Металдар мен қорытпалар жөніндегі негізгі мәләметтер

Жоспар

1. Металдармен қорытпалардың құрлымын зерттеу әдістері.
2. Металдарды техникалық сынау.
3. Қаттылықты анықтаудың әдістері.
4. Қорытпалардың күй диаграмасы туралы түсінік.
5. Пайдаланған әдиебиеттер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Металдармен қорытпалардың  құрлымын зерттеу әдістері.

    Металдар– Электр тоғы мен жылуды жақсы өткізетін, пластикалық қасиеті жоғары, жылтыр заттар. Мұндай қасиеттердің болуы металдардың ішкі құрылымымен байланысты.

         Металдардың (сынаптан басқа) кристалдық тор көздерінде металл атомдары орналасқан. Олар бір-бірімен металдық байланыспен байланысады. Металдардың иондану энергиясы аз болғандықтан олардың валенттік электрондары оңай бөлініп, бүкіл кристалдың бойында еркін қозғала алады. Сондықтан олардың жиынтығын электрон газы деп те атайды. Су ерітінділеріндегі реакциялар үшін металдың активтілігі оның активті қатардағы орнына байланысты.

Металдардың қаттылығы, температураға  төзімділігі күнделікті тәжірибеде шешуші рөл атқарады. Егер шыны хроммен кесілсе, ал цезийді адам тырнағымен-ақ кесе алады. Кейбір металдар жұмсақ (күміс, алтын, т.б.) болғандықтан таза металдардың орнына олардың бір-бірімен құймалары қолданылады. Ең алғаш алынған құймалардың бірі – қола.

Темір мен оның құймалары (шойын, болат) қара металдар, ал қалғандары түсті металдар; алтын, күміс, платина химиялық реактивтергетөзімділігіне байланысты асыл металдар; сумен әрекеттесіп сілті түзетін металдарды сілтілік (Lі, Na, K, Rb, Cs), ал жер қыртысының негізін құрайтындарын сілтілік жер металдар; массалық үлесі 0,01%-дан аспайтындарын сирек металдар деп атайды. Өнеркәсіпте металдарды негізінен пирометаллургия,гидрометаллургия және электрметаллургия әдістерімен алады. Металдар электр сымдарын, тұрмысқа қажет бұйымдар (қазан, балға, т.б.) жасауда, т.б. кеңінен қолданылады.

Түсті металдар – темірден басқа барлық металдардың өнеркәсіптік атауы. Физикалық және химиялық қасиеттері мен жер қыртысында орналасу сипатына қарай түсті металдар темір емес металдар деп те аталады.

 

хром

Түсті металдарды:

• жеңіл (алюминий, магний, титан, берилий, литий, т.б.),
• ауыр (мыс, никель, кобальт, қорғасын, қалайы, мырыш, т.б.),
• баяу балқитын (вольфрам, молибден, ниобий, тантал, хром, цирконий, т.б.),
• асыл немесе қымбат бағалы (алтын, күміс, платина және платиндық металдар),
• шашыранды (галий, индий, талий),
• сирек жер (скандий, иттрий лантан және барлық лантаноидтар),
• радиоактивтік (технеций, франций, радий, полоний, актиний, торий, протактиний, уран және басқа трансуран элементтері) деген топтарға бөлуге болады. 
  ^[1]

Шектеулі мөлшерде өндіріліп, өндіріс саласында салыстырмалы түрде жуырда ғана қолданыла бастаған металдар сирек металдар деп аталады. Оларға барлық сирек, сирек жер және радиоактивтік, баяу балқитын металдардың көпшілігі мен кейбір жеңіл металдарды жатқызады. Түсті металдар мен олардың қорытпаларын өндіруде кентастық шикізатты өңдеуден бастап дайын өнім алуға дейінгі сатысын қамтитын саласын түсті металлургия деп атайды. Оның негізгі тармақтарына алюминийлік, никель-кобальттық, мыс, қорғасын-мырыштық, қалайылық, сирек металдық, вольфрам-молибдендік, титан-магнийлік, сүрмелік, балқыма шпаттық, электродтық, қатты қорытпалық, түсті металдарды өңдеу, арнайы шалаөткізгіштік, екіншілік металлургия жатады. 
Қазақстанда химиялық элементтердің периодтық жүйесіндегі барлық түсті металдар өндіріледі.

