Глоссарий
Қаттылық - металдың ішкі қабатына басқа қаттырақ дененің кіруіне қарсылық жасау қабілеті.
Созылғыштық -материалдың қирамай, формасы мен мөлшерінің өзгеру қабілеті.
Серпімділік- металдардың күш түскенде өз пішінін өзгертіп, күш қайтқанда бұрынғы қалпына келу кабілеті
Тот баспау - қорытпалардың қышқыл мен сілтілер орталығында тот баспау қабілеті.
Суыққа төзімділік - қорытпаның жоғары температурада пластикалық қасиеттерін жоғалтпауы.
Ыстыққа төзімділік - қорытпаның жоғары температурада газды ортада тотықпауы.
Ыстыққа беріктілік - деп қорытпаның жоғары температурада механикалық қасиеттерін сақтау қабілетін айтады.
Антифрикциялық қасиет - бір қорытпаның жұмыс барысында екінші қорытпамен нәтижелі жұмыс атқару мүмкіншілігі.
Феррит - көміртегінің альфа темірдегі (α-Ғе) қатты ерітіндісі.
Цементит- (Ғе3С) құрамында 6,67% көміртегі бар, күрделі торлы темірдің көміртегімен қосындысы.
Аустенит - көміртегінің гамма темірдегі (γ - Ғе) қатты ерітіндісі.
Перлит- құрамында 0,8% көміртегі бар, феррит пен цементиттің эвтектоидтық қоспасы.
Ледебурит - құрамында 43%-ды көміртегі бар цементит пен аустениттің эвтектикалық қоспасы.
Алитирлеу - ұнтақты қоспалармен жүргізіледі. Алитирленген бөлшектер жоғары температурада жұмыс істейді – 11500 С дейін, өйткені оның бетінде өте берік А12О3 алюминий тотығының қабығы пайда болады.
Хромдау - бұйым бетін хроммен диффузиялық қанықтыру. Хромдаудан кейін болаттың бет қабатының қаттылығы өте жоғары (НV=1600-800), тозуға, ыстыққа төзімділігі (8000 С дейін), тот баспайтындығы артады. Хромдау 9500-1100°С температурада өткізіледі, процесс өту уақыты 8 сағатқа дейін, қалыңдығы 0,2-0,25мм тең болады.
Силицирлеу - бұйым бет қабатын кремниймен қанықтыру.
Борлау - бет қабатын бормен қанықтыру. Бор бұйым бет қабатының қаттылығын НV=1800-2000 дейін, тозуға төзімділігін, тот баспайтындығын және жылуға төзімділігін қамтамасыз етеді. Бұл процесті 8500- 9500 С температурады ұнтақ қоспасында немесе сұйық ортада 2-6 сағат арасында ұстайды, бет қабатының қалыңдығы 0,15-0,35мм.
Аққыштық - ұнтақтың қалыпты толтыру қабілеті. Ұнтақ түйіршіктерінің мөлшеріне кемейіп, ылғалдығы артса аққыштық қабілеті төмендейді.
Престелгіштік - түскен күштің өсерінен престелгенде ұнтақтың тығыздалу қабілетін сипаттайды.
Пісірілгіштік деп престелген дайындамаларды термиялық өңдегенде ұнтақ түйіршіктерінің бірігіп қақтала жабысуын айтады.
Флюстер - шихта құрамындағы бос жыныс, отын күлі мен зиянды қоспаларды шлакқа айналдыру мақсатымен домна пешінің шихтасына қосылатын заттар.
Прокаттау - қарама-қарсы бағытта айналатын екі немесе бірнеше бөліктердің арасына металды енгізіп, қысу арқылы өңдеп қажетті пішін беруді айтады.
№1 Дәріс Металдардың атомдық кристалдық құрылысы.
Жоспары:
Металдардың кристалдық құрылысы.
Металдардың полиморфизмі. Металдардың анизотропиясы.
Кристалдық құрылыстың ақаулары.
Металдардың қатаю процесі.
Барлық химиялық элементтер металл және металл емес болып бөлінеді. Табиғатта 100-ге тарта элементтер бар, соның шамамен 80-і металдар. Барлық металдардың жалпы өзіне тән қасиеттері болады: созымды, электрмен жылу өткізгіштігі жоғары, ерекше металдық жылтыры, температура жоғарылаған сайын электр кедергісінің артуы және т.б. Мұндай қасиеттер металл қорытпаларында да бар.
