Металтану және термиялық өндеу

фазадағы ұрық мөлшерінен тәуелділігі 3.3 суретте көрсетілген.

Критикалыққа сәйкес және үлкен мөлшерлерлі ұрықтар энергияның азаюымен қатар

өседі сондықтан олардың болуы мүмкіндігі жоғары.

17

Сүр.3.3.Қатты фазаның ұрық мөлшері жүйе энергиясына байланысы

Кристалдану механизмі 3.4 суретте көрсетілген.

Сүр.3.4.Кристалдану үрдісінің моделі

Бастапқы фазада кристалдану орталықтары бір – біріене тәуелсіз кездейсоқ жерлерде

түзеледі. Бастапқыда кристалдар дұрыс пішінді болады, бірақ өзге кристалдармен бірігіп

және соқтығысып қалуы нәтижесінде пішіні бұзылады. Ұлғаю тек қоректендіруші ортаға

емін – еркін өтуге болатын бағытта ғана жалғасады. Кристалдану аяқталған кейін

поликристалдық денеге ие боламыз.

Кристалданудың сапалық сызбасы мөлшерлік кинетикалық қисық арқылы кескінделуі

де мүмкін. ( 3.5 сурет)

Сүр.3.5. Кристалдануды үрдісінің кинетикалық қисығы

Бастапқыда кристалдардың соқтығысуы, олардың өсуіне кедергі болғанша үрдіс тез

жүреді. Кристалдар түзелетін сұйық фазаның көлемі азаяды. Кристалдану үрдісі

аяқталғаннан кейін металл көлемінің 50%- нда жылдамдығы баяулай түседі.

Сондықтан, кристалдану үрдісі- кристалдану орталықтарынан және осы орталықтардан

кристалдардың өсуінің түзілуінен тұрады.

Өз кезегінде, кристалдану орталықтарының саны (о.с.) және кристалдардың өсу

жылдамдығы ( ө.ж.) аса салқындау дәрежесіне тәуелді ( 3.6 сурет).

Түзелген кристалдардың мөлшері, түзелген кристалдану орталықтары санының және

кристалдану температурасындағы кристалдардың өсу жылдамдығына қатынасына тәуелді

болады.ТS кристалданудың тепе-теңдік темперетурасында түзелген кристалл

18

орталықтарының санымен олардың өсу жылдамдықтары нөлге тең болады, сондықтан

кристалдану үрдісі жүрмейді.

Егер сұйықты (а) температурасына сәйкес температураға шейін салқындатасақ, ірі

түйіршіктер түзеледі (түзелген орталықтардың саны көп емес, ал өсу жылдамдығы үлкен).

Егер ( в) температурасына шейін аса салқындататын болсақ – ұсақ түйіршіктер түзеледі

(түзелген орталықтар саны көп, ал олардың өсу жылдамдықтары төмен).

Егер металды қатты тоңазытатын болсақ, онда орталықтардың саны және

кристалдардың өсу жылдамдығы нөлге тең болады, сұйық кристалданбайды, аморфты дене

түзеледі. Тоңазуға бейімділігі аз металдар үшін қисықтың шығыңқы бөлігінің тармақтары

тәжірибелік жолмен табылады.

Сүр. 3.6.Өсу жылдамдығы мен орталықтарының саны аса салқындау дәрежесіне тәуелділігі.

Ұсақ түйіршікті құрылым алу шарты

Ұсақ түйіршікті құрылым алуға тырысады. Ол үшін, ең көп кристалдану

орталықтарының саны және кристалдардың өсу жылдамдығының аздығы, тиімді шарттары

болып табылады.

Кристалдану кезінде түйіршіктердің мөлшері, дайын кристалдану орталығы болып

табылатын ерімейтін қоспа бөлшектері: оксидтер, нитридтер, сульфидтер бөлшектерінің

санына тәуелді болады.

Неғұрлым бөлшектер саны көп болса, соғұрлым кристалданған металл түйіршіктері ұсақ

болады.Құйма қалып қабырғаларының кедір-бұдырлы болуы салдарынан кристалдану

жылдамдығы артады.

Металға бөгде заттектерді – модификаторларды, қосқанда, ұсақ түйіршікті құрылымды,

модификациялау нәтижесінде алуға болады.

Әсер ету механизіміне қарай бөлінеді:

1.қосымша кристалдану орталығы ретінде қолданылатын, сұйық металда ерімейтін –

заттектер.

2.өсіп келе жатырған кристал бетіне тұна отырып, олардың өсуіне кедергі жасайтын және

металда еритін – беттік активті заттектер.

Металл кесегінің құрылымы

Чернов Д.К. болат кесегінің сызбасы 3.7 суретте берілген.