Түсті металдар-дың ішіндегі ең көп таралғаны  мыс. Қазақстандағы алғашқы түсті металлургия кәсіпорны 1928 жылы Қарағанды облысында іске қосылды (мыс зауыты). Мыстың Қазақстандағы негізгі кен орындары: Қосқұдық, Милықұдық, Айнакөл, Злато (Жезқазған), Ақтоғай, Бозшакөл (Павлодар), Ақбастау, Құсмұрын (Шығыс Қазақстан), Көлсай (Алматы облысы), т.б. Қазақстан сондай-ақ, мырыш, қорғасын, вольфрам, ванадий өндіруде дүние жүзінде бірінші орынды иеленеді. Еліміздегі түсті металдарды өңдейтін ірі кәсіпорындар:Өскемен титан-магний комбинаты, “Қазмырыш”, “Южполиметалл”, “Қазалтын”, “Майқайыңалтын”, “Кастинг” т.б.;

Химиялық құрамына қарай көміртекті және легирленген Болат болып бөлінеді. Көміртекті Болаттың құрамында темір мен көміртектен басқа марганец (1%-ке дейін) және кремний (0,4%-ке дейін), сондай-ақ, зиянды қоспалар — күкірт, фосфор, т.б. элементтер болады. Болаттың сапасын жақсарту үшін қорытпа құрамына хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, марганец, кремний, т.б. элементтер қосылады. Мұндай қорытпа легирленген Болат деп аталады.

 

 

     Сұйық түрінде қорытпа компоненттері көбінесе бір-бірінде шексіз ериді. Бір металл атомдары екінші металл атомдарының арасында бірқалыпты орналасқан, біртекті сұйық ерітінді пайда болады. Жартылай немесе толык ерімеушілік атом диаметрлері мен балқу температураларының үлкен айырмашылығынан болады, ол кейбір металдар арасында, мысалы мыс-корғасын, темір-қорғасын қорытпаларында байқалады.

Бірге кристалданған компоненттер қорытпалардың келесі түрлерін түзуі мүмкін: химиялыққосылыс,қатты ерітінді. механикалық қоспа.

Егер кристалдану кезінде  екі компонентте өз кристалдық торларын сақтай алмай, басқа кристалдык тор  құрса, онда химиялық қосылыс түзіледі.

Химиялық қосылыстар бір-біріне ұқсамайтын және құүрылымы мен- қасиеті  жағынан біраз айырмашылығы бар  элементтерден түзіледі. Химиялық қосылыстар құрайтын элементтердің атомдары белгілі  бір қатынаста болады. Ол катынасты  А В формуласымен көрсетуге болады. Бұл қосылыс оны түзейтін элементтердің кристалдық торынан өзгеше кристалдық тор құрады, сондықтан қасиеті бастапқы элементтерге қарағанда өзгеше, қаттылығы мен морттылығы және электр кедергісі жоғары, балқу температурасы тұрақты. Химиялық қосылысты көбінесе металдар мен металлоидтар түзейді. Мысалы, карбидтер. Металл мен көміртегінің химиялық қосылыстары (темір, хром карбидтері), нитридтер азотпен металдардың химиялық косылыстары (темір, алюминий нитридтері т.б.).

Егер кристалдану кезінде  бір компонент өз кристалдық торын  сақтап, ал екінші компонент өз кристалдық торын сақтай алмай, оның атомдары бөлек  атомдар түрінде бірінші компоненттің кристалдық торында орналасса немесе бірінші компоненттің атомдарын  алмастырса, қатты ерітінді түзіледі. Бірінші компонент еріткіш, ал екінші компонент еруші деп аталады. Ерігіш атомдардың еріткіш кристалл торында орналасу түріне байланысты ену қатты ерітіндісі. алмастыру қатты ерітіндісі немесе шегеруші катты ерітіндісі түзіледі.

Ену қатты ерітінділерінде  ерігіш компонент атомдары еріткіш  компоненттің кристалдық торының атомдарының  аралық қуыстарында орналасады (3.1-сурет, а). Ал металдардың кристалдык торларында атомдар бір-біріне жакын орналасқандыктан, олардың арасына өлшемдері өте  кіші атомдар ғана ене алады. Өлшемдері  кіші атомдар сутегі, азот, көміртегі, бар және тағы да басқа кейбір элементтерде болады. Олар металдармен катты ену  ерітіндісін түзеді. Бірақ бұл  элементтердің атомдарының өлшемдері  каншама кішкене болғанымен, бәрібір  металдардың атомаралық куыстарынан  үлкенірек болады. Сондықтан ену  қатты ерітінділері түзілгенде, кристалдық тордың пішіні өзгеріңкіреп. онда кернеулер  пайда болады. Сондықтан ену қатты ерітіндісінің концентрациясы өте төмен болады (1… 2 % шамасында).

Алмастыру қатты ерітінділерінде ерігіш компоненттің атомдары  негізгі металл атомдарының орындарында орналасады. (3.1-сурет, б) Бөтен атомдар еріткіш компоненттің атомдарын тордың кез келген жерінде алмастыруы мүмкін, сондықтан бұл ерітінділерді бейтәртіпті катты ерітінділер  деп атайды.

Егер корытпа — компоненттердің атомдары өлшемдерінің айыр-машылығы 8 %- дан аспаса, олар бір-бірінде ерігіштігі шексіз болатын алмастыру қатты ерітінділерін түзеді.

