4.4 Тәжірибелік бөлім

Екілік алюминий қорытпалары мысалында күй диаграммасының критерийін есептеу бойынша практикалық жұмысты жасау реті алдын-ала берілген деңгейдің қасиеттерін қалыптастыру үшін оңтайлы легірленген элементті таңдау көрсетілген.

4.4.1 Қорытпаны синтездеу тапсырмасы

Қорытпаларды синтездеу тапсырмасын жалпы былайша тұжырымдауға болады:

Берілгені: Д.И.Менделеев периодтық жүйесіндегі элементтер және олардың қасиеттері туралы, соның ішінде техникалық-экологиялық сипаттамалары туралы барлық қажетті ақпараттар.

Шарттары: Қазір жасалып жатқан қорытпа жиынтық қасиеттерге ие. Олар 3 санатқа бөлінеді.

• Тиімді мәнде басты қасиеттердің болуы (беріктік, икемділік, ыстыққа төзімділік, сұйықаққыштық, қышқылға тұрақтылық, баға және т.б.).

• Шектелген немесе шектелмеген қасиеттер – мәні берілген мәннен аз емес (көп емес) қасиеттер тобы (соққы тұтқырлығы, тапшы элементтер мазмұны, суыққа тұрақтылық, улылығы және т.б.).

• «Табиғи» қасиеттер – нақты өндірістік жағдайларда жоғары жүктеме кезінде технологиялық және пайдалану қасиеттері.

Талап етіледі: белгіленген шарттарда және термиялық өңдеу кезінде режим сақталуын қамтамасыз ету, оның қорытпасының оңтайлы құрамын табу.

Қорытпаның синтездеу мәселесі келесі сұраққа жауап беруі тиіс:

- Белгілі бір қасиеттерге ие болу үшін қорытпаның құрамы қандай болу керек?

Эвтектикалық және перитектикалық күй диаграммалардың критерийлерін жүйелендіру негізінде өлшемдерді пайдалану тәртібі жұмысының бір бөлігі қаралады. Осы нәтижелер негізінде құйма және деформацияланатын қорытпаларға қоспа құрамын таңдау бойынша оңтайландырылу жүргізілуі тиіс және берілген қасиеттерді қамтамасыз ететін легірлеуші элементтердің негізгі және қосымша сыныбы анықталуы тиіс.

4.4.2 Күй диаграммасының критерийін есептеу

Алюминий аллотропиялық өзгеріске ұшырамайды және нашар еритін (ешқандай элементпен үздіксіз ерітінді түзе алмайды) элемент болып табылады. Ол күй диаграммада жоғарғы перитектиканың бастапқы учаскесінде он бір қиын балқитын элемент қалыптастырады. Бұл элементтерге Ti, V, Сг, Zr, Nb, Мо, W, Re, Hf, Та, Тc жатады. Қалған 83 элементпен эвтектика және монотектика қалыптастырады.

4.4 – 4.12 суреттерінде екі жүйелі алюминий – легірленген элемент [3, 4] күй диаграммасы үшін тиісті критерийлердің (4.1-кесте) бағасы келтірілген.

1) Негізгі легірлеуші қоспалар. Осы топтың қол жетімді эксперименттері үшін деректер негізінде біз α ≥ 0,75 ω ≥ 0,05 аламыз. Бұл шартқа 9 элемент сәйкес келеді. Соынмен қатар γ термиялық өңдеу қорытпасын беріктендіру қабілетін қоса отырып, басқа да критерийлерді бағалауға болады.

Дегенмен мырыш бұл қатарда бірінші орында тұрса да, бірақ нәтижесінде монотектикалық түрлену кезінде күй диаграмманың екінші қабатында ол еру механизмі арқылы да, термиялық өңдеу арқылы да ең мықты беріктендіргіш бола алмайды. Екінші элемент – күміс – алюминиймен үздік қоспалаушы элемент, бірақ ол тапшы және қымбат, сондықтан ол арнайы жағдайларда ғана пайдаланылады.

