқан цементит кристалдарынан (көміртектің
мөлшері
0,006% - дан 0,02% дейін болғанда) тұрады.
Көміртекті болаттар деп құрамында 0,02..2,14% көміртегі бар, кристалдану
нәтижесінде
аустенит түзитін темір көміртекті қорытпа.
Көміртекті болаттар, әсіресе аустенит күйінде жоғары пластикалыққа ие.
Болаттардағы құрылымы аустениттің қайта кристалдануы нәтижесінде
қалыптасады.Болаттардың микроқұрылымы 9.3 суретте көрсетілген.
Көміртектің мөлшері мен болаттың құрылымы бойынша эвтектойдқа дейінгі
(0,02% 2,114%) құрылымы перлит + ІІ цементит (П+ЦІІ) болып бөлінеді.
Цементитті тор
перлит түйіршіктерін айнала орналасады.
Перлит құрамында көміртек мөлшері 0,8%, цементитте 6,67%.
Осыларды ескере отырып қорытпалардың микроқұрылымы бойынша эвтектойдқа
дейінгі
Сур.9.3.Болаттардың микроқұрылымы:а-(ф+П) эвтектоидқа дейнгі болат;б-
эвтектоидті
болат(пластинкалы перлит);в- эвтектоидті болат(түйіршеті перлит);г-
эвтектоидтан кейнгі
болат;
(0,02% 0,8%), құрылым Ф+П (Ф+77) (9.3 сур). Эвтектоидты (С 0,8%) құрылымы
перлит (П), перлит пластикалы және түйіршікті болуы мүмкін. (9.38 және 9.3
в сур.),
эвтектойдтан кейінгі (0,8% 2,14%) құрылымы перлит +ІІ цементит (П+ЦІІ),
болып
бөлінеді. Цементитті тор перлит түйіршіктерін айнала орналасады.
Перлит құрылымында көміртек мөлшері 0,8%, цементитте 6,67%.
54
Осыларды ескере отырып, қорытпалардың микроқұрылымы бойынша қорытпа
құрамына
кіретін көміртек мөлшерін жуықтап анықтауға болады. Феррит құрамындағы
көміртектің аз
ерігіштігіне байланысты, оның құрамында көміртек жоқ деп есептеуге болады.
Құрамында көміртек мөлшері 2,14 % (6,67% дейін) жоғары кристалдану
нәтижесінде
эвтектика (ледебурит) түзитін темір көміртекті қорытпа шойын деп атайды.
Құрамында тез балқығыш ледебурит шойынның литейные қасиетін жоғарлатады.
Сәкесінше темір – цементит күй диаграммасы мен кристалданатын шойындар.
Морт
сынғыштыққа ие болып келеді. Олардың сынығының түсі – күміс тәрізді – ақ.
Мұндай шойындар ақ шойындар деп атайды.
Көміртектің мөлшері және құрылымы бойынша ақ шойындар келесідей болып
бөлінеді:
эвтектикаға дейінгі (2,14% 4,3%) құрылымы перлит + ледебурит+ ІІ ретті
цементит
(П+Л+ЦІІ), эвтектикалық (С 4,3%) құрылымы ледебурит (9.4 б сур.)
эвтектикадан Ақ
шойынның микроқұрылымы 9.4 суретте көрсетілген.
Ақ шойынның микроқұрылымы 9.4 суретте көрсетілген.
Эвтектикаға дейінгі ақ шойындардың құрылымында суытқанда, аустениттің
құрамының
өзгеруінен пайда болатын ІІ ретті цементит бар. (ES сызығы).
ІІ ретті цементит құрылымында ледебуриттің құрамына кіретін цементитпен
араласады.
Қалыпты температурада болат пен шойынның фазалық құрамы бірдей, екеуі де
феррит пен
цементиттен тұрады. Алайда болаттар мен ақ шойындардың қасиеттерінде бірдей
айырмашылықтар бар. Сонымен, Ғе3-С жүйесі қортпаларының қасиеттерін
анықтайтын
негізгі фактор олардың құрылымы.
Бақылау сұрақтары:
1.Теміркөміртекті қорытпа дегеніміз не?
2.Теміркөміртекті қорытпа компоненттері
3.Теміркөміртекті қорытпа құрылымы
4.Техникалық таза темір дегеніміз не?
5.Болат пен шойын айырмашылығы
10 Дәріс
Болаттар. Болаттардың жіктелуі мен таңбалануы.
1.Көміртегі мен қоспалардың болат құрамына әсер етуі.
2.Көміртегінің әсер етуі.
3.Қоспалардың әсер етуі.
4.Легирлеуші элементтерді тағайындау.
5.Болаттағы легирлеуші элементтердің таралуы.
6.Болаттардың таңбалануы мен жіктелуі.
7.Болаттардың жіктелуі.
8.Болаттардың таңбалануы.
9.Кәдімгі сапалы көміртекті болаттар (ГОСТ 380).
10.Сапалы көміртекті болаттар.
11.Сапалы және жоғары сапалы легирленген болаттар.
12.Легирленген құрылымдық болаттар.
13.Легирленген инструментальды болаттар.
14.Тез кескіш инструментальды болаттар.
15.Шарлы-подшипникті болаттар.
Болаттар едәуір көп тараған материалдар болып табылады. Құрамы жағынан
техникалық
жақсы. Өнімдерді қысым мен кесу өңдеу барысында алады.
Өңдеу түрі мен құрамын өзгерте отырып, керекті жинақ аламыз, бұл оның
негізгі
артықшылығы. Болаттарды көміртекті және легирленген деп ажыратамыз.
Көміртегі мен қоспалардың болат құрамына әсер етуі.
Көміртекті болаттар негізгі болаттар болып саналады. Олардың қасиеті
көміртегінің
мөлшерімен және қоспалардың құрамымен темір көміртекпен әрекеттесетін
анықталады.
Көміртегінің әсер етуі.
Көміртегінің болат құрамына әсер етуі 10,1 суретте көрсетілген.
56
Сур.10.1.Болаттың қасиетіне комиртектің әсері
Болаттағы көміртегі мөлшерінің өсу нәтижесінде оның құрамындағы цементит
мөлшері
артып, сонымен қатар феррит мөлшері кеми түседі. Құрамдас бөліктерінің
арақатынасының
өзгеруі пластикалығының азаюына, сонымен қатар беріктілігі мен қаттылығының
артуына
әкеп соқтырады. Беріктілігі құрамындағы көміртек мөлшерінің 10 %-ға дейін
болғанда ғана
өседі, содан кейін ол төмендейді, себебі екіншілік цементиттің бұзық торы
түзіледі.
Көміртек тұтқырлыққа әсер етеді. Көміртегіні арттырған жағдайда морт
сынғыштық u1072 артып
екпінді тұтқырлығы азаяды.
Электркедергісі мен коэрцитивті күш артып, магнит өтімділігі мен магнит
индукциясының
тығыздығы азаяды.
Көміртек одан басқа технологиялық құрамына да әсер етеді. Көміртегі
мөлшерінің артуы
болаттың литейлі құрамын нашарлатады ( құрамындағы көміртек мөлшері 0,4 %-
ға шейін
болаттар қолданылады); мысалы қысыммен, балқығыштығымен және кесумен
өңделуі. Тағы
да айта кететін болсақ, құрамындағы аз көміртекті болаттарда кесумен қатар
өңделеді.
Қоспалардың әсер етуі.
1.Тұрақты қоспалар кремний, марганец, күкірт, фосфор. Марганец пен кремний
болат
балқу процесінде қышқылсыздандыру мақсатында енгізіледі, олар технологиялық
қоспалар
болып табылады.Марганец құрамы 0,5...0,8 %-дан аспайды. Марганец
беріктілікті
арттырады, пластикалықты төмендетпейді, күкірттің әсерінен пайда болған
болаттың морт
сынғыштығын азайтады. Күкіртпен марганец сульфидін MnS түзіп, темір
сульфидінің FeS
құрамын азайтады. Марганец сульфидтері бөлек қоспалар ретінде орналасады,
олар
деформацияланып прокатканың барлық ұзындығы бойына созылымды болып
келеді.Кремний құрамы 0,35...0,4 %-дан аспайды. Кремний, металды
газсыздандырып,
құйманың тығыздығын арттырады. Кремний феррит құрамында балқып, болаттың
беріктілігін арттырады, сонымен қатар аққыштық шегі де артады. Бірақ кейбір
кездерде
пластикалығының төмендеуі байқалады, бұл болаттың ұзаруын төмендетеды.
Фосфордың
болат құрамындағы үлесі 0,025...0,045 % құрайды. Фосфор феритте еріп,
кристалдық торды
тоздырады да аққыштық шегі мен беріктілік шегін арттырады, бірақ
пластикалығы мен
тұтқырлығын азайтады. Фосфор құрамының әрбір 0,01 % өсуі морт сынғыштық
шегін 20...25
°С арттыра түседі. Фосфор ликвацияға бейімділік қасиетіне йе, сондықтан да
құйма
ортасында орналасқан аймақтарда тым төмендетілген тұтқырлыққа йе. Кейбір
болаттар үшін
фосфор құрамын 0,10...0,15 % дейін арттыруға болады, себебі бұл кезде
кесумен өңдеуге
оңай. S- пластикалық, балқығыштық және коррозиялық төзімділік төмендейді. Р
Бақылау сұрақтары.
1.Болаттағы легирлеуші элементтердің таралуы.
2.Болаттардың жіктелуі.
3.Болаттардың таңбалануы.
4.Қосымша лигерлеуші элементтерді ата.
5.Жасырын қоспалар дегеніміз не
6.Сапалы және жоғары сапалы легирленген болаттар.
7.Сапалы көмірсутекті болаттар туралы не айта аласың
8.Легирленген инструментальды болаттар.
9.Көміртегі мен қоспалардың болат құрамына әсер етуі.
11 Дәріс
Шойындар. Темір-графит күй диаграммасы. Сұр шойынның құрылымы,
қасиеті, жіктелуі және маркалануы.
1. Шойындардың жіктелуі.
2.Темір-графит күй диаграммасы.
3.Графиттелу процесі.
4.Сұр шойынның құрылымы, қасиеті, жіктелуі және маркалануы.
5.Шойын құрамының графит процесіне әсері.
6.Құймалардың механикалық қасиетіне графиттің әсері.
7.Графиттің пайдалы әсерлері
8.Сұр шойын
9.Шарлы графитті аса берік шойын.
10.Соғылымды шойын
11.Ағартылған және басқа да шойындар.
Шойындардың жіктелуі
Шойындардың болаттан айырмашылығы: құрамында жоғары көміртегінің және
қоспалардың
болуы: технологиялық көрсеткіштері бойынша құю қасиеті жоғары пластикалық
деформацияға аз икемді болуы, пісіру конструкциясында қолданылмайды.
Шойындарды көміртегінің күйіне байланысты келесідей ажыратады:
●Ақ шойын – көміртегі байланысқан түрінде болады, бұзғанда ақ түсті және
металдық
жылтыр болып келеді.
●Сұр шойын – барлық көміртегі және оның көп бөлігі бос күйінде, графит
түрінде болады,
ал 0,8 % көміртегі байланысқан түрінде болады. Графиттің көп мөлшеріне
байланысты оның
сынығы сұр түс береді.
●Жарым – жартысы – көміртегінің жартысы бос күйінде, графит түрінде болады,
2 %-н
астам көміртегі цементит түрінде болады. Техникада аз қолданылады.
Темір-графит күй диаграммасы.
Өзгеру нәтижесінде көміртегі темірмен химиялық байланысқа қана түсіп
қоймай, жай
күйде графит түрінде болініп шығады. Сұйық фаза, аустенит және феррит
графитпен тепе –
тең күйде болуы мүмкін. Темір-графит күй диаграммасы 11.1 суретте штрихты
сызықтармен
көрсетілген.Диаграмма сызықтары темір-цементит диаграмма сызықтарынан
жоғары
орналасқан. Эвтектикалық және эвтектоидттық айналу температурасы 1153˚С
және 738˚С. С,
Е, S нүктелері – солға жылжытылған және сәйкесінше С-ң 4,24; 2,11 және 0,7
%
концентрацияда болады.
61
Сур.11.1.Темир-комиртекті жүйелі диаграмма:түтас сызықтар- цементтитті
xЯ_ ;=шҫсистемасы;пунктир -графитті
Жоғары температурада цементит графит бөлу арқыры бөлінеді, сондықтан темір
–
цементит күй – жағдай диаграммасы метастабильді, ал темір – графит
диаграммасы –
стабильді. Темір және көміртек қорытпаларында графиттің түзілу процесі –
графитизация
деп аталады.
Графитизация процесі
Графит – бұл көміртектің полиморфты модификациясы. Графит құрамында 100%
көміртегі болуына байланысты, сұйық фаза және аустенит құрамы бойынша
графиттен гөрі
цементитке жақын. Сәйкесінше, цементиттің сұйық фазасының және аустениттің
түзілуі
графитке қарағанда жеңіл жүруі керек.
Басқа жағынан, қыздыру кезінде цементит темірмен көміртегіге ыдырайды.
Сәйкесінше,
графит цементитке қарағанда аса стабильді фаза болып келеді.
Графиттің шойынан түзілуінің екі жолы бар:
1.Қолайлы графиттің сұйық фазасынан түзілуі қолайлы жағдайда тікелей болады
(сұйық фаза
графит кристализациясының дайын ортасының болуы және өте жай суыту).
2.Бұрын түзілген цементиттің ыдырауында. 738˚С-н жоғары температурада
цементит схема
бойынша аустенит пен графит қоспасына ыдырайды.
Fe3C → 3Fey(C) + C (графит)
738˚С төмен температурада цементиттің ыдырауы схема бойынша іске асады.
Fe3C → 3Fea(C) + C (графит)
Цементиттің ыдырау сатысы суытудың аз жылдамдығында көбірек болады.
Эвтектика құрамына кіретін сұйық фазадағы, сонымен қатар цементиттің және
бірінші ретті
цементиттің ыдырауындағы графитизацияны, графитизацияның бірінші сатысы деп
атайды.
Екінші ретті графитизацияның аустениттен бөлінуін – графитизацияның өткінші
сатысы
деп атайды.
Перлит құрамына кіретін цементиттің нәтижесінде түзілген графитизацияның,
сонымен
қатар эвтектоидттық түзілуі – графитизацияның екінші сатысы деп атайды.
Шойын құрылымы графитизация сатысына байланысты, яғни ондағы көміртегінің
белгілі-бір
мөлшерінің байланысқан түрде болуына
62
Сур.11.2.Графиттау кезіндегі құрулған құрылым схемасы
738˚С-н жоғары температурада ұстау цементиттің графитизацисына әкеліп
соғады .
Егер процесті толық аяқтаса, онда жоғары температурада құрылым аустениттен
және
графиттен құралатын болады, ал суытқаннан кейін перлит пен графиттен
тұрады.
1-ші ретті графитизация процесі аяқталмаған болса, онда 738˚ С-н жоғары
температурада
құрылым аустенит, графит және цементиттен тұрады, ал одан төмен
температурада перлит,
графит және цементиттен тұрады.
Критикалық нүкте арқылы өтуінде аустениттің перлитке ауысуын және
критикалық
төмен температурада ұстау перлит құрамындағы цементиттің ыдырауына әкеп
соғады. Егер
процесс толығымен аяқталса құрам ферриттен және графиттен, ал процесс
аяқталмаған
жағдайда перлит, графиттен және ферриттен тұрады.
Сұр шойынның құрамы, қасиеті, жіктелуі және маркалануы.
Сур.11.3.Графиттың қоспасының формасына және металдық негізіне
байланысты шойынның микроқұрылым схемасы
63
Ең көп таралған шойындар құрамы 2,4...3,8% көміртегі бар. Көміртек мөлшері
көп болған
сайын, графит көбірек түзіледі және оның механикалық қасиеті төменірек
болады,
сондықтан, көміртек мөлшері 3,8% -ден аспауы қажет. Сонымен қатар, жоғары
құйылу
қасиеттерін алу үшін көміртек мөлшері 2,4%-тен кем болмауы қажет.
Шойын құрамының графитизация процесіне әсері.
Көміртек пен кремний графитизацияның жүруіне жағдай жасайды, марганец
процесті
қиындатады және шойынның ағартылуына жағдай жасайды. Күкірт шойынның
ағартылуына
жағдай жасайды және құйылу қасиеттерін нашарлатады, оның мөлшері –
0,08...0,12%.
Фосфор графитизация процесіне әсер етпейді, бірақ сұйық аққыштығын
жақсартады. Фосфор
шойындарда пайдалы қоспа болып саналады, оның мөлшері – 0,3...0,8%.
Құйманың механикалық қасиеттеріне графиттің әсері.
Графиттік қоспаны шойын құрамындағы бос форма ретінде қарастыруға болады.
Осындай
ақаулардың қасында күш түсірілген кезде күштену(напряжения) жиналады,
олардың шамасы
жоғары болған сайын ақаудың u1257 .ткірлігі де жоғарылайды. Сондықтан,
пластинкалы формалы
графиттік қоспалар максималды мөлшерде металл беріктігін төмендетеді. Одан
жақсырағы
жапалақ формалы, ал үйлесімдісі шарлы формалы графит. Сұр шойын үшін
салыстырмалы
ұзару (δ) 0,5%, соғылымды шойын үшін 10%-ке дейін, жоғары төзімді шойын
үшін 15%
дейін болады. Графиттің бар болуы шойынның қатты күштенуге қарсы әсерін
төмендетеді,
әсіресе: ұру және айыру. Қысуға қарсы әсері аз төмендейді.
Графиттің пайдалы әсерлері
●Сынғыш жоңқа түзілгендіктен, графит кесумен өңдеуді жақсартады.
●Болатпен салыстырғанда шойын жақсы антифрикциялық қасиеттерге ие, өйткені
графиттің
бар болуы қосымша үйкелу бетінің майлануын қамтамасыз етеді.
●Микро бос орындарда графит орналасқандықтан, шойын вибрацияны бәсендетеді
және
жоғары циклдық жабысқақтыққа ие болады.
●Шойыннан жасалған детальдар сыртқы концентратты күштенуге сезімталдығы аз
болады.
●Шойын болаттан әлдеқайда арзандау.
●Шойыннан құю арқылы жасалалған бұйымдар болат дайындамаларынан кесу , құю
және
соңынан механикалық өңделетін қысыммен өңдеу арқылы жасалған бұйымдарға
қарағанда
арзан болып келеді.
Сұр шойын
Құрылымы пластикалығына әсер етпейді, ол өте төмен қала береді. Механикалық
беріктігі көбінесе мөлшерімен, формасымен және графит қосуларының
мөлшерімен
анықталады. Ұсақ графит қабыршағының формасы беріктігін аз төмендетеді.
Мұндай форма
модификация арқылы алынады. Модификатор есебінде алюминий, силикокальций,
ферросилиций қолданады. Сұр шойын жеңіл өңделіп, жақсы қасиеттерге ие
болғандықтан
машина өндірісінде кеңінен қолданылады. Беріктілігіне байланысты сұр шойын
10 маркалы
болады(ГОСТ 1412).
Сұр шойындар созылуға қарсы төзімділігі аз болса да, қысылуға төзімділігі
жоғары. Сұр
шойындардың құрамында көміртек мөлшері – 3,2...3,5% ; кремний – 1,9...2,5%
, марганец –
0,5...0,8%, фосфор – 0,1...0,3%, күкірт – 0,12%. Металл негіздік құрылымы
көміртегі мен
кремний мөлшеріне байланысты.Көміртегі мен кремний жоғарлаған сайын,
графитизация
дәрежесі мен ферритті құрылымды металл негізінің пайда болу бейімділігі
жоғарылайды.
Бұл пластикалылығының жоғарылауысыз шойын беріктігінің төмендеуіне әкеліп
соқтырады.
Жақсы беріктік қасиеттерімен және тозуға төзімділігімен ерекшеленетіні
перлитті сұр
шойындар.Сұр шойын құймаларының созылуға және ұру күштеуіне қарсылығы аз
болатынын ескеретіндіктен, оны қысылатын және иілетін бұйымдар жасау үшін
қолданады.
Станок өндірісінде базалық, корпустық детальдар, кронштейндер,тісті
доңғалақтар;
автоөндірісінде – цилиндр блоктары, поршеньді сақиналар, бөліп тұратын
біліктер, ұстасу
дисктерін жасау үшін қолданылады.Сонымен қатар сұр шойын құймалары
электромашина
64
өндірісінде халық пайдаланатын тауарлар жасауға қолданады. Белгіленуі:
индекс СЧ (сұр
шойын) және 10-1 СЧ көбейтілген беріктік шегін көрсететін сан.
Шарлы графитті жоғары берікті шойын
Беріктігі жоғары шойындар ферритті (ВЧ 35), феррит – перлитті (ВЧ 45) және
перлитті
(ВЧ 80) металдық негізге ие бола алады. Бұл шойындарды сұр шойындардан,
яғни оны
магний және цериймен модифирлеу арқылы алады(құю массасынан 0,03-0,07%
қосылады).
Сұр шойындарға қарағанда оның механикалық қасиеті жоғарырақ болады, бұл
графиттің
шарлы формасынан күштеудің тарауы біртекті болуымен түсіндіріледі. Перлитті
металдық
негізді шойындардың пластикалығы аз болғанмен, төзімділігі жоғары. Ферритті
шойындардың пластикалылық пен төзімділік арақатынасы-керісінше. Жоғары
төзімді
шойындар жоғары аққыштыққа ие болады,σт = 300...420МПа, яғни болат
құймаларының
аққыштығынан жоғары. Сонымен қатар жоғары екпінді жабысқақтық пен беріктік
тән. σ-1
=230...250МПа, перлитті негіз кезінде.
