Металдар мен қорытпалардың құрылысы туралы

Мазмұны:

 

Металдар мен  қорытпалардың құрылысы туралы

жалпы мағлұматтар....................................................................................................2

 

Металдардың кристалдық құрылымы.....................................................................3

 

Металдардың кристалдық құрылымының ақаулары......................................4

 

Металдардың анизотропиясы...........................................................................4

 

Металдардыц кристалдануы............................................................................5

 

Металдардың қасиеттері..................................................................................6

 

Пайдаланған әдебиеттер.................................................................................. 8

 

Металдар мен  қорытпалардың құрылысы туралы

жалпы мағлұматтар

 

         Металл қасиеттерін олардың ерекше ішкі құрылысы қамтамасыз етеді. Металл атомын нобай түрінде қарағанда, оң зарядталған ядро мен оның жан-жағында әртүрлі қашықтықта айналып тұратын электроннан тұратын жүйе деуге болады. Бұл ядроның сыртқы қабаттағы (валенттілік) электрондарды тарту әсері ішкі қабаттағы электрондардың тарту әсерімен теңбе-тең. Сондықтан валенттілік электрондар оп-оңай ажырап, пайда болатын иондар арасында кедергісіз барлық бағытта орын ауыстырып, қозғалады. Осы кейбір электрондардың атомының басқа бөлігімен байланысының осалдығы металдардың физикалық және химиялық қасиеттерін қамтамасыз ететін ерекшелігі болып табылады.

Барлық химиялық элементтер металл және металл емес болып бөлінеді.

Табиғатта 100-ге тарта элемент бар, соның шамамен 80-і - металдар. Барлық металдардың жалпы  өзіне тән қасиеттері болады: пластикалық, жоғары электр мен жылу өткішгіштігі, ерекше металдық жылтырлығы, температура  жоғарылаған сайын электр кедергісінің артуы және т.б. Бұл қасиеттер заттың металдық күйін сипаттайды.

          Металдардың жоғары электр өткізгіштігін әлеует айырмашылығы пайда болғанда, теріс таңбалы полюстен оң таңбалы полюс бағытында қозғалатын бос электрондардың бар болғандығымен түсіндіруге болады. Температура жоғарылағанда иондардың (атомдардың) тербелісі күшейіп, электрондардың тік бағытта қозғалуын қиындатады, нәтижесінде электр кедергісі жоғарылайды. Температура төмендегенде керісінше болады. Электрондардың қозғалысы және иондардың тербелісінің арқасында металл массасында жылудың тез теңелуі оның жоғары жылу өткізгіштігін түсіндіреді. Металдардың жоғары пластикалық қасиеті электрондардың крис- талл көлемінде бірқалыпты таралуымен түсіндіріледі.

       Техникалық таза металдардың беріктік қасиеттері төмен болғандықтан, машина жасауда, негізінен, олардың қорытпалары пайдаланылады. Темір және оның негізінде алынған қорытпалар шойын мен болат қара металл, ал қалған металдар түсті металдар деп аталады.

 

Металдардың кристалдық құрылымы

 

Барлық денелер  атомдардан түрады. Егер денеде атомдар  қалай болеа

солай орналасса  ол дерені аморфты дене деп атайды. Атомдары қандай да бір тәртіппен орналасқан денелерді кристалдық денелер деп атайды. Металдар мен олардың қорытпалары кристалдық денелерге жатады. Олардың атомдары кеңістікте кристалдық тор құрады. Кристалдық торлардық ең көп тараған түрлері (1-сурет): көлемдік центрленген кубтық (К.Ц.К), бүйірлі центрленген кубтық (Б.Ц.К) және гексоналды (Г). К.Ц.К тор түзейтін а-темір, Сг, V, W, Мо т.б. Б.Ц.К. тор түзейтін γ-темір, М, Си, АІ, Рb т.б. Гексагоналды тор түзейтін Мg, Ті, Zп т.б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-сурет.  Металдардың кристалдық торлары:

а) көлемдік центрленген кубтық; ә) бүйірлі центрленген кубтық;

б) гексагоналды

 

Металдардың полиморфизмі

Полиморфизм немеее аллотропия деп металдардың қыздыру  мен суыту 

кезінде өздерінің  кристалдық торын өзгерту қасиетін айтады. Полиморфиялық түрлену белгілі бір температураларда өтеді. Мұндай қасиет көптеген металдарға тән. Бұл топқа темір, марганец, никель, қалайы, титан, ваннадий, кобальт т.б. жатады.

