Легірлеу және қоспалардың кернеу қисық сызығына әсері.
Қатты ерітінділердің пластикалық деформация ерекшеліктерін және гетерофазалық қорытпаларды анықтау деформациялық беріктендіруге легірлеудің негізгі эффектілерін түсіндіруге мүмкіндек береді.
Техникалық металдардағы қлспалар мен қатты ерітінді құрамына кіретін легірлеуші элементтер созу кезіндегі қисық сызыққа әсіресі дислокацияларға қоспалық атмосфералар түзу арқылы әсерін тигізеді. Бұл әсер мпластикалық деформацияның бастапқы кезеңдерінде байқалады.
Концентрацияланған қатты ерітінділерді деформациялық беріктендіруді таз металдардан айыра отырып, дар сырғанау үшін дұрыс бағдарланған монокристалдардың сәйкес қисық сызығын салуға болады. 12-суретте мұндай қисық сызық никель мен оның негізіндегі қорытпаларға кобальттың қатты ерітіндісіне келтірілген. Жалпы алғанда, таза металдар мен қатты ерітінділер беріктендіруін анықтайтын, процестер де ұқсас, қисық сызықтар сипаты да ұқсас. Сол сияқты легірлеуші элементтің ықпалы көрініп тұрады: 1) критикалық сырғанау кернеуінің артуы; 2) еркін сырғанау кезеңінің ұзаруы; 3) кернеудің 2-ші және әсіресе, 3-ші кезеңдерге ауысуының артуы; 4) 3-ші кезеңде деформациялық беріктендірудің артуы.
Критикалық кернеу сырғуының артуы торда бөтен атомдар болған кезде дислокация сырғуы кезінде үйкеліс күштерінің артуымен байланысты. Легірлеу кезінде 1-ші кезеңнің ұзақтығының артуы – жаңа жазықтықтарда сырғанаудың басталуының қиындауының нәтижесі. Егер сырғудың критикалық кернеуі артса, онда жаңа жазықтықтарда сырғанауды икемдеу (иницирования) үшін қажетті қатты күйдегі дислокация жиналуындағы кернеу концентрациясы да өседі және жеңіл сырғанау үлкен деформация шамасына дейін жалғаса алады.
12-сурет. 295 К кезінде никель мен кобальттың қатты
ерітіндісіндегі деформациялық беріктендіру қисықтары.
Әсіресе, кернеудің үшінші кезеңге ауысуы және осы кезде беріктендіру коэффициентінің жоғарылауы маңызды болып табылады. Бұл легірлеу нәтижесінде дислокацияның көлденең сырғуының (үйкеліс күшінің артуынан) және реттелуінің қиындауы және жиынтық ақауы энергисының төмендеуімен байланысты. Нәтижесінде деформациялық беріктендіру коэффициенті және поликристалл қорытпалардың қатты ерітінділерінің ағын кернеуі таза металдардікінен неғұрлым жоғары болады. Таза метал мен қатты ерітіндінің деформациялық беріктенуінің мөлшерлік айырымы үлкен шамада тербеліп тұрады, және тор типімен және жиынтық ақауы энергиясы, еріткіш және қоспа атомдарының өлшемдік және электрохимиялық сәйкессіздігі (ол тордың бұзылу дәрежесімен легірлеу кезіндегі үйкеліс күшінің өсуі), тәртіп дәрежесі сияқты параметрлермен анықталады. Мысалы, бөлме температурасында реттелеген құрылымды Ni3Fe, Cu3 Аu и Au3 Cu поликристалдарының г.ц.к. беірктендіру коэффициенті, әрі қарай реттелудің болмауыныан екі есе үлкен. Сол сияқты, о.ц.к. және г.ц.к. торлы қорытпалардың реттелуі деформациялық беріктендіру кезінде онша байқалмайды. Қорытпа және бастапқы металл жиынтығы ақауының энергиясы айырымының ұлғаюы, сол сияқты, легірлеуші элементтің пен негіздің атомдық дәрежесінің сәйкессіздігі деформациялық беріктендіруде айырмашылықты арттыру жағдайлары бірдей болған кезде . Сынақ температурасы неғұрлым төмен болса, соғұрлым, таза металдар мен қатты ерітінділер арасындағы айырым шамасы жоғарырақ болады. Бірақ, олар реттелумен негізделсе, онда температураның әсері бір шамалы балмайды: температура өскен кезде, деформациялық беріктендіру кезіндегі айырым артады, және керісінше болады.
Шығын фазаларының түзілуіне әкелетін легірлеуші элементтер пластикалық ағын басталғаннан бастап, деформациялық беріктенуді күшейтеді. Дисперстік бөлінулер шамасы жоғары шамада болғанда жеңіл сырғанау кезеңі толығымен сығылған болуы мүмкін және монокристалдың беріктену қисық сызығының көрінісі поликристалдікіндей болады. Мұндай қорытпалардың деформация шамасы бойынша беріктендіру дәрежесі бастапқы кезеңнің өзінде өседі. Себебі, бөлшектер араларындағы сәйкес «ықпалды” ара қашықтықтың кішіреюі мен сол бөлшектерде дислокациялық петельдің түзілуінің ұлғаюы жүреді. Екінші фаза бөлшектері дислокацияның конверсиондық және конверсиондық емес қозғалыстарын – көлденең сырғанау және өте қатты сырғуды қиындатады. Сондықтан, беріктендіру коэффициентінің ұлғаюы мен деформацияның барлық кезеңдерінде кез-келген температурада ағын кернеуінің артуына қабілетін арттырады.
Пластикалық деформация процесінде нүктелік ақаулар концентрациясы, бірінші кезекте, вакансиялар кенет артады. Бұл сынақ кезінде диффузиондық процестердің шапшаңдауына әкеледі. Техникалық қорытпаларда сынақ процесіндегі диффузияның шапшаңдауы жиі байқалады және ол маңызды болып табылады. Бұл алдымен диффузиондық фазалық алмасулар жүретін қорытпаларға жатады. Соңғысы, әсіресе сынақ температурасы жоғары болған кезде, беріктендіру қисығы жолында әр түрлі анамалияларға әкелуі мүмкін. Мысалы, ескіретін қорытпаларда белгілі диапазонда температураның жоғарылауы, материалға сынақ жүргізгенге дейін бір фазалық деформациялық беріктендіру коэффициенті мен ағын кернеуі деңгейінің жоғарылауына әкеледі.
Жоғары дисперсті металдар мен қорытпаларда бір уақытта кернеу мен жоғары температура әсері жоғары дәрежедегі пластиналылық болуына әкеледі. Оның мысалы ретінде А.А.Бочвар мен З.А.Свидерскйй ашқан, құрамында 22% цинк бар монотектойдтық цинко-алюминий қорытпаларының жоғары дәрежедегі пластикалық құбылысын қарастыруға болады. Бұл қорытпаның үлгісін белгілі созу жылдамдығы аралығында және 473...543 К температурада жоғары пластикалық деформацияның барлық белгілерін көруге болады. Мұндай деформация үшін үлкен ұзарудан басқа, (102-103 %) созу қисығының үлкен бөлігінде баяу төмендейтін ағынның өте төмен кернеулерімен сипатталады. Мұндай аномальдік беріктендіру тұрақты деформациялау жылдамдығымен (үлгі ұзындығы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым, салыстырмалы ұзаруға абсолют ұзару мен деформацияның төменгі жылдамдығы сәйкес келеді) сынақ жүргізу процесінде деформация жылдамдығының біршама төмендеуімен негізделген. Деформацияның бәсеңдеуі нәтижесінде шекаралық зоналарда термиялық активті процестер толық жүруге үлгереді де, дәнекше аралық деформация жеңіл жүреді, ағын кернеуі төмендейді.
10-лекция.
Статикалық сынақтарда анықталатын механикалық қасиеттер. Созуға сынау және созу диаграммасын сипаттайтын нүктелер. Пластикалық қасиеттер. Пластикалық деформация жұмысы.
Статикалық сынақтарда анықталатын механикалық қасиеттер.
Көп жағдайда конструкциялардағы металл материалдар статикалық жүктемелер ықпалында жұмыс істейді. Сондықтан, статикалық сынақтар жүргізу кеңінен тараған және үлгідегі әр түрлі кернеулі күй схемаларын пайдалану арқылы жүргізіледі. Статикалық сынақтардың негізгі түрлеріне: созуға сынау, сығуға сынау, июге сынау және бұрауға сынау жатады.
Созуға сынау және созу диаграммасын сипаттайтын нүктелер.
Бір осьтік созуға сынау - механикалық металдарды бағалау үшін ең кеңінен тараған сынақ түрі. Созуға сынау әдістемелері стандартталған. Үлгілердің көп бөлігінде негізгі жұмыс бөлігінен басқа қысқыштарға бекітуге арналған әр түрлі конфигурациялы бүршіктер бар.
13 – сурет. Созуға сынауға арналған стандартты үлгі.
Созу кезіндегі механикалық қасиетттер екі топқа бөлінеді: беріктік және платикалық. Беріктік қасиеттер – үлгі материалының деформация немесе қирауға қарсы тұра алу сипаттамалары. Стандартты беріктік стпаттамалдарының көп бөлігі созу диаграммасындағы белгілі нүктелердің күйі бойынша, шартты түрде созылғыш кернеулер түрінде есептейді. Практикада механикалық қасиеттерді сынақ машиналарының диаграммалық лентасында автоматты түрде жазылатын жүк - абсолют ұзару координаталарында бірінші реттік созу қисық сызықтарында анықтайды. Әр түрлі металдардың поликристалдары үшін осындай көп түрлі қисық сызықтарды үш типтке келтіруге болады (14-сурет).
14 – сурет. Бірінші реттік созу диаграммаларының түрлері: а) морт сыну; б) тең шамалы деформауциядан кейінгі қирау; в) мойынша түзілгеннен кейінгі қирау.
Диаграмма типіне байланысты есептеуге болатын және физикалық мәні бар сипаттамалар қатары да өзгереді. 15 – суретте (III типті диаграмма) ординаталар бойынша беріктік сипаттамаларын (σi=Рi/F0)/ есептеуге болатын нүктелері түсірілген. Басқа екі типті диаграммада мұндай нүктелерді салу мүмкін емес.
15 - сурет. Беріктік сипаттамаларын есептейтін созу диаграммасын сипаттайтын нүктелер.
Пропорционалдық шегі – үлгі материалы Гук заңынан ауытқымай тұра алатын кернеу.
Серпімділіктің шартты (условный) шегі – қалдық ұзару берілген шамаға жететін кернеу, әдетте оның шамасы 0,05%-ке тең. Кей жағдайда азырақ – 0,005%-ке тең. Осы кернеуде микропластикалық деформацияның алғашқы белгілері байқала бастайды.
Аққыштықтың шарттты шегі – қалдық ұзару берілген шамаға жететін кернеу, әдетте оның шамасы 0,25%-ке тең. Кей жағдайда – 0,01%; 0,3%-ке тең және одан жоғары. Осы кернеуде үлгі өзгермейтін жозу жүктеуінің әсерімен деформацияланады.
Беріктік шегі – ең жоғарғы тең шамалы деформация кедергісін сипаттайтын шартты (условный) кернеу.