№13 Дәріс

Тозу және жұмсару

1. Қатты ерітінді ыдырауының термодинамикасы. Тозу кезіндегі құрылымдық өзгерістер.

2. Бөлінудің көлемді орналасуы пішіні, түрлері.

3. Үзіліссіз және үзілісті ыдырау.

4. Кинетика және тозу кезіндегі бөліну тәртібі. Тозу кезіндегі құрамының өзгеру.

5. Тозу кезіндегі нығайту және босаңсыту табиғаты. Тозу кезіндегі балқыма құрамының әсері. Статикалық және динамикалық тозу

6. Жұмсару. Жұмсарту кезіндегі негізгі өзгерістер.

7. Төмен орташа және жоғары жұмсару. Жұмсарту режимін тандау және белгілеу.

8. Мортты жұмсарту

Негізгі сөздер: мартенсит, қатты ерітінді, жұмсарту, тозу, ыдырау, қатаю

Қатты ерітінді ыдырауының термодинамикасы. Тозу кезіндегі құрылымдық өзгерістер.

Жұмсарту деп әдетте суарылған болатты А1 нүктесінен төмен температураға дейін қыздырудан тұратын термиялық өндеуді айтамыз.

Суарылған болаттың типті құрылымы - әркелкі фазалы боп келетін аустенит калдығы және мартенсит. Болаттың аса берікті жағдайға көшуі феррит және цементиттен тұратын мартенсит және аустенит қалдығының пайда болу құрылымымының ыдырауымен қоса жүру керек. Бұл фазалардың ыдырауы диффузионды механизммен жүреді, сондықтан процес жылдамдығы негізінен қызу температурасымен шартты боп келеді. Көрсетілген фазалардан бірінші кезекте мартенситтің ыдырауы басталады.

Сінімді қатты ерітіндінің ыдырауы кезінде әр түрлі бөлінулер түзілуі мүмкін:

1) аз концентртатты флуктация

2) Гинье - Престон аймағы (сур. 8.2, а);

3) тұрақты метал фазасының кристалдары (сур. 8.2, б);

4) тұрақты фаза кристалдары (сур. 8.2, в);

.

Тозу кезіндегі құрылымдық өзгерстер.

Фазалардың түзілу мүмкіндігі және тәртібі көп факторларға байланысты болады: температуға, Тозу уақытына, қатты ертітінді қанығуының дәрежелеріне, пластикалық деформацияға байланысты болады. Болат құрамына сәйкес төмен температура кезінде, кіші атомдардың тығыз орналасу салдарынан Гинье — Престон зонасы түзлуі мүмкін. (зона Г.—-П.) Олардың түзілуі үшін ерітінді заттын аз ғана диффузионды қозғалысы керек.

Сурет. 8.2. Қатты сінімді ерітіндідегі бөліну түрлері:

а - Гинье— Престон зонасы, о - ерігіш атомдары; с - тұрақты метал фазасының кристалы (когерентное выделение); в - тұрақты фазаның кристалы

(некогерентное выделение)

Шағын энергия ативациясы қажет. Өйткені Г.— П. зонасы ерітінді торларын сақтайтын ерітілген компонент концентратының жылдам өсуімен айтарлықтай кішкентай (субмикроскопические) көлемді қатты ерітінділер болып келуі, ерітілген атомдардың түзілуі пластикалық деформация кезіндегі дислокация қозғалысын бәсендететін кристал торының қажалуына әкеледі. Г. - П. аймақтары еріткіш торын сақтаушы, шамадан тыс жоғары концентрациялы ерітілген компонентті қатты ерітіндінің тек аз ғана көлемі болып табылатындықтан, еріген атомдардың шоғырлануы кристалл торының аймақтық бұрмалануына алып келеді. Бұл өз кезегінде пластикалық деформация барысында дислокация (орналасу) қозғалысын қиындатады.

Төмен температу үшін Г.— П. зонасының размері 50-100А, ал көбірек температураға — 500 А.