Жоғары төзімді шойындардың құрамында: 3,2...3,8% көміртегі, 1,9...2,6%
кремний,
0,6...0,8% марганец, 0,12% дейін фосфор , 0,3% дейін күкірт болады. Бұл
шойындар жоғары
сұйық аққыштыққа ие, ұзындық отырғызуы(усадка) 1% шамасында. Құймадағы
сызықтық
күштеуі сұр шойындігіне қарағанда көбірек. Серпімділік модулі жоғары
болғандықтан,
өңдеп кесуі де қиынырақ. Жақсы пісірілуге ие. Жоғары төзімді шойындардан
жұқа қабатты
құймалар (поршеньді сақиналар), станиналар, пресс және прокатты стандардың
рамаларын,
изложницалар,кескіш ұстағыштар жасайды. Массасы 2,3т дейін жететін буынды
білік
құймалары жоғары циклды жабысқақтыққа ие, сыртқы күштеу концентраттарына
төмен
сезімтал, ең жақсы антифрикциялық қасиеттерге ие және әлдеқайда арзан
болады.
Белгіленуі: индекс ВЧ (высокопрочный чугун) және 10-1 ВЧ 100 көбейтілген
беріктік шегін
көрсететін сан.
Соғылымды шойын
Эвтектикаға дейінгі ақ шойынды жасыту арқылы алады. Құймалардың кристалдану
және
салқындау процестері кезінде графитизация процесі жүрмесе жақсы қасиеттерге
ие
болады.Графитизацияның алдын алу үшін шойынның құрамындағы көміртек пен
кремнийдің мөлшерін азайту қажет.
Соғылымды шойын құрамы: 2,4...3,0% көміртек, 0,8...1,4% кремний, 0,3...1,0%
марганец,
0,2% дейін фосфор, 0,1% дейін күкірт. Құйманың негізгі құрылымы мен
қасиеттері жасыту
процесі кезінде алынады(11.4 сурет)
Сур.11.4. Соғылымды шойынның жасытуы
Құймалар 950...10000 С температурада 15...20 сағатта шымдалады. Цементиттің
ыдырауы
байқалады: Fe3C→Fey(C) +С
Шымдалудан кейінгі құрамы аустенит пен графиттен тұрады. 760...7200С
температурасында
жай салқындау кезінде перлит құрамында болатын цементит шымдалады және
жасытудан
кейін құрылымы феррит пен жасыту көміртегінен тұрады (ферритті соғылымды
шойын
алынады).
Салыстырмалы жылдам салқындағанда екінші саты толығымен жойылады да,
перлитті
соғылымды шойын түзіледі (11.3 сурет (б) тәртібі).
65
(в) тәртібі бойынша жасытылған шойын құрылымы перлит, феррит және графитті
жасытудан
тұрады (феррито-перлитті соғылымды шойын түзіледі). Жасыту ұзақ 70...80
сағат және
қымбат операция болып саналады. Соңғы уақытта технологияны жетілдіру
барысында
ұзақтығы 40 сағатқа дейін қысқартылды.
Соғылымды шойынның 7 маркасы бар: үшеуі ферритті (КЧ 30-6) және төртеуі
перлитті (КЧ
65-3) негізінен (ГОСТ 1215).
Механикалық және технологиялық қасиеттері бойынша соғылымды шойындар сұр
шойын
мен болат арасындағы аралық орынды алады. Жоғары төзімдіге қарағанда
соғылымды
шойынның кемшілігі: құйма қабырғалары қалыңдығының шектелуі және жасытудың
қажеттігі.Соғылымды шойын құймаларын екпінді және тербелмелі күштеу арқылы
жұмыс
істеітін детальдарға қолданады.
Ферритті шойыннан редуктор картерлерін, ступицалар,хомут, муфта, фланц
жасау үшін
қолданады. Жоғары төзімділігімен, қажетті мөлшердегі пластикалығымен
мінезделетін
перлитті шойын карданды біліктер вилкаларын, тормоз колодкаларын жасауға
қолданады.
Белгіленуі: индекс КЧ (высокопрочный чугун) және екі сан – біріншісі,10-1
көбейтілген
беріктік шегін,екіншісі – салыстырмалы ұзару – КЧ30-6.
Ағартылған және басқа да шойындар
Ағартылған құймалар – беткі қабаты ақ шойыннан, ал іші сұр немесе жоғары
төзімді
шойыннан құралған шойын.
Шойын құрамына 2,8...3,6% көміртек және аздаған мөлшерде 0,5...0,8% кремний
болуы
қажет. Беттік қаттылығы жоғары (950...1000 НВ) және тозуға төзімділігі
жоғары болады.
Прокатты валдар, вагон дөңгелектерін, шарлы диірмендерге шарлар жасау үшін
қолданылады. Қайрақты тозу жағдайларында жұмыс істейтін детальдар жасау
үшін хроммен,
хром және марганецпен, хром және никельмен легирленген ақ шойын
қолданылады. Бұндай
шойын құймалары жоғары төзімділігімен және беріктігімен ерекшеленеді.Жоғары
температурада тозу жағдайында жұмыс істейтін детальдар жасау үшін жоғары
хромды және
хром-никельді шойын қолданылады. Ыстыққа төзімділігін жоғарылату үшін бұл
шойынды
кремниймен (5...6%), алюминиймен (1...2%) легирлейді. Коррозияға
төзімділігі хроммен,
никельмен, кремниймен легирлеу арқылы жоғарлайды. Шойындарға термиялық
өңдеуді
қолдануға болады.
Бақылау сұрақтары
1. Шойындардын болаттардан u1072 айырмашылығы неде?
2. Графитизация дегеніміз не?
3. Графиттің пайдалы әсерлері?
4. Беріктігі жоғары шойындардың құрамы?
5. Ағартылған шойындардан қандай детальдар жасалады?
6. Шойындардың жіктелуі
7. Сұр шойын қандай өндірісте кеңінен қолданылады?
8. Соғылымды шойын қалай алынады?
9. Ағартылған құймалар құрамы
10. Соғылымды шойынның неше маркалары бар?
Глоссарий
1. Ақ шойын – көміртегі байланысқан түрінде болады, бұзғанда ақ түсті және
металдық
жылтыр болып келеді.
2. Сұр шойын – барлық көміртегі және оның көп бөлігі бос күйінде графит
түрінде болады,
ал 0,8 % көміртегі байланысқан түрінде болады. Графиттің көп мөлшеріне
байланысты оның
сынығы сұр түс береді.
3. Графит – бұл көміртектің полиморфты модификациясы. Графит құрамында 100%
көміртегі болуына байланысты, сұйық фаза және аустенит құрамы бойынша
графиттен гөрі
цементитке жақын. Сәйкесінше, цементиттің сұйық фазасының және аустениттің
түзілуі
графитке қарағанда жеңіл жүруі керек.
66
4. Ағартылған құймалар – беткі қабаты ақ шойыннан, ал іші сұр немесе жоғары
төзімді
шойыннан құралған шойын.
12 Дәріс
Металды термиялық өндеу түрлері. Болатты термиялық өндеудің негізгі
теориялары.
1. Металды термиялық өндеудің түрлері
2. Болатты қыздыру және салқындату кезіндегі құрлымы
3. Негізгі өзгеру механизмдері
4. Перлиттің аустенитке өзгеруы
5. Жай суыту кезіндегі аустениттің перлитке өзгеруы
6. Өзгеру заңдылықтары
7. Арлық өзгеруы
Металды термиялық өндеу түрлері
Қорытпаның құрамы оның құрылымына байланысты. Құрамын өзгерту, сонымен
қатар қасиетін өзгертудің негізгі түрі термиялық өндеу болып табылады.
Негізгі термиялық
өндеуді Чернов Д.К. шығарған, әрі қарай Бочвар А.А., Курдюмов Г.В.,
Гуляевтің
еңбектерінде жетілдірілді.
Қорытпаның ішкі құрылымымен керек қасиетін алу үшін термиялық өндеу сатылап
орындалатын қыздыру және салқындату процестерінің негізі болып
табылады(осьте
көрсетілген u1090 температура мен уақыт график түрінде көрсетілген, сур.
12,1 )
Сур.12.1.Термиялық өндеудің түрлерінің графигі: жасытудың (1,1а),
шынықтыру(2,2а),
жиберу(3),нормальдану(4)
Термиялық өндеу келесі түрге бөлінеді:
1.Жасытудың I -ші типі– барлық металмен қорытпа үшін мүмкін.
Оның өтуі қатты күйдегі фазалық өзгеріске сәйкестірілмеген.
Атомдардың қозғалысын жылдамдатып, бірінші типті. жасытудың қыздыру
кезінде,
химиялық біртекті еместілікті толық жояды, ішкі қуатты азайтады.
Негізгі мағынаны қыздыру температурасымен уақыт ұстамдылығы. Мінездемесі
болып
жай салқындату табылады.
Бірінші типті жасытудың әртүрлігі бола алалы :
●Дифффузиялық
●Қайыра кристалдану (рекристаллизация)
●Соғылым, пісіру, құюдан кейін күштенуді жою үшін жасытуды қолдану.
67
2.Жасытудың II -ші типі – жасытуда металл және қорытпа қыздыру және
салқындату
кезінде қатты фазалық өзгеріске ұшырайды.
Құрамында полиморфты және эвтектоидты өзгеріс және де аралық қатты
компоненттердің
араласуы қорытпасы үшін өтеді.
Екінші типті жасытудың құрамын тепе-тендікте және әрі қарай өндеу
мақсатында
жүргізіледі.
Жасытудың нәтижесінде дән ұсақталады, пластикалық қасиеті артады,
төзімділігімен,
қаттылығы төмендейді.
Температурамен қоса алғанда, критикалық нүктеден жоғарылығы және жай
салқындауымен сипатталады(сур.12.1-1,1а).
3.Қорытпаларға, қатты күйде қыздырғанда және салқындатқанда фазалық
өзгеристерге
ұшырайтын, шынықтыру жүргізіледі. Мақсаты- тепе–тендікте емес пайда болған
құрылымдардың (сорбит, троостит мартенсит) қаттылығын және беріктігін
арттыру үшін.
Жоғары критикалық нүкте және жоғары жылдамдықпен сипатталады.
4.Жұмсарту – ішкі кернеуді жойып және қаттылығын төмендетіп, шыныққан
болаттың
пластикалығын арттыру үшін жүргізіледі.
Төменгі критикалық Ас1 нүктесіне дейін қыздырумен сипатталады(12,1).
Салқындату
жылдамдығы маңызды емес. Шыныққан болаттың құрылымындағы u1090 теңсіздік
дәрежесін
азайту үшін өзгеріс жасалады.
Термиялық өңдеуді алдын ала және соңғыға бөледі.