Металл қасиеттерін өздерінің ерекше ішкі құрылысы қамтамасыз етеді. Металл атомын схема түрінде қарағанда оң зарядталған ядро мен оның жан-жағында әр түрлі қашықтықта айналып тұратын электроннан тұратын зат деуге болады. Бұл ядроның сыртқы қабаттағы (валенттілік) электрондарды тарту әсері ішкі қабаттағы электрондардың тарту әсерімен теңбе-тең. Сондықтан валенттілік электрондар оп-оңай ажырап, ешқандай кедергісіз барлық бағытта орын ауыстырып, қозғалып тұратын электрондық газ құрады. Егер металда потенциал айырмашылығын жасаса, онда электрондар бір бағытта қозғалып, электр тоғы пайда болады. Электрондық газ металға қасиетті металдық типті байланыс екендігін түсіндіріп, бұл байланыс өзінің табиғатында металл еместерде де кездесетін иондық және коваленттік байланысқа ұқсамайды. Заттардың атом аралық байланысының негізгі типтеріне иондық, коваленттік және металдық түрлері жатады. Техникалық таза металдардың беріктік қасиеттері төмен болғандықтан, машина жасауда негізінен олардың қорытпаларын пайдаланады. Темір негізінде алынған қорытпаларды қара металл деп атайды, оларға шойын мен болат жатады; алюминий, магний, титан және берилий негізінде алынған тығыздығы төмен қорытпаларды - жеңіл түсті деп; мыс, қорғасын, қалайы т.б. - ауыр түсті; цинк, кадмий, қалайы, қорғасын, висмут т.б. металдар негізінде алынған қорытпаларды - тез балқығыш түсті қорытпалар, ал молибден, ниобий, цирконий, вольфрам, ванадий негіздерінде қорытылған корытпаларды түсті баяу балқитын деп атайды.
Барлық металдар кристалдық құрылысы бар заттар. Металдардан басқа кристалдық құрылысы бар қатарына тұз, қант, алмас т.б. заттар жатады.
Металдардың кристалдық құрылысы. Барлық металдардың қатты күйінде кристалдық құрылысы және торы болады. Тор типтерінің көбірек кездесетін үш түрі болады (1.1-сурет):
1.1 -сурет. Металдардың кристалдық торлары:
а) көлемге шоғырланған; б) жағына шоғырланған; в) гексагоналды.
көлемге шоғырланған тор (К.Ш.Т.), жағына шоғырланған тор (Ж.Ш.Т.) және тығыз гексагональды тор (Т.Г.Т.). К.Ш.Т. жүйесінде Сг, Мо, W, V; Ж.Ш.Т. жүйесінде - Nі, А1, Сu, Рb; Т.Г.Т. жүйесінде Ве, Сd, Zn, Мg т.б. кристалданады.
Металдардың полиморфизмі. Кейбір металдарды қыздырғанда кристалдық торларының құрылысы өзгереді.
Бір металдың түрі кристалды формасының болуын полиморфизм деп, ал бір модификациядан екінші модификацияға ауысуын полиморфты деп атайды.
Металдардың жеке модификацияларын грек алфавиттерімен белгілейді: α, β, γ, δ және т.б. Мысалы, темір бөлме температурасында КШТ торлы болып, α - темір деп аталады. Ал, оны 7680С-қа дейін қыздырғанда α - темір магниттік қасиетін жоғалтып, кристалдық торы өзгереді. 9110С-да темірдің КШТ торы ЖШТ-ға айналады; ондай торы бар темірді γ - темір деп атайды. 1392°С-да α - темір КШТ торлы γ - темірге айналады. Ол темірдің балқу температурасы 1539°С-қа дейінгі аралықта болады. Полиморфты өзгерістерде кристалдық тордың өзгеруімен қатар металдардың қасиеттері едәуір өзгереді (көлемі, созылғыштығы, қаттылығы және т.б.). Сондықтан полиморфты өзгерістердің болуы көп жағдайда механикалық және температура жағдайында жұмыс атқарғанда металл қасиетін анықтайды.
Металдардың анизотропиясы. Мына 1.1-суретте көрсетілгендей түрлі жазықтықтағы кристалл торларының атом сандары мен арақашықтықтары әртүрлі. Осыған байланысты әртүрлі бағыттағы жеке кристалдардың (монокристалдар) қасиеттері бірыңғай болмайды. Мұндай құбылысты анизотропия деп атайды. Шын мәнісінде металдар мол кристалды болып, көптеген дәндерден (кристалдардан) тұрады.
Кристалды құрылыстың ақаулары. Кристалл торларында көптеген ақаулар кездеседі, олар нүктелік, сызықтық, жазықтық ақаулар.