Мысалы, Сu -Ni, Со, Ni - т.б. Ал егер атом өлшемдерінің айырмашылығы 8…15% болса, онда бір-бірінде ерігіштігі шекті болатын алмастыру қатты ерітінділері түзіледі. Егер атом өлшемдерінің айырмашылығы 15% — дан асса, онда алмастыру қатты ерітіндісі түзілмейді.

Шегеруші қатты ерітінділер кейбір химиялык қосылыстар негізінде түзіледі. Мысалы, химиялық қосылысқа оның формуласының ішінде бар элемент қосылғанда. Бұл жағдайда қосылған элементтің атомдары қосынды торында қалыпты орнына орналасады, ал екінші компоненттің атомдары орналасатын орындар бос қалады. Шегеруші қатты ерітінділер Ni Аl химиялық қосылысқа алюминийді, титан карбидіне титанды қосып балқытқанда түзіледі.

Егер кристалдану кезінде біртекті атомдар арасындағы әсерлесу күші әртекті атомдар арасындағы әсерлесу күшінен көбірек болса, онда қорытпа кристалданғаннан кейін, таза металдардың түйіршіктерінен тұратын механикалық қоспа түзіледі. Әсерлесудің бұл түрі қорытпа түзетін металдардың қасиеттері арасындағы үлкен айырмашылық болғанда орын алады. Бұл жағдайда екі компонент те өз кристалдық торын сақтап қалады.

Механикалық қоспа екі металдан немесе қатты ерітінді мен химиялық қосылыстан түзілуі мүмкі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Металдарды техникалық сынау.

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 құралады, 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).

 

 

 

Қажуға сынау. Кейде металдар, әсер ететін күш  сол металдың  беріктік шегіне жетпей-ақ, бұзылады. Бұл құбылыстың техникада  күш көп түсетін және тез қозғалатын машиналар қолдануға байланысты маңызы үлкен, өйткені мұндай машиналар бөлшектері жиі әсер ететін күш әсерінен бүлінеді, бұзылады. Мұндай бөлшектер — біліктер, шатундар, саусақтар, поршеньдер және басқалар.

Түсетін күш қайта-қайта  әсер еткенде металдың бұзылу себебі металдың қажуы деп, ал сол нүкте  шыдау қабілеттілігі металдың төзімділігі  деп аталады.

Металдардың қажудан  бүлінуінің бір себебі — металдың кей жерінде бөгде заттардың, мысалы, шлак түйіршіктерінің болуынан, металдың үзілуінен, немесе металл ішінде майда саңлаулардың пайда болуынан. Бұл ақаулықтар бірте-бірте күшейе түсуінен үлкен саңылау пайда  болып, металл бұзылады.

Металдың қажуын сынауға арнайы машиналар қолданылады. Бұл машиналарда металл үлгілеріне бірнеше рет түрлі күш түсіріледі, яғни металл үлгісі созылады, қысылады, қайта-қайта иіледі, қайта-қайта  бұралады және басқалар.

Сынау ұзаққа созылады және сол кезде металдың қажу шегі, яғни металл төтеп беретін ең көп  циклы анықталады.

Металды қажуға сынау нәтижесінде бүлінген металл, сынығынан екі аймақты бақылауға  болады: бірінің беті тегіс, ал екіншісі кристалл құрылысты — тез бұзылу, морт сыну аймағы.

Үйкелуге сынау. Үйкеліске ұшырайтын бөлшектер (цилиндрлер, подшипниктер, тежеу қондырғылары) жасалатын металдарды үйкелуге немесе өз ара ауыстырғанда төзімділігіне  сынайды. Үйкелу немесе тозу кезінде  бөлшектерден металл бөлшектері бөлінеді және салмағы кемиді.

Үйкелуге сынау  нәтижесі бөлшектердің жұмыс кезінде, яғни сол қысым, сол майлау және т. б. жағдайда ғана дәл болады.

Металды үйкелуге сынау үшін түрлі тәсілдер: үйкелісетін  жерді дәл өлшеу, салмағын өлшеу (бөлшектер салмағының кемуіне қарай  үйкелу дәрежесін анықтау үшін), таңба түсіру тәсілдері қолданылады. Соңғы тәсілдің мәні мынада: үйкеліске  ұшырайтын беттің қаттылығын сынау  үшін алмаз пирамиданың көмегімен  бетке түсіреді. Бөлшектер үйкелісінде  таңба мөлшері бірте-бірте кішірейеді, ол бөлшектің тозу дәрежесін көрсетеді.

Сынау үшін, сондай-ақ металдың металға үйкелісінде және металдардың абразивті материалдармен үйкелісінде тозуын анықтайтын конструкциясы әр түрлі машиналар қолданылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қаттылықты анықтау  әдістері

 

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.

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.)