Алдын ала – металдың құрылымы мен қасиетін дайындау техналогиялық
операцияны
қажет етеді.
Соңғы – дайын өнім қасиетін қалыптастырады.
Қыздыру және салқындату кезіндегі болат құрылымының
аққыштығының өзгерісі.
Әрбір термиялық өндеу төрт негізгі комбинациялық өзгеристерден тұрады,
осының негізінде
жүйенің минималды бос энергияға ұмтылысы жатыр(сур.12,2)
Сур.12.2.Болаттың құрылымының құрастырушы бос энергияның температурадан
байланысы:аустениттің(FA),мартенситтің(Fм), перлиттің(Fп)
1.Перлиттің аустенитке айналуы (П→А), А1 критикалық нүктесінен жоғары
қыздырғанда
болады,аустенит минимальды бос энергиядан тұрады.
Feα(C)+Fe3C→Feγ(C)
2.Аустениттің перлитке айналуы (А→П), А1 нүктесін төмен температурада
салқындату
жүргізіледі,минималды бос энергия перлитте болады.
Feγ(C)→FeαC+Fe3(C)
3.Аустениттің мартенситке айналуы жүреді (А→М), тұрақсыз тепе-тендік
температурадан
төмен тез салқындату кезінде жүреді.
68
Feγ(C)→Feα(C)
4.Мартенситтің перлитке айналуы (М→П), әр бір температурада жүре береді,
себебі
мартенситтің бос энергиясы, перлиттің бос энергиясына қарағанда көп болады.
Feα(C) → Feα(C) + Fe3C
Негізгі өзгеру механизмі
1.Перлиттің аустенитке өзгеруі .
Өзгеруі көміртегінің диффузиясына негізделген, полиморфты өзгеруімен
жүргізіледі -Feα
Feγ, сонымен қатар цементиттің аустенитке өтуі.
Процесті зерттеу үшін аустениттің изотермиялық құрылуы мен диаграмма
құрылады
(12.3).
Ол үшін дайындамаларды А1 нүктесінен жоғары температураға дейін қыздырады,
басталуы мен аяқталу уақытын қадағалайды.
Сур.12.3.Аустениттің изотермиялық түзілу диаграммасы:1-аустениттің
түзілуінің
басталуы;2-перлиттің аустенитке ауысуының аяқталуы; 3-цементиттің толық
еруі
Қайта қыздыру мен қыздыру жылдамдығына байланысты ұзақтылығы азаяды.Өзгеру
механизмі 12.4 сур. көрсетілген.
Сур.12.4.Перлиттің аустенитке ауысу u1084 механизмі
Аустенит дәнінің ортасында, феррит цементит бетінде түзілуі басталады, Feα
кристалдық
торы Feγ кристалл торына өзгереді.
Өзгеру уақыты температураға байланысты,себебі қыздыру дәрежесінің өсуімен
аустениттің дәніңің критикалық өлшемі кішірейеді, дәндердің түзілу
жылдамдығы және өсу
жылдамдығы арттады .
Пайда болған аустенит дәні бастапқыда дәл ферриттікіндей көміртегі
концентрациясына
ие болады. Содан соң перлиттің екінші фазасы – цементит аустенитте ери
бастайды, соған
байланысты көміртегі концентрациясы жоғарылай бастайды, Feα- ның Feγ- ке
өзгеруы
69
жылдам түрде өте бастайды. Барлық цементит еріген соң, химиялық құрам
бойынша біртекті
емес, сонымен қатар цементит пластинкасы орналасқан жерде көміртек
концентрациясы
жоғары болады. Көміртегінің аустенитке орналасуы аяқталу үшін қосымша
қыздыру керек.
Пайда болған аустенит дәнінің көлемі болат қасиетіне әсер етеді.
Аустенит дәнінің өсуі. Пайда болған аустенит дәні ұсақ болады.
Температураның өсуі және
ұстамдылығы аустенит дәнінің өсуіне байланысты. Егер аустенит дәні
температураны
шамалы көтергеннің өзінде өсе беретін болса, онда болат дәні ауқымдылығын
көрсетеді.
Егер дән қатты қыздыру кезінде ғана өсетін болса, онда болат ауқымдылығына
кіші
болады.Аустенит дәнінің өсуі біркелкілігімен сипатталады.
Металдық қосымшалардың мөлшеріне байланысты бірдей маркалы болаттардың
балқымасы әр түрлі болады.
Ванадий, титан, молибден, вольфрам, алюминий – аустенит дәнінің өсуіне
кедергі
жасайды, ал марганец пен фосфор оның ауқымын жоғарылатады.
Эвтектойдтан кейінгі болаттар дәннің осуіне әсері аз.
Келесі салқындату кезінде аустенит дәні ұсақталмайды. Мұнда дән көлемі
химиялық
қасиетіне байланысты. Үлкен дән соққы тұтқырлығын төмендетеді.Дән көлеміне
байланысты
мұралық және дәлдік болып бөлінеді. Дән көлемін анықтау үшін, дайындаманы
9300С дейін
қыздырады. Сонан соң дән көлемі анықталады.
Дұрыс емес қыздыру режимі қызып кету немесе күйюге болаттың ұшырауы мүмкін.
Қызып кету. Эвтектойдқа дейін болат А3 нүктесінен жоғары температураға
дейін
қыздыру аустенит дәнінің өсуіне әкеледі. Салқындату кезінде пластикалық
және үнемі түрде
феррит бөлініп шығады.
Күйіктенудің өз орны болады, қыздыру температурасы балқыту температурасына
жақындаған кезде. Дәннің шекарасының қышқылдануы байқалады, осының
негізінде
болаттың төзімділігін төмендетеді. Күйіктендіру – қайтарымсыз.
Жайлап салқындату кезіндегі аустениттің перлитке айналуы.
Feγ (C) → Feα(C) + Fe3C
Өзгеруі көміртегінің диффузиясына байланысты,Feγ→Feα полиморфты өзгеруімен
байланысты, аустениттен көміртегінің бөлінуімен сипатталады.
Салқындату дәрежесінен бөлек үш өзгеру облысына бөлінеді. Бастапқыда
салқындату
әсерінің жоғарылауына байланысты өзгеру жылдамдығы жоғарылайды, содан кейін
азаяды.
7270С және 2000С – тан төмен кезінде жылдамдығы нольге тең. 2000С
температурасында
көміртегі диффузиясының жылдамдығы нольге тең.
Өзгеру заңдылықтары
Дайындама құрылымды біртекті аустенитке өткенше қыздырады. Содан кейін
термостатқа
орналастырады. Аустениттің өзгеруын магниттік мазмұнын бақылау арқылы жеңіл
тауып
алуға болады. Сонымен қатар аустенит магнитті, ал феррит және цементит
магниттілік
қасиетіне ие.
Перлиттің мөлшерін көрсететін кинетикалық серия қисықтары пайда
болады(сур.12.5 а).
70
Сур.12.5.а) Салқындатқанда аустениттің өзгеруіңің кинетиқалық кисықтары;б)
аустениттің
өзгеруіңің изотермиялық диаграммасы
Бастапқыда инкубациялық дайындық кезеңі жүреді, осы уақытта аустениттің
салқындылығы
сақталады. Өзгеру процесі әртүрлі жылдамдық әсерінен максималды 50%
таратылатын өнім
пайда болады. Содан кейін жылдамдық азайып, бірте – бірте сөнеді.
Салқындау дәрежесінің өсуімен аустениттің тұрақтылығы кемиді, содан соң
қайта
артады. Көлденең сызық Mн диффузионсыз мартенситтік өзгеру температурасының
басталуын көрсетеді. Мұндай диаграммалар изотермиялық аустениттік айналу
диаграммасы
деп атайды.
Төменгі салқындату дәрежесі 727...5500С температура облысы кезінде өзгеру
мақсаты
құрамына айырмашылығы бар аустенит кіретін ферритпен цементиттің
механикалық
қоспасы пайда болуында.
Аустенит құрамында 0,8% көміртегі, ал құрылған фаза: феррит-0,02%, цементит
– 6,67%
көміртегі.
Аустениттің ұстамдылық уақыты және өзгеру жылдамдығы салқындату дәрежесіне
байланысты. Өзгеру жылдамдығы А1 нүктесіндегі 150...2000С салқындату
температурасына
сәйкес келеді, ол дегеніміз аустениттің минималды тұрақтылығын көрсетеді.
Айналу
механизмі 12,6-суретте көрсетілген.
Сур.12.6.Аустенит перлитке өзгеру механизмы
71
Перлиттің аустениттен өзгеруы кезінде негізгі фаза цементит болып табылады.
Цементиттің
кристалдық орталығының пайда болуы аустенит дәнінің шекарасына байланысты.
Пайда
болған цементит пластинкасы өсе бастайды, созылып және бірігіп көрші
облыстарды қоса
бастайды. Оның қасында феррит пластинкасы түзіледі. Бұл пластинкалар
қалындығы
бойынша және ұзындығы бойынша өседі. Түзілген перлит колонияларының өсуі
перлит
кристалдарымен түйіскенінше жалғасады, басқа ортада өсетін.
Аустениттік өнімінің қасиеті мен түзілуінің айналуы температуға байланысты,
үрдіс
есебінен айырылуы пайда болады. Көрші феррит және цементит пластинкаларының
қалындығы дисперсия құрылымын анықтайды және Δ0 белгіленеді. Ол
температураның
айналуына байланысты.
Дисперстікке қатысты айырылу өнімі әртүрлі атқа ие.
Δ0≈(0,5…0,7)0,001мм - перлит.
Қайта салқындау 650... 700 ˚С температурасында түзіледі, немесе V = 30...60
°С/сағ.
салқындату жылдамдығы. Қаттылығы 180...250 HВ құрайды.
Δ0=0,25*0,001мм--сорбит
Қайта салқындау 600...650 °С температурасында түзіледі, немесе V = 60
°С/сағ. салқындату
жылдамдығы. Қаттылығы 250...350 НВ құрайды. Құрылымы жоғары
серпімділігімен,
аққыштығымен және төзімділігімен сипатталады.
Δ0=0,1*0,001мм--троостит
Қайта салқындау 550...600 °С температурасында түзіледі, немесе V =
150°С/сағ. Қаттылығы
350...450 НВ құрайды. Құрлымы өте жоғары серпіммен, төмен аққыштығымен және
пластикалығымен сипатталады. Феррит – цементиттік қоспасының қаттылығы
феррит және
цементиттің арасындағы бөлім бетінің ауданына тура пропорционал. Егер
қыздыру
температурасы А1 температурасынан аздап асып кетсе және пайда болған
аустенит құрамы
бойынша әртекті болса, онда аздап салқындау дәрежесі кезінде дәнді леплит
пайда болды.
Өтпелі өзгерім
5500С төменгі температурада өздік диффузия атомдары темірді практикалық
түрде
дамымайды, ал көміртегі атомдары жеткілікті қозғалысқа ие болады.