Нүктелік ақауларға (1.2,а-сурет) кристалл торындағы бос торам 1, жылжыған атомдар 2, атом қоспалары 3 бос орындары жатады. Олар атомдардың жылу тербелістері, пластикалық деформация, металдарға қоспалар араласқанда пайда болып, бос орын болуына әсер етеді. Сызықтық ақаулардың негізгі түріне дислокация жатады. Дислокация дегеніміз, материалдардың кристалдануындағы өзгерістер 1.2,б-суретте шеткі дисслокация 4 кристаллографиялық жартылай жазықтың артқы жиегін көрсетеді. Мұндай ақаулардың мөлшері кішкентай, бірақ сопақша болып келеді.
Жазықтық ақаулары әдетте дәндер шекарасында бос жазықтықтарда пайда болады. Шекаралар ені 5-10 атомаралық қашықтықтай болады. Дәні ұсақ болған сайын кристалл беріктігі арта түседі.
1.2-сурет. Кристалл құрылымының ақаулары:
а) нүктелік ақаулар; 6) сызықтық ақаулар.
Металдардың кристалдануы.
Кристалдану деп, металда кристал торы пайда болып, сұйық күйден қатты күйге өту процесін айтады.
1. Металдардың қатаю процесі. 1878 жылы орыс оқымыстысы металлург Д.К. Чернов металдардың қатаюы кристалдану орталығының пайда болуынан басталатынын дәлелдеген. Олардың болашақ кристалдардың бастапқы (негізгі), сонан соң оларға перпендикуляр осьтері түзіле бастайды (1.За-сурет).
1.3-сурет. Дендриттің және сұйық металдың қатаю нобайлары:
а) дендриттің; б) сұйық металдың.
Осындай бастапқы кристалдар ағашқа ұқсас, дендрит деген атқа ие болады (гректің дендрен-ағаш деген сөзінен). Дендриттердің өсуі мен кристалдардың түзілуі ось аралық кеңістіктерді сұйық металмен толтыру арқылы жүреді. Кристалдар мөлшері өсе келе белгілі моментте бір-бірінің әртүрлі бағытта өсуіне кедергі жасап, әрқылы сырт пішінге ие болады. Ондай кристалдарды дәндер мөлшері мен оның саны кристалдану жылдамдығы мен өсуіне байланысты. Суыну жылдамдығы өскен сайын түйірлер саны артып, ол өсіп үлгермегендіктен металдағы дәндер саны азаяды. 2. Құйма құрылымы. Жоғарыда талқыланған кристалдану схемасы сом темірдің құрылысы бірыңғай еместігін көрсетеді. Оның құрылысында үш аймақ болады (1.4-сурет).
1.4-Құйма құрылымы
Сыртқы аймақ 1 сұйық металды жоғарғы жылдамдықпен құю нәтижесінде форманың суық қабырғаларымен жанасып, қатая бастағанда түзілетін ретсіз ұсақ дәндерден тұрады.
Сыртқы ұсақ дәнді аймақ түзілгеннен соң металдың қатаюы өзгеріп, суыну жылдамдығы томендеп, жылу форма қабырғаларына перпендикуляр бағытталып, ұзынша түрге (2) ие болады.
Сом темірдің ішкі жағы (3) сұйық металдың бірқалыпты суыну жағдайына осьтері бірыңғай болып түзіледі.
Бұл аумақта дәндер (1.3,б-суретте көрсетілгендей) белгісіз бағытта өседі. Қатаю процесінде сұйық металдың көлемі кеміп, (4) шөгу қуыстары пайда болады.Қолданылған әдебиет:
Сыздыков О.С. Конструкциялық материалдар технологиясы, Алматы, 1993г., 6-9бет.
2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение.- М.: Машиностроение, 1980.-С.484.
3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Металловедение и термическая обработка металлов.-М.: Металлургия, 1983.406с.
№2 Дәріс Металдардың механикалық қасиеттері.
Дәріс мақсаты: Металдардың механикалық қасиеттерімен таныстыру.
Негізгі сөздер: қорытпа, беріктік, серпімділік, тұтқырлық, деформация.
Дәріс жоспары:
Металдардың механикалық қасиеттері.
Металдардың технологиялық қасиеттері.
Металдардың эксплуатациялық қасиеттері.
Құрылымы мен құрамынының айырмашылығына байланысты металдардың қасиеттері әр түрлі болады, ал қолданылуына қарай оларға түрлі талаптар қойылады. Мысалы, кесу аспаптарын жасау үшін металдардың жоғары беріктілігі, қаттылығы, тозуға төзімділігі, ал ұшу аппараттарын жасау үшін металл беріктілігімен қоса ол жеңіл болуы қажет.
Металдардың механикалық, физикалық, химиялық, технологиялық және эксплуатациялык қасиеттері болады.
Механикалық қасиеттері беріктік, қаттылық, созылғыштық, соғу тұтқырлық және серпімділік жатады. Қатты денеге сырттан түсірген күш онда кернеу мен деформация тудырады. Металдағы кернеу нәтижесінде деформация пайда болады.
Деформация күш түскендегі дененің формасы мен мөлшерлерінің өзгеруі.
Беріктік қатты дененің статикалық немесе динамикалық күштер түскендегі қирамай қарсылық көрсету қабілеті. Беріктікті созу, сығу, ию және бұрау сияқты статикалық күштер түсіру арқылы анықтайды.
Қаттылық - металдың ішкі қабатына басқа қаттырақ дененің кіруіне қарсылық жасау қабілеті.
Созылғыштық материалдың қирамай, формасы мен мөлшерінің өзгеру қабілеті.
Серпімділік металдардың күш түскенде өз пішінін өзгертіп, күш қайтқанда бұрынғы қалпына келу кабілеті.
Физикалық қасиеттері. Металдар мен қорытпалардың физикалық қасиеттеріне балқу температурасы, тығыздығы, көлденең және көлемді ұлғаю коэффициенті, электр өткізгіштігі мен жылу өткізгіштігі жатады. Қорытпалардың физикалық қасиеттері олардың құрамы мен құрылысына байланысты.
Химиялық қасиеттері. Металдардың химиялық қасиеттеріне оның сыртқы ортадағы (қышқыл, сілті, су, ылғал, ауа, газ, жоғары температура т.б.), демек коррозияға (тоттанбау) қарсы беріктігі жатады. Барлық металдар әр түрлі ортада бірдей төзімділік көрсетпейді. Мысалы, қорғасын қышқыл мен сілтілерге жоғары бекемділік көрсетсе, темір мен мыс ондай төзімді емес. Алтын мен пластика суда жоғары төзімділік көрсетсе, Ғе, Сu және Мg суда тот басады.
Технологиялық қасиеттері. Металдардың технологиялық қасиеттеріне оның түрлі әдістермен өңделе алу қабілеті жатады (металл өңдеу станоктарында, соғу, штамптау, пісіру және сұйық ағымы). Мысалы, соғу, штамптау, пісіру әдістерімен тек болаттарды және түрлі қорытпаларды өңдеуге болады. Сұйық ағымы қасиетін құю өндірісінде болатқа қарағанда шойын көбірек иемденеді. Металл өңдеу станоктарында болат пен шойын кесу аспаптары материалдарына байланысты өңделеді. Болатты титан-вольфрам, кобальт, шойынды вольфрам-кобальт қатты қорытпалы карбиттермен өңдейді.
Эксплуатациялық қасиеттері. Олардың қатарына металдар мен қорытпалардың төменгі және жоғары температурады, радияциясы жоғары жағдайларда жұмыс атқару қабілеті жатады. Қайсыбір механизм немесе машина болмасын оның жұмыс режимі бұзылмаса, қажетті май, су, эмульсия ретімен берілсе, онда оның эксплуатациялық қасиеттерін арттырудың ең маңызды шаралары ретінде конструкциялық шешім дұрыс болып, қолданылатын материалдардың сапасын оның жұмыс жағдайыиа сәйкес болуы қажет.
Эксплуатациялық қасиеттеріне мыналар жатады: тот баспау, суыққа және ыстыққа төзімділік, ыстыққа беріктілік, антифрикциялық..
Тот баспау - қорытпалардың қышқыл мен сілтілер орталығында тот баспау қабілеті.
Суыққа төзімділік - қорытпаның жоғары температурада пластикалық қасиеттерін жоғалтпауы.
Ыстыққа төзімділік - қорытпаның жоғары температурада газды ортада тотықпауы.
Ыстыққа беріктілік - деп қорытпаның жоғары температурада механикалық қасиеттерін сақтау қабілетін айтады.
Антифрикциялық қасиеті дегеніміз, бір қорытпаның жұмыс барысында екінші қорытпамен нәтижелі жұмыс атқару мүмкіншілігі. Мысалы, болат пен қола, шойын мен болат (құрамы әр түрлі металдан жасалған детальдар үйкеліс кезінде шыдамды келеді).
Бақылау сұрақтары:
1. Металдардың келесі қасиеттері қай топқа жатады: беріктік, серпі.мділік, илемділік, қаттылық, тұтқырлық?
2. Бастапқы кристалдану немен сипатталынады?
3. Металдың эксплуатациялық қасиеттеріне нелер жатады?
4. Металдың антифрикциялық қасиеттері дегеніміз не?
Қолданылған әдебиет:
1.Сыздыков О.С. Конструкциялық материалдар технологиясы, Алматы, 1993г., 15-18 бет.
2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение.- М.: Машиностроение, 1980.-С.484.
3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Металловедение и термическая обработка металлов.-М.: Металлургия, 1983.406с.
№3 Дәріс