Кесек үш аймақтан құралады:

1.Ұсақ кристалды қабыршақты аймақ;

2.Діңгек тәрізді кристалдар аймағы;

3.Ірі тепе-тең кристалдардың ішкі аймағы;

Қабыршақты аймақтың кристалдануы тоңазытудың ең жоғары жағдайында жүреді.

Кристалдану жылдамдығы кристалдану орталықтарының үлкен санымен анықталады. Ұсақ

түйіршікті құрылым қалыптасады.

Қабыршақ астындағы сұйық металл нашар тоңазыту жағдайында болады. Орталықтар саны

шектеулі және кристалдану үрдісі олардың үлкен мөлшерге шейін қарқынды өсуі

нәтижесінде жүреді.

19

Екінші топтағы кристалдардың өсуі бағытталған сипатқа ие. Олар қалып құйманың

қабырғаларына перпендикуляр өседі, ағаш тәріздес кристалл – дендриттер түзеледі (сурет

3.8). Дендриттер жылудың кайтарылу бағытына жақын бағытта өседі.

Сүр.3.7. Металл кесегінің сызбасы

Сүр. 3.8. Чернов Д.К. бойынша дендриттің сызбасы

Кристалдануы аяқталмаған металдың жылу қайтарғыш кесек ортасында әртүрлі

бағытта тегістелсе, ал орталық аймақта кездейсоқ бағыттағы ірі дендриттер түзеледі.

Діңгек тәрізді кристалдар кристалдану үрдісі барысында түйіседі, бұл құбылыс

транскристалдану деп аталады.Пластикалығы төмен металдар мен болаттар үшін бұл

құбылыс қолайсыз, өйткені кезекті соққылай илеу кезінде түйісу аймағында жарықшақтар

түзеледі.

Металл кесектің беткі бөлігінде, металл жұмсағырақ болатын(шамамен кесек

ұзындығының 15...20%), кесуге немесе қайта балқытылуға тиісті қабыршақтар түзеледі.

Металдарды зерттеу әдістері: құрылымдық және физикалық.

Металдар мен балқымалар әртүрлі қасиетке ие. Металды зерттеудің бір тәсілін қолдана

отырып, барлық қасиеттері жайлы мәлімет алу мүмкін емес. Талдаудың бірнеше түрін

қолданамыз.

Химиялық құрамының анықталуы

Талдаудың сапалық әдісі қолданылады.

20

1.Егер жоғары дәлдікті керек етпесе, спектрлік талдауды қолданамыз.Спектрлік талдау мыс

электроды мен зерттелетін металл арасында жасанды жолмен алынатын электр доғасы

мен ұшқындар спектрлерінің ыдырауына және зерттелуіне негізделген.

Доға жанғанда, жарық сәулесі призма арқылы спектрлік талдануы үшін окулярға

түседі.Спектрлік сызықтың түсі мен концентрациясы, химиялық элементтің құрамын

анықтауға мүмкіндік береді.

Қозғалмайтын және жылжымалы стилоскоптар қолданылады.

2.Құрамы жайында дәлірек мәліметті рентгенспектірлік талдау береді.

Микроталдағыштарда жүргізіледі. Қорытпаның фазалық құрамын, атомдардың диффузиялық

жылжығыштығы сипаттамасын анықтайды .

Құрылымының зерттелуі

Макро,микро және жұқа құрылымды деп үшке бөлінеді.

1.Макроқұрылымдық талдау - металдың және қорытпаның құрылымын жай көзбен немесе

лупаның көмегімен сәл ғана ұлғайтып зерттеу. Зерттелетін бет алдын ала дайындалғанан

кейін (арнайы реактивтермен залалсыздандырылып және ыспаланады) жүзеге асырылады.

Құйылған, созылған, штампталған дайындамалары өндірісінің әртүрлі сатыларында

туындайтын ақауларды, сонымен қатар бөлшектердің бұзылу себептерін анықтауға

мүмкіндік береді.Бұзылыстардың түрлерін: (тұтқыр,мортсынғыш);құйылған металл

түйіршіктері мен дендридтерінің өлшемі, пішіні және орналасуы;металл тұтастығын бұзушы

(орнықты кеуектілік, газ көпіршіктері, қабыршақтар,жарықшалар); кристалдану үрдісі

немесе термиялық және химиялы-термиялық өңдеу салдарынан туындайтын, металдың

химиялық біртекті еместігін; деформацияланған металдардағы талшықтарды – анықтайды.