Т өмен температура кезінде (точка а) тұрақты метал тепе-теңдігі кезінде кішкентай размерлі зонада (Г.— П.)" а-фаза құрамы с0 бар. Ал ірі размерлі зонада (Г.— П.)" а-фаза құрамы с' бар.(cурет. 8.3). с0 құрамындағы қорытпада а + (Г.— П.) қоспадағы еркін энергия а -1- (Г.— П.)-дегіге қарағанда аз . Қыздыру кезінде а-фазадағы В компонентінің ерігіштігі өседі және (Г.— П.)" зонасының азғантай бөлігі ерітіледі. Бұл жағдайда а-фазансымен бірге тұрақты метал теп-теңдігінде (Г.— П.)' зоналарында әлдеқайда үлкен учаскелері болуы мүмкін. а + (Г.— П-)7 қоспасының еркін энергиясы а + (Г. — П.)" қоспасының энергиясынан жоғары: Рз — Fi> > F3 — F2 Дегенмен әлдеқайда (Г.— П.)' ірі аймақтардың пайда болуы үшін жеткілікті уақыт керек. Егер де (Г. — П.) кіші зоналарындағы ыдыраудан кейін және (Г. — П.) түзілуіне дейін қоспаларда жылдам суыту жүргізілетін болса, ерте суытылған қоспаға сай күшті ерітіндінің сіңімділік жағдайы пайда болады. Бұл құбылысты тозу кезіндегі қайтару деп атайды. Төмен температурадағы келесі төзімділік кіші мөлшердегі (Г. — П.) зоналарының түзілуніе және олардың беріктілігінің артуына әкеледі. Қайтару құбылысы қорытпаның пластикалық қабілетінің қалпына келтіруде қолданылады.

Бөлінудің кеңістіктегі орнының пішіні, түрлері.

Тозу кезінде түзілген бөліну, дислокация қозғалысына және сонымен қорытпаны қатайтады. Қорытпаны дисперсиялық бөлінулер мыналар арқылы табылады:

мұндағы: где σ₀ — екінші фазаның тыс кезіндегі аққыштық шегі.;

G — матрица металының ығысу модулі;

G* — бөлшек материалының ығысу модулі;

с— шамамен 30-ға тең болған бөлінген коэффициент,

b – Бюргерс векторы

γ — бөлшектер ара-қашықтығы .

Қатаюдың максималды денгейі екінші фазаның көлемді концентратымен және ығысудың қатаю модулімен анықталады:

ƒV— қатайтқыш фазасының көлемдік концентрациясы

Теориялық есептер және жоғары берікті структуралар құру, дисперсиялық фазаның бөлшектерінің ара-қашықтықтары 0,05-0,5 мкм болған жағдайда размерлері 0,01-0,1мкм болуы керек екендігін көрсетті.Тозудың төмен температураларында Г—П зоналаларының түзілу және көшпелі фазалардың түзілуі кезінде олардын размерлері едәуір кіші болады. Қатаю темпі түзілген бөлшектер санымен анықталады яғни олардың ара-қашықтығының азаюымен. Конгренттіліктің жоқ болуы матрицамен бөлінуде елеулі серпімді қажалулар орнын жояды. Қатайтқыш қозғалыстар тікелей бөлінудің размерлерімен анықталады. Осындай тең жағдайларда қатаю көп болса жылжу модулі де көп болады. Тозу кезіндегі төмен темпертурада бөлінген бөлшектер кіші размерде болады, сондықтан төзімділіктің артуы арқылы қатайтқыш бөлшектерінің көлемдік құрылымының үлкеюі олардың ара-қашықтықтарының азаюына тең болады. Температураны көтеру және тозу кезіндегі төзімділік уақытының арттыру арқылы бөлшектердің размерін үлкейту, олардың қатайтқыш қозғалысының төмендеуіне әкеледі. Тозған қорытпаның кейбір механикалық құрылымының өсуі, бөлінулердің қатты ерітіндінің ыдырау салдарынан түзілген дислокация қозғалысының тоқтауы нәтижесінде пайда болды.

Жоғарыда айтқандарды ескере, қысқаша айтқанда беріктік шегі, аққыштық шегі, қоспа қаттылығы тозу уақытының ұзақтылығымен артады, максимумға барады сосын төмендейді . Тозудың түрлі қоспаларында және төмен температураларында максимум қатаю түрлі структуралық жағдайларға сай. Максималды беріктікке және қаттылыққа тозу температурасы солидустың белгілі бір үлесін құрайды. (абсолютті шкала):

Бұл эмпириялық ара-қатынас максималды берік құрылымдарды қамтамасыз ететін температураны шамамен анықтауға мүмкіндік береді. Әдетте температураны алдын ала анықтаудан кейін, тозу (8.3) базадағы дәл сол металдың басқа қоспаларының аналогтарына және ара-қатынастарына қарағанда, тозудың эксперименталды режимі зерттеледі.