Механикалық
өзгерудың себебі, аустениттің ішінде өздігінен көміртегі атомдары пайда
болады.Көміртегімен байытылғандары цементиттке айналады. Механикалық
қозғалыс
есебінен қосылған аустенит ферритке айналады, негізгі жолы ферриттің өсу
тәртібінде.
Бұған қоса ине тәріздес кристалдар пайда болады. Мұндай құрылым цементит
пен ферриттен
тұратын бейнит деп аталалы. Ферриттегі негізгі ерекшелік -ондағы көміртегі
мөлшерінің көп
болуында(0,1...0,2%). Феррит пен цементиттегі кристалдардың дамуы-
температурадағы
айналымға тәуелді. 5500С-0,12*103-жоғарғы бейнит. Құрылымы -қаттылығының
төмендігін
мінездейді, төменгі ұзаруы мен соққыға әлсіз екенін көрсетеді.
3000С-3300С-0,08*10-3 –төменгі бейнит. Құрылымы- қаттылығының жоғарылығын
мінездейді, созылмалы әрі ұзармалы болып келеді.
Бақылау сұрақтары:
1.Термиялық өңдеу түрлері
2.Термиялық өңдеудегі өзгерістер
3.Перлитке аустенитке айналу механизмі
4.Аустенит құрамында қанша көміртегі
5. Аустениттің ұстамдылық уақыты және өзгеру жылдамдығы неге байланысты.
__13 Дәріс
Болаттың термиялық өңдеудің негізгі теориясы. Нормальданудың және
жасытудың технологиялық ерекшеліктері мен мүмкіндігі.
1.Жоғарғы жылдамдықта суутуда аустениттің мартенситке өзгеруі.
2.Мартенситтің перлитке өзгеруі.
3.Нормальданудың, жасытудың, шынықтырудың технологиялық ерекшеліктері мен
мүмкіндігі
4. Нормальдану және жасыту. Белгіленуі мен режимі.
5. Жасытудің 1-ші типі.
Жоғарғы жылдамдықта суутуда аустениттің мартенситке өзгеруі.
Берілген өзгеруде жоғарғы жылдамдықты суу орын алады, диффузиондық процеcc
Fe γ
→ Feα –ға полиморфты өзгеруімен сипатталады.
Болаттың жылдамдықпен сууы кезінде, жоғары критикалық (V>Vк), өзгеруі
басталады.
Мн мартенситтің өзгеру температураның басталуы және Мк мартенситтің өзгеру
температураның аяқталуы, осындай өзгеруден кейін аустениттің шыңдалған
өнімі
мартенсит пайда болады. Сууыдың минимальды жылдамдығы Vк, бүкіл аустенит
аса
суытлып Мн нуктенің температурасына дейін және өзгеруі, шыңдалудың
критикалық
жылдамдығы деп аталады.
Диффузия процесі жүрмейді, бүкіл аустениттің көміртегі Feα торында қалады
және де
тетраэдр центрінде орналасады, немесе ұзын қабырғаларының ортасында.
Мартенсит- Feα енгізілген көміртектің қаныққан қатты ерітінді.
Мартенситтік кубтық тор құрғанда қатты сығылып тетрагональды торға
айналады(сур.
13.1а).Сығылған ұяшықтар сипатталады дәрежемен: с/а>1. Тетрагональдық
дәреже
болаттағы көміртегі құрамына тура пропорциональды. (сур. 13.1 б)
Сур.13.1.Мартенситтің кристалдық торы (а): мартенситтің тордың а,с
параметрлеріне
комиртектің мөлшерінің әсері
Мартенситтік механизмінің өзгеруінің көптеген ерекшеліктері:
1.Диффузионды емес процесс
Өзгеріс қозғалыс механизмімен орындалады. Бастапқы өзгеруде өту үздіксіз
аустенит
торынан мартенсит торына орындалады. Өзгергенде ҚЦК( ГЦК) торы КОК(ОЦК )
атомдары атом арасында арақашықтығынан аз орын ауыстырады, немесе темірдің
атомының u1076 диффузиясы қажет емес.
73
2.Мартенсит кристалының бейімділігі.
Кристалдар пластина тәрізді, микроскоппен бұл құрылым ине тәрізді көрінеді.
Құрылғаннан кейін пластина өседі аустенит шекарасына қарай, немесе ауытқуға
дейін.
Келесі пластина 60° және 120° бұрышпен орналасқан, олардың өлшемі 1-ші
пластина
арасындағы аумақпен шектелген ( сур.13.2).
Мартенситтің бейімделген кристалдық бастапқы минимальдық энергия тән.
Когерентті
өсуде, аустенитпен мартенсит көлемінің айырмашылығынан үлкен кернеу
туғызады.
Белгілі мартенситтің кристалына жеткен кезде, бұл кернеулер аустениттің
аққыштық
шегіне тең болады. Осыдан когеренттілік бұзылады және аустенит торынан
мартенсит
торы бөлінеді. Кристалдардың өсуі тоқталады.
3.Кристалдың өсуінің өте жоғары жылдамдыкта, 1000м/с.
4.Мартенситтік өзгеру үздікті салқындауда пайда болады.
Әрбір болатта белгілі температурада басталады және аяқталады, салқындаудың
жылдамдығына тәуелді болмайды. Бастапқы мартенситтік өзгеру температурасын
- Мн
мартенситтік нүкте, Мқ - мартенситтік өзгерудің аяқталу температурасы деп
атайды. Мн
және Мқ температурасы көміртегі құрамына тәуелді, сууыту жылдамдығына
тәуелсіз
болады. Болаттар құрамында 0,6% С жоғары болса , Мк температурасы теріс
саңға кетеді .
( сур13.3)
Сур.13.3.Мартенситтің өзгеруінің бастапқы Мн және аяқталуы Мк болаттың
комиртек
мөлшеріне таәлділігі
Мартенситтік өзгеруі кернеуге сезімтал және Мн температурасында аустениттің
деформацияға ұшырауы мүмкін.
Болатта Мқ нуктесінен төмен 20 °С аустенит қалдығы болады, ана ғұрлым саны
көп
болса, соғұрлым Мн және Мқ нуктесі төмен (0,6.....1,0% көміртегінде
аустениттің қалдық
саны 10% , 1,5%-50% көміртегі құрамында).
5.Өзгеруі қайтымсыз.
74
Мартенситтен аустенит алу мүмкін емес. Мартенситтің қасиеті, оның пайда
болуы
ерекшеліктеріне байланысты. Ол жоғарғы қаттылықпен және төменгі
беріктілігімен
сипатталады, осы қасиеттер сынғыштыққа u1089 себеп болады.
Қаттылық 65 HRC –ке дейін құрайды. Жоғарғы қаттылық көміртегі атомының α-
фазасы
ұяшығына енгізілуінен туындайды, оны осы кернеудің туындауына, бұрмалауына
әкеліп
соқтырады. Көміртегі құрамының жоғарылауынан болатта сынғыштық ықтималдығы
жоғарылайды.
Мартенситтің перлитке түрленуі
Қыздыруда шынықтырылған болат орын алады, өзгеріс диффузиядағы көміртегімен
байланысты.
Шынықтырылған мартенсит тегіс емес құрылым, төменгі температурада
сақталады.
Тепе-теңдік күйдегі құрылым алу үшін бұйымды жұмсарту (отпуск). Болатты
қыздырғанда келесі процестер пайда болады.
200°С температурадағы қыздыруда мартенситте көміртегі қайта болінеді, ε-
карбиді
қалыңдығы бірнеше атомды диаметрлі пластинка пайда болады.Карбидтің пайда
болуына тек мартенситтің аумағынан көміртегі жумсалады. Болатта карбид және
екі α–
қатты мартенситті ерітінді болады (жоғарғы және төменгі концентратты
көміртегімен).
Бұндай мартенситті ыдырау үздікті деп аталады. Диффузия жылдамдығы аз,
карбидтер
үлкеймейді, мартенсит ыдырауы жаңа карбид бөлшегінің туындысынан шығарып
салынады. Осыдан тетрагональдық тор төмендейді.
300°С қыздыруда пайда болған карбид өседі. Карбидтер мартенситтен бөлінеді
және
көміртегімен бірігеді. Карбидтер өседі және көміртегінің диффузиясы
жоғарылайды.
Карбидтің кристалдық торы когерентті мартенситті тормен байланысты.
Жоғары көміртекті болатта қалдықты аустенит мартенситті жасытуға түрленеді.
Тетрагональдық тордың төмендеуі байқалады және ішкі кернеудің төмендеуі
байқалады.
Құрылым –мартенситті жумсарту.
400°С қыздыруда бүкіл қажетсіз комиртек Feα-ғы бөлініп шығады. Карбидтік
бөлшектер түгел әлсізденеді, цементиттік құрылымға түрленеді және өсе
бастайды.
Карбидтін бөлшектік формасы сфераға жақындайды. Жоғары дисперсті қоспа -
феррит
пен цементиттін - трооститті жумсарту деп аталады.
400°С жоғарғы u1090 температура қыздыруда фазалық құрамның өзгерісі
болмайды, тек
микроқұрылым өзгереді. Цементиттің сфероидизациясы мен орынның өсуі болады.
Үлкен карбидтік бөлшектің өсуі мен ұсақ араласуы байқалады.
550.....600°С температурада сорбиттік жумсартуға ие. Болаттың құрамын
жақсартады.
650......700°С температурада өте өрескел ферриттік-цементитті қоспа алынады-
перлитті
жумсарту ( дәнді перлит)
Нормальданудың, жасытудың, шынықтырудың технологиялық
ерекшеліктері мен мүмкіндігі
Технология өндіргенде міндетті қондыру керек:
● детальды қыздыру режимі (температура және қыздыру уақыты)
●орта сипаттамасы, қыздыру өткізілетін және оның болат материалға әсер етуі
● салқындату шарты.
Термиялық өңдеудің режимін диаграмманың күйіне және диаграмманың
изотермиялық
ыдырауының сәйкестігіне белгілейді.
Қыздыру пешінде, отындық немесе электрлік, тұзды ваннада немесе балқыған
металы
бар ваннада және индукционды қыздыру нәтижесінде қыздыру жүзеге асырылады.
75
Сур.13.4.Темир-цементит жүйелі диаграмманың сол бұрышы және болаттардың
термиялық
өндеудегі қыздырудың температурлық облыстары
Қыздыру жылдамдығы жоғары болса, болаттын лигерленуіде төмен, құрылымы
біртекті
болса, конфигурациясыда қарапайым болады. Қыздыру жылдамдығы 0,8.....1 мин
аралығында 1мм қимаға қолданады. Қыздыру уақытын 20% ұстау уақыты болып
табылады.
