Металтану және термиялық өндеу

Белгіленген мөлшерден тыс шықпайтын компоненттің концентрациясында, қорытпа

қатты күйдегі компонентінің шексіз ерігіштігіне ұқсас кристалданады. (5.5. сурет Ι

қорытпаның салқындау қисығы). Белгіленген мөлшерден тыс шығатын компонент

концентрациясында (dcƒ- учаскі) қорытпа механикалық қоспаға сәйкес кристалданады. (ΙΙ

қорытпадағы салқындау қисығы, 5.5 (б) сурет).

30

Сүр. Компоненттің қатты күйіндегі қорытпа ерігіштігінің шектеулі екенін көрсететін

диаграмма(а) және типтік қорытпалардың салқындату қисығы (б)

С нүктесіне сәйкес келетін қорытпа-эвтектикалық болып табылады. Қорытпа қатты

ерітіндінің α және β, және ұсақ дисперсті кристалдан құралған.

Таза күйдегі компоненттің кристалдары бірде-бір қорытпада кездеспейді.

Компоненттері химиялық қосылыс түзетін қорытпаның күй диаграммасы

Күй диаграммасы 5.6-суретте келтірілген.

Сүр. 5.6. Компоненттері химиялық қосылыс түзетін қорытпаның күй диаграммасы

Күй диаграммасы күрделі, бірнеше қарапайым диаграммадан құралған. Компоненттің

саны мен диаграмманың мөлшері жүйенің негізгі компонентінің қанша химиялық қосылыс

құрағанына байланысты болады.

Фаза саны мен қарапайым диаграмманың көрінісі компоненттердің өзара ара

қатынасының байланысымен анықталады.

Эвт1(кр.А + кр.АmВn);

Эвт2(кр.В + кр.АmВn).

31

Қатты күйде фазалық өзгеріске ұшырайтын қорытпаның күй

диаграммасы

Күй диаграмманың жағдайы 5.7 суретте келтірілген.

Сыртқы көрінісіне қарағанда диаграммамен компоненттің қатты күйіндегі қорытпа

ерігіштігінің шектеулігі көрсететін диаграммаға ұқсас. Айырмашылығы шектеулігі ерігіштің

сызығы концентрация осіне перпендикуляр емес. Температура төмендегенде біртекті қатты

ерітіндіден екінші реттік фазалар аймақтары пайда болады.

Диаграммада:

• df- В компонентінің А компонентіндегі ауыспалы шектеулі еріткіштігінің сызығы.

• ek- А компонентінің В компонентіндегі ауыспалы шектеулі еріткіштігінің сызығы.

Сүр.5.7. Қатты күйде фазалық өзгеріске ұшырайтын қорытпаның күй диаграммасы(а) және

салқындау қисығы (б)

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.

33

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 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 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: