52.Метал қасиеттері және оларды анықтау тәсілдері

Құрылымы мен құрамының айырмашылығына байланысты металдардың қасиеттері әртүрлі болады, ал қолданылуына қарай оларға түрлі талаптар қойылады. Мысалы, кесу аспаптарын жасау үшін металдардың жоғары беріктілігі, қаттылығы, тозуға төзімділігі, ал ұшу аппараттарын жасау үшін метал беріктігі мен қоса ол жеңіл болуы қажет.

Металдардың механикалық, физикалық, химиялық, технологиялық және эксплуатациялық қасиеттері болады.

Металдардың механикалық қасиеттері

Металдардың механикалық қасиеттеріне беріктік, қаттылық, созылғыштық және серпімділік жатады. Қатты денеге сырттан түсірілген күш онда кернеу мен деформация тудырады. Кернеу деп түскен күштің көлденең қимасы ауданына қатынасын айтамыз, МПа:

, (1.1)

мұндағы, Р-түсетін күш, МН;

F-көлденең қимасының ауданы, мм².

Металдағы кернеу нәтижесінде деформация пайда болады. Деформация-күш түскендегі дененің формасы мен мөлшерлерінің өзгеруі. Деформация серпімді және пластикалық болып екі түрге бөлінеді.

Серпімді деформация деп сыртқы күштің әсері тоқталғаннан кейін дененің пішіні, құрылысы және қасиеттері бастапқы күйіне келетін деформацияларды айтады. Серпімді деформация кезінде кристалдық торда атомдар шамалы қайтымды ығысады, ал кристалдық блоктар бұрылыстар жасауы мүмкін. Сыртқы күштің әсерінен монокристалл созылғанда, атомдардың ара қашықтығы артады, ал сығылғанда кемиді. Атомдардың тепе-теңдік күйінен мұндай ауытқуы электростатикалық тартылыс және тебіліс күштерінің теңгерілуін бұзады, сондықтан сыртқы күштің әсері жойылғанда ығысқан атомдар тартылыс және тебіліс күштерінің әсерінен бұрынғы тепе-теңдік күйіне қайтып келеді, ал кристалдар өзінің бастапқы пішінін және құрылысын сақтап қалады.

Пластикалық деформациялар кезінде жанама кернеулер белгілі мәннен (серпімділік шегінен) асып кететіндіктен, деформациялар қайтымсыз деп саналады. Сыртқы күштің әсері тоқталғанда тек деформацияның серпімді құраушысы ғана жойылады, ал пластикалық құраушысы қалып қалады.

Кристалда пластикалық деформациялар сырғанау және қосарлану арқылы жүзеге асады. Пластикалық деформация кезінде кристалдың бір бөлігінің екінші бөлігіне қарасаты бір мезетте тайғанауы (ығысуы), атомдардың кристалдық тордың белгілі жазықтықтарында орын ауыстыруы арқылы жүзеге асады. 1.9, а суретінде көрсетілген ығысу іске асу үшін нақты металды деформациялауға қажет күштен жүздеген есе көп күш қажет. 1.9, б суретінен нақты металда тайғанау қалай жүзеге асатынын көреміз. Нақты металдың кристалында бірқатар жеткіліксіздіктер – дислокациялар (атомдар орналаспаған бос орындар) болады, сондықтан нақты металда пластикалық ығысулар дислокациялардың орын ауыстыру салдарынан жүреді. 1.9, б суретінде ығысу деформациясының сұлбасы көрсетілген, осыдан жеке дислокацияның жалпы кристалл бойымен орын ауыстыруы осы кристалдың сәйкес бөлігінің бір атом аралық қашықтыққа ығысуына әкеп соғатыны көрінеді.

Күш мөлшері асқан сайын серпімді деформация пластикалық созылғыш деформацияға айналып, күш әсері тым өскенде метал сынып кетеді.

Беріктік - қатты дененің статикалық немесе динамикалық күштер түскендегі қирамай қарсылық көрсету. Беріктікті созу, сығу, ию және бұрау сияқты статикалық күштер түсіру арқылы анықтайды.

Нақты металда дислокациялар саны өте көп. Дислокациялардың пайда болуы біраз энергияны қажет етеді, бірақ олар өте жеңіл орын ауыстырады.

Сонымен дислокация кезінде атомдар орналасқан жазықтық бір мезетте ығысуы мүлдем қажет емес, тек қана дислокациялардың жазықтық бойымен тайғанауы арқылы ығысады. Егер кристалда дислокация мүлдем жоқ болса, оның беріктігі өте жоғары теориялық мәніне тең болар еді. Дислокациялар санын көбейту арқылы металл беріктігін жоғарылату үшін оны термомеханикалық және термиялық өңдеуден өткізеді, сондай-ақ бөлме температурасында салқын деформациядан өткізеді. Салқын деформация кезінде металдың беріктігін арттыру жапсыру деп аталады, металдың беріктігі мен қаттылығы артады, ал иілгіштігі кемиді.

Динамикалық күш түскендегі беріктік соғу тұтқырлығымен анықталады:

, (1.2)

Мұндағы, А- үлгіні қиратуға жұмсалған жұмыс, Дж;

F-үлгінің тілінген ауданы, м².

Қаттылық – металдың ішкі қабатына сыртқы дененің енуіне, металдың көрсететін қарсы әсер күші.

Созылғыштық - материалдың қирамай, пішіні мен мөлшерінің өзгеру қабілеті.

Серпімділік - металдардың күш түскенде өз пішінін өзгертіп, күш қайтқанда бұрынғы қалпына келу қабілеті.

Металдың механикалық қасиеттерін сынау әдістері

Металға әсер етуші күшті (жүктемені) түсіру әдісіне байланысты оның механикалық қасиеттерін сынау әдістері үш топқа бөледі:

1. Статикалық, мұнда күш баяу және бір қалыпты өседі (оған созу, сығу, бұрау, кесу, қаттылығын анықтау сынақтары жатады).

2. Динамикалық, мұнда күш өте жылдам өседі (оған соққы арқылы сынау жатады).

3. Қайталанатын-айнымалы, мұнда күштің шамасы сынау барысында бірнеше рет өзгереді немесе күштің шамасы да, бағыты да өзгеріп тұрады (оған металды қажыту арқылы сынау жатады).

Металдың химиялық қасиеттері

Металдардың химиялық қасиеттеріне оның сыртқы қоршаған ортада қышқыл, сілті, су, ылғал, ауа, газ, жоғары температура т.б., демек коррозияға (тоттанбау) қарсы беріктігі жатады. Барлық металдар әртүрлі ортада бірдей төзімділік көрсетпейді.

Металдың технологиялық қасиеттері

Металдардың технологиялық қасиеттеріне оның түрлі әдістерімен өңделе алу қабілеті жатады. Металл өңдеу станоктарында штамптау, пісіру әдістерімен тек қана болаттарды және түрлі қоспаларды өңдеуге болады. Құйма құю өндірісінде болатқа қарағанда шойынның сұйық ағулық қасиеті жоғары. Металл өңдеу станоктарында болат пен шойын кесу аспаптарының материалдарына байланысты өңделеді. Болатты титан вольфрам, кобальт; шойынды вольфрам, кобальт; қатты қорытпаларды карбитпен өңдейді.

Металдың эксплуатациялық қасиеттері

Олардың қатарына металдармен қорытпалардың төменгі және жоғары температурада, радиациясы жоғары ортада жұмыс атқару қабілеті жатады. Қайсы бір механизм немесе машина болмасын оның жұмыс режимі бұзылмаса, қажетті май, су, эмульсия ретімен берілсе, онда оның эксплуатациялық қасиеті төмендемейді. Металдардың эксплуатациялық қасиеттерін арттырудың ең маңызды шаралары ретінде конструкциялық шешім дұрыс болуы керек, әрі қолданылатын материалдардың сапасы оның жұмыс жағдайына сәйкес болуы қажет.

Дегенмен эксплуатациялық қасиеттер қатарына мыналар жатады: тот баспау, суыққа және ыстыққа төзімділік, ыстыққа беріктілік, антифракциялылық.

Тот баспау - қорытпалардың қышқылды және сілтілі ортада тот баспау қабілеті.

Суыққа төзімділік - қорытпаның 0⁰–тан төменгі температурада пластикалық қасиетін жоғалтпауы.

Ыстыққа төзімділік - қорытпаның жоғары температуралы газды ортада тотықпауы.

Ыстыққа беріктілік - деп қорытпаның жоғары температурада механикалық қасиеттерін сақтау қабілетін айтады.

Антифракциялық - қасиеті дегеніміз бір қорытпаның жұмыс барысында екінші қорытпаның нәтижелі жұмыс атқару мүмкіншілігі. Мысалы, болат пен қола, шойын мен болат (құрамына әртүрлі металдардан жасалған детальдар үйкеліс кезінде шыдамды келеді).