Қыздыру ортасы қыздырғанда пештегі газды ортамен құрамдастар болатқа әр
түрлі
әсер тигізуі мүмкін:
● тотықтандырғыш ( О , СО , СH )
●тотықсыздандырғыш ( СО, CH )
●күкірттендіргіш ( СО, CH )
●күкіртсіздендіргіш ( О , H )
●нейтральды( N инертті газдар )
Нормальдану және жасыту. Белгіленуі мен режимі
Жасыту- қаттылықты төмендетіп және пластикалығын, тұтқырлығын жоғарлата
отырып
тепе-тең ұсақ дәнді құрылым алады, және мүмкіндік береді:
●дайындамалардын қысыммен және кесумен өнімділігін арттыру
●дәнекер тігіннің құрылымын түзейту, қысыммен өңдегенде және болатты
құйғанда
●құрылымды келесі термиялық өңдеуге дайындау

14 Дәріс
Шынықтыру мен жұмсартудың технологиялық ерекшеліктері мен
мүмкіндігі.
1.Шынықтыру
2.Шынықтыру әдістері
3.Жұмсарту
4.Жұмсартудың сынғыштығы
Шынықтыру
Конструкциялық болаттарды шынықтырумен жұмсартуды өткізеді, оның
нәтижесінде
қаттылығы мен төзімділігі артады, сонымен қатар жоғары пластикалығын алу
үшін.
Эвтектоидтан кейінгі болаттың жоғары қыздыру температурасы шектеулі, олай
болмаған
жағдайда дәннің өсуіне әкеп соқтырады, оның нәтижесінде төзімділігімен және
тез ыдырауға
қарсылығы төмендейді.
Негізгі параметрлері болып қыздыру температурасы және салқындау жылдамдығы
табылады. Қыздыру уақыты қыздыру құрамына байланысты болады, белгілі
мәліметтерге
сүйенсек ағыс мм-не электрлік пеште – 1,5...2 мин уақыт жұмсалады; жалынды
пеште – 1
мин; тұзды ваннада – 0,5 мин;
Қыздыру температурасына байланысты шынығу түрін анықталады:
● толық, А3 критикалық нүктесінен жоғары 30... 500 қыздыру температурасы.
Эвтектоидқа дейінгі болат үшін қолданылады. Қыздыру және салқындату кезінде
болаттың өзгерісін келесі схемада көрсетілген.
Толық емес шынықтыру эвтектоидқа дейінгі болат үшін қолданбайды,өйткені
құрылысында
жұмсақ феррит қалып қояды. Қыздыру және салқындату кезінде болат
құрылысының өзгеруі
схема бойынша жүреді:
●Толық емес , А1 критикалық нүктесінен жоғары 30... 500 қыздыру
температурасында.
Тн=А1 +(30…50)˚С
Эвтектоидтан кейінгі болаттар үшін қолданылады.Қыздыру және салқындату
кезінде болат
құрылысының өзгерісі келесі схемада көрсетілген:
Эвтектоидтан кейінгі болаттарды шынықтыру алдында міндетті түрде түрде
сфероидизациялық күйдіруді жүргізеді.
Керекті құрылысын алу үшін құралды әр түрлі жылдамдықпен салқындатады,
соның
нәтижесінде салқындату ортасы анықталады.
78
Салқындату режимі үлкен шынықтыру кернеуін төмендету үшін қажет. Жоғары
салқындату
жылдамдығымен шынықтыруда ішкі кернеу пайда болады, соның нәтижесінде сыну
пайда
болады.
Ішкі кернеу макроскопиялық дене бөлігін 1-ші типті кернеу деп атайды. Ол
форманың
өзгерісімен термоөндеу кезінде сызық түсуіне жауап береді. Кернеу пайда
болу себебі:
-Салқындату кезіндегі температураның айырмашылығы.
-Бұйымның бөліктерінде фазалық айналудың біркелкі жүруі.
Сызықтын пайда болуын алдын ала ескерту үшін жоғары кернеуді азайту қажет.
Шынықтыру кезінде кернеу қыздыру температурасына әсер етеді. Қызып кетуы
шынықтырудағы сызықтың пайда болуын қамтамасыз етеді, деформация
жоғарылайды.
Салқындату режимі керекті шыныққан қабатты алу үшін қажет.
Салқындату режимінің оптимальділігі: перлит облысындағы салқындаған
аустениттің
тарап кетпеуін қамтамасыз ету үшін А1-Mн интервалындағы температураның
максималды
салқындату жылдамдығы, және сызықтың пайда болуымен қалдық кернеуді
төмендету үшін
Мн-Мк температура интервалындағы мартенситтік айналудың минималды салқындау
жылдамдығы.Өте жай салқындату мартенситтің бөлшектеп жіберуіне соқтыруы
мүмкін және
қалдық аустениттің мөлшерінің көбеюіне, сонымен қатар қаттылығының
төмендеуіне
соқтыруы мүмкін.
Шынықтыру кезінде салқындату ортасы болып әртүрлі температурада суды,
техникалық
май, тұз қоспасы, балқыған металды қолданады.
Судың кемшілігі болып: мартенситтік айналу интервалындағы салқындаудың
жоғары
жылдамдығы шынықтыру дефектісіне әкеп соқтырады. Судың температурасының
жоғарлаған сайын шынығу мүмкіншілігі төмендейді.
NaCl және NaOH сулы ерітіндісі 8...12%-тік тепе-тең салқындау мүмкіндігімен
ерекшеленеді. Олар бір мезетте «булы көйлекті» бұзады, содан соң ғана
көпіршікті қайнау
тұрақты түрде салқындайды.
Ағынды салқындату кезінде ғана салқындау ерекшелігі жоғарылайды, мысалы
беткі
шынығы кезінде жоғары тұрақты аустенитті болатпен лигерлеу үшін минералды
май (мұнай)
қолданады.
Мартенситті температура интервалында орташа салқындату жылдамдығымен
қамтамасыз
етеді және u1096 шынықтыру мүмкіндігінің тұрақтылатады. Минерал майларының
кемшілігі
болып жанудың жоғарылауында, перлиттік айналу температура интервалындағы
салқындау
мүмкіндігінің төмен болуы, бағасының жоғары болуы. Салқындау ортасын таңдау
кезінде
болаттың шынықтыру мен өткізгіштігін ескеру қажет.
Шынықтыру – болаттың жоғары қаттылықты игеруінде.Шынықтыру құрамындағы
көміртегі мөлшеріне байланысты. Болат құрамында 0,2% көміртегі болған
жағдайда
шынықтыру жүрмейді.
Өткізгіштік – белгілі бір терендікте жоғары қаттылығы бар мартенситті және
троосто –
мартенситтік құрылымды қабат алу мүмкіндігі, құрылымда бірдей көлемі бар.
Шыныққан зонасы бар терендік беттің ортанғы қабатына дейін қашықтықта
қабылдайды.
Шынықтырудың критикалық жылдамдығы аз болса, оның тесілгіштігі жоғары
болады.
Іріленген дәндер тесілгіштік қасиетін жоғарлатады. Егер суыту жылдамдығы
бұйымның қақ
ортасында критикалық болса, онда болат та тесілгіштік жанама
болады.Аустенитте
ерімейтін бөлшектер мен әртектілік тесілгіштік қасиетін бәсеңдейді.
Тесілгіштіктің
мінездемесі -критикалық диамерті болып табылады. Критикалық диамерт
дегеніміз-
максимальді қиылысу, берілген суытудағы тереңдік бойынша тесілгіштік, яғни
бұйымның
радиусына тең.
Легирлеуші элементтерді болатқа енгізгенде оның шынықтыру мен тесілгіштік
қасиеті
жоғарлайды.
Шынықтырудың тәсілдері
Бұйымның формасына, болат маркилеріне және комплекс керек қасиеттеріне
қарай үшін
әртүрлі суыту тәсілдерді қолданады (сур.14.1).
79
Сур.14.1.Шынықтыру режимы
1.Бір ортада суыту аймағындағы шынықтыру (VI)
Белгілі бір температураға дейін қыздырылған бұйымды суыту аймағына
орналастырып
суытады. Суыту ортасының ретінде төмендегілер қолданылады:
-Су- көміртекті болаттан жасалған ірі бұйым;
-Май-құрамында легирлеуші элементтер мен көміртегі бар болаттың орташа және
қарапайым жасалған бұйымдары үшін.
Шынықтырудағы негізгі жетіспеушілігі-аса үлкен кернеудің болуы
2.Екі сферадағы шынықтыру немесе үзілісті. (V2)
Қыздырылған бұйымды қайтадан Т-3000С болатын тез суытатын су ортасында
суытады,
содан кейін жұмсарған майлы ортаға орналастырады.
Үзілісті шымдалу суытудың максимальді қасиетін қамтамасыз етеді.Құралдар
шынықтырудың негізі ретінді қолданады. Жетіспеушілігі: бір ортадан екінші
ортаға
орналасуын айқындайдын жағдайында қиыншылық туғызады.
3.Сатылы шынықтыру (V3)
Берілген температураға дейін қыздырылған бұйымды суыту ортасына
орналастырып, Т=
30-500С Мн нүктесінен жоғары болатын жерде белгілі бір уақыт ұстап,
температурлары тең
болғанға дейін.Изотермиялық уақыт аустениттің төзімділік қаситеінен
берілген
температурада жоғары болмауы керек.
Суыту ортасының сапасы ретінде еріген тұздар мен металдар қолданады.
Изотермиялық
өңдеуден кейін бұйымды жоғары емес температурада суытады. Бұл қолдану
негізінен орташа
және ұсақ бұйымдарға арналған.
4.Изотермиялық шымдалу (V4)
Сатылы шынықтырудан негізгі айырмашылығы-оның төзімділік қасиеті Мн
температурасында өтпелі айналымда болуы. Изотермиялық төзімділік
аустениттің бейнитке
айналуын қамтамасыз етеді. Өтпелі айналымда легирленген болат бейниттен
басқа
аустениттік құрамын сақтайды.Құрастырылған структурасы қаттылық,
созылмалық, майысу
қасиеттерін мінездейді. Бұған қоса деформациялық қасиеті шынықтыру
қысымына, фазалық
қысымына байланысты төмендейді.
Суыту ортасының сапасы ретінде еріген тұздар мен щелочтар қолданады.
Болатты
легирлегенде қолданады.
5. Шынықтыру өзімен-өзі жұмсарту мен бірге.
Қыздырылған бұйымдарды суыту ортасына орналастырып, жартылай суытады.
Бұйымды
алғаннан кейін, оның жоғарғы қабатын ішкі температурасы есебінен қайта
қыздырады, бұл
кезде өзімен-өзі жұмсарту түзіледі. Ол негізінен жоғары температураға ие
болатын,
созылмалы, өте қатты бұйымдар үшін қолданады(соғуға арналған құралдар-
балғалар,
тістемелер)
80
Жұмсарту
Жұмсарту соңғы термиялық өңдеу болып табылады.
Жұмсартудің u1084 мақсаты болып аққыштығымен және пластикалығын жоғарлату,
қаттылығын
төмендетіп және шынықтырылған болаттың ішкі кернеуін азайту болып табылады.