2.Микроқұрылымдық талдау – бетті жарықтық микроскоптардың көмегімен зерттейді. 50 –

2000 рет ұлғайту. Өлшемі 0,2 мкм-ге дейін элементтердің құрылымын анықтауға мүмкіндік

береді. Жарыққа шағылыстырып қарайтын болғандықтан, жылтыр, тегістелген бетті

микрошлиф – үлгі қолданылады. Микрожарықшалар мен металл емес кірмелерді көруге

болады.Микро құрылымды анықтау үшін бетті, қорытпаның құрамына байланысты,

реактивтермен өңделеді. Әртүрлі фазалар біркелкі емес өңделеді және боялады.

Құрылымдық құраушыларды және бөлек фазаларды, түйіршіктердің пішінін, өлшемін және

бағыттарын анықтауға болады.

Жарықтық микроскоптар мен қатар жоғары ұлғайғыштық мүмкіншілікке ие электронды

микроскоптар кеңінен қолданылады. Бейне тез ұшатын электрон ағыны көмегімен

кескінделеді. Толқын ұзындығы (0,04...0,12)*10-8 см – электронды сәулелер объект

бөлшектерін сәйкесінше атом аралық арақашықтықтарына қарай ажыратуға мүмкіндік

береді.

Микроскоптар. Электрон ағыны зерттелуші объект арқылы өтеді.Бейне электрондардың

объект бетінде біртекті емес таралуының нәтижесі болып табылады. Зерттеу әдістерін

жанама және тура деп екіге бөледі. Жанама әдіс барысында объекттің өзі емес, оның кварц

немесе көмір құймасына қалдырған, микрошлиф бедерлерін қескіндейтін ізі, бұрмаланған

бейнені екінші реттік сәулеленуін ескерту үшін, зерттейді.Тура әдіс кезінде қалыңдығы

300мкм болатын жұқа металл фольгаларды саңылау арқылы зерттейді. Фольга тек

зерттелетін металдан жасалады.

Растрлы микроскоптар. Бейне, бірінші реттік электрон ағындары үздіксіз араласып түсетін

беткі қабатта, екінші реттік электрондар ағыны эмиссиялануы, арқылы алынады. Металл беті

ғана зерттеледі.

Қатты денелердің (жұқа құрылым) атомдық – кристалдық құрылымды атты ертінділер

түрлері, микрокернеу, ақаулар концентрациясы, нүктелік ақаулар тығыздығы арасында

байланыс орнатады.

Физикалық зерттеу әдістері

1.Термиялық талдау – жылулық эффект құбылысына негізделген. Фазалық алмасулардың

жылулық эффектпен ілесе жүруі нәтижесінде фазалық алмасу температурсында,

21

қорытпалардың салқындау қисығынан иілу нүктелерін немесе температуралар тұрақтауын

көруге болады.

2.Дилатометрлік әдіс.

Қыздыру барысында металдар мен қорытпалардың көлемі және сызықтық өлшемдері

өзгереді – жылулық ұлғаю. Егер көлемнің өзгеруі атомдардың тербеліс энергиясының

өзгеруімен туындаса, салқындау кезінде керісінше көлемі қалпына келеді. Фазалық ауысулар

кезіндегі көлем өзгерісі – қайтымсыз.

Бұл әдіс: қорытпаның критикалық нүктелерін, фазалардың температуралық интервалын,

қатты ерітінділердің ыдырау үрдісін анықтауға мүмкіндік береді.

3.Магниттік талдау.

Парамагниттік күйден ферромагниттік күйге (немесе керісінше) байланысты үрдістерде

зерттеуде, сонымен қатар осы үрдістердің сапалық бағасын беруде қолданылады.

Бақылау сұрақтары:

1.Кристалдану дегеніміз не?

2.Металл кесегінің құрылымын сипаттаңыз

3.Кристалдану кезінде түйіршіктерге неге тәуелді болады?

4.Физикалық зерттеу әдістері қандай?

5.Құрылымды зерттеу түрлері?

Глоссарий

Кристалдану – бұл сұйық фазада кристалдық тор телімдерінің құрылу үрдісі және сол

құрылған орталықтардан кристалдардың өсіуін айтамыз.

Металға бөгде заттектер – модификаторлар

Ттеор. – кристалданудың теориялық температурасы;

Сұйықты кристалданудың тепе - теңдік температурасынан төмен температурада

салқындатуды аса салқындату деп атайды және аса салқындату дәрежесі (ΔТ) – мен

сипатталады;

ΔТ = Ттеор – Ткр.

Кристалданудың басталу температурасы кристалданудың нақты температурасы деп аталады-

Ткр. – кристалданудың нақты температурасы;

ТS – тепе-теңдік немесе кристалданудың теориялық темперетурасы.

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.