Мысалы қалыпты  температурада темірдің кристалдық торы көлемдік

центрленген кубтық болеа, 911°С температурада ол тор бүйірлі центрленген кубтық торға айналады. Металдың әр түрлі кристалдық торы бар түрлері оның модификациялары деп аталады. Олар грек алфавиті әріптерімен белгіленеді: α, β, γ, δ т.б. Металдың ең төменгі температурадағы полиморфиялық түрін α әрпімен белгілейді.

Полиморфиялық түрлену кезінде энергияның іштен  бөлініп шығуы 

немесе сіңірілуі орын алады. Сондықтан металдар мен қорытпалардың суыну қисықтарының полиморфтық түрленуге сәйкес нүктелерінде температура біраз уақыт тұрақты болғанын көруге болады.

Полиморфиялық түрленуге ұшырамайтын металдарға алюминий, магний,

мыс т.б. жатады.

 

 

Металдардың анизотропиясы

Аморфты денелер  изотропты болады, яғни олардың кез  келген бағыттағы 

қасиеттері  бірдей болады. Ал металдар - кристалдық құрылымы бар денелер.

Металдың бөлек  кристалын алып қарастырса оның әр түрлі бағытта 

қасиеттері  әр түрлі болатынын көруге болады. Мысалы мыс кристалынан әр түрлі бағытталған үлгілер кесіп алып сынағанда олардың беріктік шектерінің айырмашылықтары үш есеге дейін болған. Кристалл қасиеттерінің әр бағытта бірыңғай болмауын анизотропия деп атайды. Анизотропия кристалдың торындағы атомдардың орналасуына байланысты. Ал қатқан металды қарастырсақ ол көптеген әр түрлі бағытталған кристалдардан тұрады. Сондықтан олардың кез келген бағыттағы қасиеттері орташаланып, шамасы бірдей болады, яғни металдар изотропты деп есептеледі.

 

Металдардың кристалдық құрылымының ақаулары

Металдардың кристалдық құрылымының  ақаулары.

Нақты металдың құрылымы оның теориялық құрылымымен сәйкес бол-

майды. Нақты  кристалдардың құрылымында көптеген ақаулар кездеседі. Олар металдың қасиеттеріне әсер етеді. Ақаулардың келесі түрлеріні ажыратады: нүктелік, сызықтық және беттік. Нүктелік ақауларға вакансия (бос орын) (2а-сурет), дислокаңияланған (орын ауыстырған) атомдар (2ә-сурет) және қоспалы атомдар (1.2б-сурет) жатады. Жылудың әсерінен кристалдық тор түйінінде орналасқан аттомның тербелісі жоғарлау нәтижесінде ол орнынан жылжып тор түйіндерінің ортасында орналасады, ал оның орыны бос қалады. Қоспалы атомдар металға қоспалар қосылғаннан пайда болады.

Вакансия кристалдық тор ішінде орнын ауыстырып отырады. Мысалы

көрші атом бос  орынға жылжып келіп орналасса оның өзінің орыны бос қалады. Осылай вакансия метал бетіне шыққанша жылжи береді. Сызықтық ақаулар дислокациялар деп аталады. Олар кристалдық тордың бір бөлігінің екінші бөлікке қарасты ығысудың нәтижесінде пайда болады.

2в-суретте шеткі  дислокаңия деген ақау көрсетілген. Мұнда ЕҒ жазықтығымен тор ығысқан.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-сурет.  Кристалл құрылымының ақаулары:

  а, ә, б) нуктелік ақаулар;  в) сызықтық, ақаулар

 

Жазықтық ақаулар  метал түйіршіктері бір-бірімен қосылған жерде

олардың кристалдық торларының симметриясы бұзылуы мен анықталады.

 

Металдардыц кристалдануы

Сұйық металдың қату кезінде кристалдық тор құруын кристалдану деп

атайды. Бұл  үдеріс сұйық металда кристалдану орталықтарының пайда болуынан және олардың өсуінен тұрады.

Сұйық металдың қату кезінде кристалдық тор құруын кристалдану деп 

атайды. Орыс ғалымы Д.К.Чернов кристалдану үдерісін бақылау  нәтижесінде, бұл үдеріс сұйық металда  алдыменен кристалдану орталықтарының пайда болуынан сонан соң осы орталықтардан кристалдардың өсуінен тұратынын анықтаған. Кристалдану орталықтары металдың өз атомдары элементарлық тор түзгеннен немесе металдағы метал емес қоспалардың маңайында пайда болады.

Кристалдану кезінде  кристалдық тордың өсуіне ештеңе бөгет  болмаса, онда ағаш тәрізді кристал түзеледі. (3а-сурет). Пішіні ағашқа ұқсас болғандықтан оларды «дендрит деп атаған (грек тілінде - ағаш деген сөзден).

Бастапқы мезетте  кристалдар дұрыс геометриялық пішінге  ие болады.