Қыздыру температурасын жоғарылатқан сайын қаттылығы төмендейді, ал
аққыштығымен
пластикалығы жоғарылайды.Жұмсарту температурасын нақты бөлшектің
төзімділігіне
байланысты болады.
Жұмсарту үш түрге бөлінеді:
1.Төменгі жұмсарту Тн = 150...300˚С қыздыру температурасында.
Нәтижесінде бөліктеп шынықтырудың кернеуі алынады. Мартенситтік жұмсартудің
құрылымы алынады.Инструменталды болаттар үшін; шымдалғаннан кейін жоғары
тоқпен,
цементациядан кейін.
2. Орташа жұмсарту Тн = З00...450°С қыздыру температурасымен.
Жақсы серпімділігімен және аққыштығымен жоғары қаттылығы бар 40…45 HRC
троостит
жұмсартудің құрылымын алады.Оларды пружина, рессор секілді бұйымдар үшін
қолданылады.
3. Жоғары жұмсарту Тн= 450...650°С қыздыру температурасымен. Жоғары
қаттылығы
және соққы аққыштығы бар сорбит жұмсартудің құрылымын алады. Соққыға көп
шыдамды
машина тетіктері үшін қолданылады.
Шынықтыру мен жоғары жұмсарту термиялық өңдеу комплексін – жақсарту деп
аталады.
Жұмсартудың сынғыштығы
Әдетте жұмсартудің температурасын жоғарылатқан сайын соққы аққыштығы
жоғарылайды, ал салқындау жылдамдығы қасиетіне әсер етпейді. Бірақ кейбір
болаттар үшін
соққы тұтқырлығы азаяды. Бұл көрініс жұмсарту сынғыштығы деп
аталады(сур.14.2).
Сур.14.2. Жұмсартудың температурасына соққы тұтқырлығының байланысы
Жұмсарту сынғыштығының I типі 3000С температурада жұмсарту облысында
байқалады. Ол
салқындау жылдамдығына тәуелді болмайды.
Бұл құбылыс мартенситтің айналу тұрақсыздығына байланысты. Дәннің ішкі
көлеміне
қарағанда дән шекарасына жақын маңда процесс тез жүреді. Шекарада кернеу
концентрациясы байқалады, сондықтан шекарасы нәзік болып келеді. I типті
жұмсартудің
сынғыштығы қайтымсыз, ол дегеніміз бір детальді қайта қыздыру байқалмайды.
II типті жұмсарту сынғыштығының 450...6500С облысында жұмсартудан кейін
салқындатылған легирленген болаттарда байқалады.
Жоғары жұмсарту кезінде дәннің шекараларында дисперсті карбидті
қосылыстардын пайда
болуы және бөлінуі жүреді.Шекараның зона легирлеуші элементтерді
біріктіреді. Жайлап
салқындату кезінде дәннің шекарасы үшін фосфордың диффузиясы жүреді.
Шекаралық зона
фосформен байытылады, төзімділігімен соққы тұтқырлығы төмендейді.
Бұл дефектінің жүруіне хром әсер етеді, марганец және фосфор.
81
II типті жұмсарту сынғыштығы қайтарымды, ол дегеніміз қайта қыздыру кезінде
және баяау
салқындату кезінде сол болаттарды қауіпті температура интервалында дефект
қайталану
мүмкін.
IIтипті жұмсарту сынғыштығы болаттарды, тез салқындату жүргізілмеген
жағдайда 6500С
қыздыру температура кезінде жұмысқа қолдануға болмайды,.
Бақылау сұрақтары:
1.Шынықтыру дегеніміз не?
2.Шынықтыру түрлері
3.Жұмсарту дегеніміз не?
4.Жұмсарту түрлері
5.Жүмсарту мен шынықтыру не үшін жүргізіледі?

15 Дәріс
Болаттарды химия-термиялық өңдеу: цементтендіру, азоттандыру,
нитроцементтендіру және диффузионды металлдандыру.
1. Болаттарды химия-термиялық өңдеу
2. Химия-термиялық өңдеу түрлерінің технологиясы мен тағайындалуы.
3. Цементтендіру.
4. Қатты карбюризаторда цементтендіру.
5. Газды цементтендіру.
6. Цементтендірілген қабаттың құрылымы.
7. Цементтендірілгеннен кейін детальдарды термиялық өңдеу
8. Азоттандыру.
9. Цианирлеу және нитроцементтендіру.
10.Диффузионды металлдандыру..
Болаттарды химия-термиялық өңдеу
Химия- термиялық өңдеу дегеніміз - детальдардың беткі қабаттарының
қасиеттерін,
микроқұрылымын және химиялық құрамының өзгеру үрдісі.
Беткі қабаттарының химиялық құрамының өзгеруі олардың сыртқы ортамен
(қатты, сұйық,
газ, плазма) қарым-қатынасы нәтижесінде қыздырыда іске асады.
Беткі қабаттарының химиялық құрамының өзгеруі нәтижесінде оның фазалық
құрамы мен
микроқұрылымы өзгереді.
Химия- термиялық өңдеудің негізгі параметрі болып қыздыру темепературасы
мен төзімділік
ұзақтығы.
Химия- термиялық өңдеу түрлерінің негізінде диссоциация, адсорбция,
диффузия үрдістері
жатады.
Диссоциация- химиялық реакция және булану нәтижесінде белсендірілген
атомарды
жағдайдағы аса қаныққан элементтің алынуы.
Мысалы
2NH3 → 2N + 3H2 или СН2→ С + 2Н2
Адсорбция - яғни бұйымға берілетін атомдардың металдық бетке «жабысуы».
Адсорбция
экзотермиялық үрдіс, металдың бетіндегі атомдардың еркін байланыстарының
сыртқа
қарай бағытталғандығымен түсіндіріледі, бұл жағдай металдың беткі
энергиясын
арттырады.
82
Диффузия – адсорбталған атомдардың бұйым түбіне ауысуы.
Адсорбция және диффузия үрдістерінің қабылдануы үшін аса қаныққан ерітінді
негізгі
металмен әсерлесіп, қатты ерітінді және химиялық қосылыс құрау керек.
Химия-термиялық өңдеу бұйым бетінің мықтылығының негізгі түрі болып
табылады.
Химия- термиялық өңдеудің негізгі түрлері болып табылады:
-Цементтендіру (беткі қабаттың көміртегімен қанығуы)
-Азоттандыру (беткі қабаттың азотпен қанығуы)
-Нитроцементтелу және цианерлену (беткі қабаттың бір уақытта көміртегімен
де, азотпен де
қанығуы)
-Диффузионды металдандыру (беткі қабаттың әртүрлі металдармен қанығуы)
Химия-термиялық өңдеу түрлерінің технологиясы мен тағайындалуы
Цементтендіру.
Цементтендіру - болат детальдардың беткі қабатын 900...950 0С температураға
дейін
көміртекпен диффузиялык қанықтыру үрдісі. Көміртегі мөлшері төмен болаттар
ғана
цементтендіріледі. (0,25 % дейін).
Бұйымдардың қыздырылуы көміртегін жеңіл беретін ортада жүреді. Өңдеу
режимдері
таңдалынып, беткі қабатты белгілі бір тереңдікке дейін көміртегімен
қанықтырады.
Цементтендірілу тереңдігі құрылысында феррит пен перлит көлемдері бірдей
болатын
бұйымның беткі қабатынан орта зонаға дейінгі ара қашықтықтығы.
Цементтендірілу дәрежесі – беткі қабаттағы көміртегінің орташа мөлшерде
болуы (әдетте
шамамен 1,2 %).
Көміртегі мөлшерінің жоғары болуы екінші цементит санының пайда болуына
және жоғары
морт сынғыштыққа алып келеді. Тәжірибе кезінде цементтендіруді қатты және
газды
карбюризаторда қолданады.Цементтендірілмеген бұйым беті алдын-ала мыс
немесе сазбен
(электролиттік әдіспен) қапталады.
Қатты карбюризаторда цементтендіру.
Толықтай дайын емес бұйымдарды темір жәщіктерге салып, қатты
карбюризатормен
жабады.10-40% мөлшерде BaCO3, Na2CO3 көмірқышқыл тұздарымен қосылған ағаш
көмір
қолданылады. Жабық жәшіктерді пешке салып, 930-9500С температурада ұстайды.
Оттегі
әсерінен көмір толық жанбай СО көміртек оксиді пайда болады, реакциясы
нәтижесінде
атомарды көміртек бөлініп шығады. 2СО→СО2 + Сат
Пайда болған көміртек атомдары бұым бетімен адсорбцияланып, металл түбіне
диффузияланады.
Бұл әдістің кемшіліктері:
-Уақыттың көп жұмсалуы '280,1мм тереңдікте цементтендіру үшін 1 сағат уақыт
жұмсалады)
-Үрдістің өнімділігі төмен
Газбен цементтендіру.
Бұл үрдіс газбен толтырылған герметикалық камерасы бар пештерде іске
асады.Көміртекқұрамды газдар активті газдар болып табылатын газ-тасығыш,
көміртегі
оксиді, метан және басқа да көмірсутек құрайтын азот, сутегі, су буынан
тұрады.
Цементтендіру тереңдіг төзімділік ұзақтығы мен қыздыру температурасымен
анықталады.
Әдістің артықшылығы:
-қабаттағы көміртегінің белгілі бір концентрациясын алу мүмкіндігі
(құрайтын газдардың
қатынасын өзгерту арқылы көміртегі мөлшерін қадағалауға болады)
-жай термиялық өңдеу әсерінен үрдістің ұзақтығының қысқаруы
-үрдістің толық механикаландырылуы мен автоматтандырылуы
Бұл әдіс өнімді жаппай немесе көп сериялы өндірісте қолданылады.
Цементтендірілген қабаттың құрылысы.
Цементтендірілген қабаттың құрылысы 15,1 суретте көрсетілген.
83
Сур.15.1.Цементтерілген қабаттың құрылымы
Бұйымның бетінде перлиттен және цементиттен тұратын эвтектоидтан кейінгі
шойын
қабаты пайда болады.Беткі қабаттың жойылуына байланысты көміртегінің
мөлшері азаяды
және келесі бет перлиттен ғана құралады. Содан кейін ферриттік түйіршіктер
пайда болады,
олардың мөлшері бетті қабаттың жойылуына байланысты көбейеді. Сонында,
бұйымның
құрлымы бастапқы құрамға сай келеді.
Цементтендіруден кейінгі термиялық өңдеу.
Цементтендірудің нәтіжесінде кескін жерінде көміртек тиімді үйлестіріледі.
Цементтендірілген бұйымның құрамын келесі термиялық өңдеуден кейін
толығымен
түзіледі.Барлық бұйымдар төмен жұмсартумен шынықтыруға ұшырайды.
Шынықтырылғаннан кейін цементтерілген бұйым жоғары қаттылыққа, тозуға
төзімді
болады, және контакты шыдамдылығтың шегі өседі және тұтқырлығын сақтап иілу
кезіндегі
шегі жоғарлайды. Термиялық өңдеудің комплексі материалдын және бұйымның
қолдануынан тәуелді болады. Әртүрлі термиялық өңдеудің комплексті
графиктері 15.2-
суретте келтірілген.
Сур.15.2.Цементтендірілген бұйымның термиялық өндеудің режимі
Егер болат үсақ дәнді немесе бұйым жауапсыз қолданылатын болса, бір ретте
шынықтыру
820-8500 С t арасында жүргізіледі.
Сонымен қатар,цементтендірілген қабатта жоғары көміртекті мартенсит алынады
және де
бөлшектеп қайта кристалдандыруын және дәннің өзегінің ұсақталуын қамтамасыз
етеді.
84
Газбен цементтендірілген кезде мына процесс біткенде осы температураға
дейін суытады,
кейін шынықтыру жүргізіледі.
Цементтендірілген бұйымдардың жоғары механикалық қасиеттеріне жеткізу үшін
2-рет
шынықтыу қолданады:
-Бірінші шынықтыру 880-9000 С температура аралықында құрылым өзегін түзеу
үшін
жүргізіледі.
-Екінші рет шынықтыру 760-7800 С температура аралығында беткі қабатта ұсақ
ине тәрізді
мартенситті алу үшін жүргізіледі.
Термиялық өндеудің соңғы операциясы ретінде 150-1800C аралығында
жүргізілетін төменгі
жұмсарту болып саналады.
Жұмсарту соңында беткі қабатта жасытылған мартенситті құрылым алынады және
аз ғана
мөлшерде кернеуді азайтады.Цементтендіруге ұшырайтындар:тісті дөңгелектер,
поршеньді
сақиналар, червяктар, осьтер, роликтер.
Азоттандыру.
Азоттандыру- беткі қабаты азотпен қанықтыратын химико- термиялық өңдеу. Ең
бірінші
рет азоттандыруды Чижевский И.Л.өндірісте 20 жылдары қолданды. Азоттандыру
кезінде
тек қана қаттылық пен тозуға төзімділік жоғарламайды,сонымен қатар
коррозияға төзімділігі
өседі. Азоттандыру кезінде бұйымды белгілі бір жылдамдықпен аммиак NH3
келетін
герметиялық пешке салады.Қыздыру кезінде аммиак мына реакция бойыша
диссоциаланады:
2NH3=2N+3H2. Атомдық азот бұйым беті сіңіріп және түбіне диффундіріледі.
Көміртекті
болаттардың азоттандырылган қабатта алынған фазалар жоғары қаттылықты
қамтамасыз
етпейді және морт сынғыш қабат түзеді. Азоттандыру үшін құрамды
алюминий,молибден,хром,титан бар болаттар құрылады. Бұл элеметтердің
нитридтері
дисперсті және жоғары қаттылық пен термиялық тұрақтылыққа ие болады. Типтік
азоттандырылған болаттар:38 ХМЮА, 35ХМЮА,30 ХТ2Н3Ю.
Азоттандырылған қабаттың тереңдігі мен беткі қаттылығы кейбір факторларға
байланысты оның ішінде негізгілері: азоттандыру температурасы,азоттандыру
ұзақтығы
және азоттандырылатын болаттың құрамы.
Детальдардың жұмыс істеу шартына байланысты азоттандыру келесілерге
бөлінеді:
1.Бетінің қаттылығын және тозуға төзімділігін жоғарлату
2.Коррозияға қарсылығын жақсарту (антикоррозиялық азоттандыру)
Бірінші жағдайда үрдіс 500...560°С температурада 24...90 сағат бойы
жүргізіледі,себебі
азоттандыру жылдамдығы 0,01мм/сағ құрайды.Беткі қабаттағы азоттың құрамы
10...12%
құрайды,ал қабат қалыңдығы(Һ)-0,3...0,6мм.Бетінің қаттылығы шамамен 1000
HV.Салқындау
пешпен бірге аммиак ағынында жүргізіледі.
Иондық азоттандыру кезінде азоттандырудың уақыты барынша
қысқарады.Катод(детальмен) және анод иондарының арасында бықсу разряды
пайда
болады.Азотқұрамдас газдар иондалады,және иондар катодтың бетін
бомбылайды,оны
қанығу температурасына дейін қыздырады.Катодтық шаңдану 1100...1400 В
қысыммен
5...60мин бойы орындалады және қысымы 0,1...0,2 мм рт.ст, ал жұмыстық қысым
400...1100
В,үрдістің ұзақтылығы 24 сағатқа дейін.
Антикоррозиялық азоттандыру легирленген және көміртекті болаттарда
жүргізіледі.
Азоттандыру температурасы 650...700°С,үрдіс ұзақтығы -10 сағат.Бетінде
коррозияға қарсы
жоғары төзімділікке ие ε- фаза қалыңдығы 0,01...0,03 мм қабат пайда болады
(ε-фаза-
гексагональді торға ие, темір нитридінің Fe3N негізіндегі қатты ерітінді).
Азоттандыру ақырғы механикалық және термиялық өңдеуден өткен дайын бұйымда
жүргізіледі.
Азоттандырудан кейін бұйым өзегінде жоғары беріктікке және тұтқырлыққа ие
сорбит
құрылымын сақтайды.
Цианирлеу және нитроцементтендіру.
Цианерлеу- беті бір уақытта көміртек және азотпен қанығатын химия-
термиялық
өңдеу.Ол цианисті тұз балқытылған ваннада жүргізіледі u1084 мысалы NaCN-тың
NaCL,BaCL
85
тұздарының қосылуымен және т.б.Цианисті натрийдің тотығуында атомдық азот
және
көміртек тотығы түзіледі: 2NaCNO +O2 → Na2CO3 +CO +2Nат
Қабаттың тереңдігі және ондағы көміртек пен азоттың концентрациясы үрдістің
температурасына және оның ұзақтылығына байланысты.
Цианирлі қабат жоғары қаттлыққа 58...62HRC ие және тозуға жақсы
қарсыласады.Коррозияға төзімділігі және беріктігі жоғарлайды.
Үрдістің ұзақтығы 0,5...2 сағат.
Жоғары температуралы цианирлеу – 800...950°С температурасында,және
0,6%...1,2%
көміртегі бар болаттың қанығуымен жүргізіледі(сұйық цементтелу).Цианерлеу
қабатындағы
азоттың құрамы 0,2...0,6%, ал қабаттың қалыңдығы 0,15…2 мм.Бұйым
цианирленгеннен
кейін төмен жұмсаруға және шынықтыруға ие болады.Жобаланған қабаттың ақырғы
құрылымы Fe2(C,N) карбониттердің жуқа қабатынан,сосын азоттық мартенситтен
құралады.
Цементтендіруді жоғары температуралы цианерлеумен салыстырғанда жоғары
жылдамдықпен жүреді,бұйымды аз деформацияға әкеліп соқтырады, тозуға
қарсыласады
және жоғары қаттылыққа ие.
Төменгі температуралы цианерлеу- 540...600°С температурасында болаттың
азотпен
қанығуымен жүргізіледі.Бұл үрдіс бұйымдарға тезкезкіш,жоғары хромды
болаттардан
жасалады.Ақырғы өңдеу болып табылады. Цианирлеудің негізгі кемшілігі болып
цианисті
тұздардың ұлы болып келуі.
Нитроцементтендіру- цементтендірілетін газдан және диссоциацияланатын
аммиактан
тұратын газ тәріздес құймада жүргізілетін цианерлеу.
Газдың құрамы және үрдіс температурасы жоспарланған қабатта көміртек пен
азоттың
қатынасымен анықталады.
Жоғары температуралы нитроцементтендіру- 830...950°С температурасында
жүргізіледі.Құрамында аммиак мөлшері жоғары көміртекті және аз легирленген
болаттардан
жасалатын бұйымдар машина жасауда қолданылады.Шынықтырудың төменгі
жұмсаруымен
жүруі ақырғы термиялық өңдеу болып табылады.Қаттылығы 56...62 HRC.
ВАЗ-да бұйымның 95% нитроцементтендіруге ұшырайды.
Төменгі температуралы u1085 нитроцементтендіруге термиялық өңдеуден кейінгі
тезкескіш
болаттардан жасалатын бұйымдар ұшырайды.Үрдіс 530...570°С температурада
1,5...3 сағат
бойы жүреді.Қаттылығы 900...1200 HV, қалыңдығы 0,02...0,004 мм болтын беткі
қабат
түзіледі.
Диффузионды металдандыру.
Диффузионды металдандыру болаттан жасалатын бұйымның беті
әртүрлі:алюминимен,
хроммен, кремниймен, бормен және т.б. элементтермен қанығатын химия-
термиялық
өңдеу.Хроммен қанықса үрдіс- хромдандыру, алюминиймен- алитирлендіру,
кремниймен-
силицендіру, бормен – борландыру деп аталады.
Диффузиоды металдандыруды қатты, сұйық және газ тәрізді ортада жасауға
болады.
Қатты диффузионды металдандыруда металдаушы болып құрамында хлорлы
аммониясы
бар ферроқорытпа болып табылады(NH4CL).Металдаушының НСl реакциялану
нәтижесінде хлордың металмен қосылысы (ALCL3,CrCL2,SiCL4 )пайда
болады.Бетімен
қатынас кезінде бос атомдардың байда болуымен диссоциациялайды.
Сұйық диффузионды металдандыру балқыған металға металдардың салынуымен
жүреді.Газ тәріздес диффузионды металдандыру әртүрлі металдардың хлоридтары
болып
есептелінетін газ тәрізді ортада жүреді.
Металдардың диффузиясы өте баяу жүреді,себебі орын басу ерітіндісі пайда
болады.Сондықтан, бірдей температураларда диффузиондық қабат цементация
кезіндегіге
қарағанда он және жүз есе жұқа болып келеді.
Диффузионды металдандыру- ұзақ уақыт бойы және жоғары температуралар
аралығында(1000...1200°С) болатын,қымбат тұратын үрдіс болып саналады.
86
Металдандырылған беттің негізгі қасиеттерінің бірі болып ыстыққа
төзімділігі болып
табылады.Жұмыстық температура үшін 1000...1200°С ыстыққа төзімді металдар
қарапайым
көміртекті металдардан жасалады.
Бақылау сұрақтары.
1. Химия –термиялық өңдеу дегеніміз не?
2. Химия – термиялық өңдеудің негізгі параметрлері
3. Химия –термиялық өңдеу үрдістері
4. Цементтендіру
5.Қатты карбюризаторда цементтендіру
6. Газбен цементтендіру
7. 2-рет шынықтыру не үшін қолданылады?
8. Шынықтыру қандай температураларда жүреді?
9. Азоттандыру дегеніміз не?
10. Цианерлеу, оның түрлері
11. Нитроцементтендіру және оның түрлері
12. Диффузиондық металдандыру

• 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