Бірақ кристалдану  орталықтары көп болғандықтан өскен дендриттердің бұтақтары бір-біріне тиіп өсулеріне бөгет болады. Осының нәтижесінде метал пішіндері әртүрлі кристалдар түрінде қатады (3б-сурет). Оларды кристалиттер немесе түйіршіктер деп атайды.

 

Құйма құрылымы

Суыну жылдамдығына байланысты қатқан құйманың құрылымы ұсақ

теңөстік және созылмалы келген ұзынша түйіршіктерден тұрады. Әдетте болат кұйманың құрылымнда үш аймақты ажыратуға болады (4-сурет) Жұқа сыртқы аймақ (1) ұсақ теңөсті түйіршіктерден тұрады. Олар метал қүйылған қалыптың суық қабырғасымен жанасып жылдам суынудың нәтижесінде түзіледі. Қатқан металдың көлемі сұйық металдың көлемінен аз болғандықтан метал мен қалып кабырғасы арасында ауа қабаты пайда болады, сонымсн берге қалыпта қызады. Нәтижесінде металдың суыну жылдамдығы төмендейді. Бұл жағдайда түйіршіктердің өсуі бағытталған түрде жүреді, қалып қабырғасынан құйма ортасына қарай.

Осылай, ұзынша түйіршіктерден тұратын аймақ (2) түзіледі. Бұл аймақ

сыртқа жылу шығаруды одан әрі төмендетеді. Сондықтан құйма ортасында ірі және әр түрлі бағытталған түйіршіктерден тұратын аймақ (3) түзіледі.

Сұйық металда әрқашанда еріген газдар болады кұйма қатқанда олар

оның үстіңгі  жағында жиналып шөгу қуысы (4) пайда  болады.

 

 

Металдардың қасиеттері

Құрылымы мен  құрамына байланысты металдардын қасиеттері әртүрлі

болады.

Металдардың механикалык, физикалық, химиялық, гехнологиялық және

пайдалану қасиеттерін  ажыратады.

Механикалыц ңасиеттері.

Механикалық қасиеттеріне беріктік, қаттылық, пластикалық қасиеті және

серпімділік жагады.

 

 

 

Физикалың қасиеттері.

Металдар мен  қорытпалардың физикалық қасиеттеріне түсі балқу темпе-

ратурасы, тығыздығы, сызықтық және көлемдік ұлғаю коэффициенті, электр өткізгіштігі мен жылу өткізгіштігі, магниттік қасиеті жатады.

 

Химиялық  қасиеттері.

Металдардың химиялық қасиеттеріне олардың қоршаған орта әсеріне

(қышқыл, сілті,  су, ылғал, ауа, газ, жоғары температура  т.б.), қарсыласу қабілеті жатады. Металдар әртүрлі орта әсеріне  бірдей төзімділік көрсетпейді.

Мысалы, ауадағы  оттегі мен ылғалдың әсерінен коррозияға ұшырайды:

болат пен шойын  тоттанады, қоланың бетін жасыл  түсті мыстың тотығы басады. Болатты  ашық отта қыздырса, оның бетінде қақ  пайда болады, ал күкірт қышқылына  салса, ол ериді. Алтын, күміс, платина суда жоғары төзімділік көрсетеді.

 

Технологиялық қасиеттері.

Металдардың технологиялық  қасиеттеріне оның түрлі әдістермен өңделу

қасиеті жатады. Бұл қасиеттерге кесумен өңделу, пісірумен өңделу, қысыммен өңделу (еркін соғумен, прокаттаумен, штамптаумен т.б.), шынығу тереңдігі, сұйық күйінде аққыштығы және шөгуі (сұйық метал қатқанда көлемінің кішірейуі) жатады.

 

Эксплуатациялық қасиеттері.

Металдардың эксплуатаңиялық  қасиеттері олардың нақты бір  жағдайлар-

да жұмыс істей алу қабілетін сипаттайды. Бұл қасиеттерге тозуға төзімділік, антрификциялық қасиет (материалдың төменгі үйкеліс коэффициентін қамтамасыз ету), коррозияға төзімділік, ыстыққа төзімділік, суыққа төзімділік (нөлден -269°С дейінгі температураларда тұтқырлығын сақтау) жатады.

 

Пайдаланылған әдебиеттер:

 

1. Ғазалиев А. У., Егорев В. В., Исин Д. К.  «Машина жасау өндірісінің

технологиялық және химиялық процестері». Алматы: Білім, 2010,-794 бет.

 

2. ОхановЕ.Л., Самсаев М.Б. «Материалтану және конрукциялық

материалдар технологиясы». Алматы. «Бастау» баспаханасы, 2009.-232бет