4.1 – кесте Алюминий негізіндегі қорытпалардың күй диаграмма критерийлері

Кри-терий	Al	Zn	Ag	Mg	Li	Ga	Ge	Cu	Si	Mn
Α		66,5	23,8	18,9	10,75	8,8	2,8	2,5	1,59	0,76
Ω	1,00	0,75	0,63	0,50	0,38	0,89	0,093	0,14	0,19	0,77
Γ		0,83	0,58	0,57	0,68	0,98	0,97	0,87	0,98	0,96
Λ	0	3,1		5,3				6,5	7,3	1,5
ΔH	400	83		143				40	210	92
Δ	0	4,2		107				45	52	2,2
Τ	1,00	0,70		0,77				0,88	0,91	0,99

Сол себепті литий, галлий және германийді ірі қоспалаушы толықтырулар ретінде қарастыруға болмайды. Мыс және әсіресе магний термиялық өңдеуден (және де ерітінді арқылы) кейін беріктенетін элемент болып табылады. Ал кремний мен марганец термиялық өңдеуден кейін беріктенетін элемент болып саналмайды, бірақ басқа қорытпа қасиеттеріне ықпалы ерекше.

Осылайша, алюминийдің негізгі қоспа элементтері мына қатардан тұрады:

Mg, Cu, Zn, Si, Mn.

2) Қосымша легірлеуші қоспалар. Бұл топ элементтеріне мыналарды қабылдауға болады: α = 0,01 ÷ 0,75; ω ≥ 0,05. Бұл шартқа 22 элемент сәйкес келеді. Оларды келесі топтарға бөлуге болады:

а) Пластификаторлар. Бұл топқа алюминийде нашар еритін (0,1 % шамасында) және таралу критерийлері бірге жақын элементтер жатады. Олар беріктікке айтарлықтай әсер етпейді, бірақ икемділікті арттыруы мүмкін. Осы топтың қымбат емес қоспаларына мыналар жатады:

Ti, Zr, Cr, Мо, V, Nb.

Осылардың арқасында титан және цирконий ең тиімді және жиі пайдаланылады.

б) Қосымша нығайтулар. Бұл элементтер аса қымбат бағаға ие және арнайы жағдайларда ғана қосымша беріктендіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Германий тиімді беріктендіргіш болып табылады. Бериллий сұйық күйде және солидусқа жақын, қызу кезінде шынықтыру температурасында тотығудан сақтану үшін енгізілген. Литий термиялық өңдеуден кейін беріктендіру ретінде өте жеңіл және тиімді болып табылады. Бұл топқа мыналар жатады:

Ge, Ве, Li.

в) Алюминий модификаторлары. Жоғары нәтижеге қол жеткізу үшін қорытпаның негізі – алюминий элементі сұйық алюминийде β = 0,2 ÷ 0,6 ерігіштік қасиеті төмен және таралу критерийі ω = 0,2 ÷ 0,05 төмен болуы керек (4.2-кесте).

4.2-кесте. Өзгеру әсерін бағалау үшін алюминий қорытпасының күй диаграмма критерийлері

Крите-рий	Ca	Cd	Sb	Bi	B	Sr
Β	0,56	0,46	0,44	0,40	0,33	0,20
Ω	0,071	0,052	0,167	0,050	0,075	0,050

Бұл қоспалар алюминий еру кристалдарының өсу шегінде жиналып, олардың өсуін тежеп, түйіршікке дейін ұсақтау керек. Сонымен бұл топқа мыналарды жатқызамыз:

Са, Cd, Sb, Bi, В, Sr.

3) Зиянды қоспалар. Зиянды қоспалар төмен таралу критерийіне ω < 0,05 және алюминийдің өзінде төмен ерігіштік қасиетке ие. Бұл санатқа кем дегенде 12 элемент кіреді. Олардың ең зиянды және үнемі алюминий қорытпаларында кездесетін элемент темір табылады. Ni, Со, Sn, In, As жиі кездескенімен, айтарлықтай зиянды әсер келтіреді. Сонымен қатар, бұл топқа оттегі және сутегі газдары кіреді. Олар бар болғаны 8 элементтен тұрады:

Fe, Ni, Со, Sn, In, As, О, Н.

Қалған элементтер бейтарап болып табылады; олар алюминиймен әрекеттеспейді деп айтуға болады.

Технологиялық қасиетке қоспаның әсерін көрінетін мөлшерде ғана, яғни негізгі легірлеуші қоспа ретінде қосқанда қарастыру керек (4.3-кесте). Критерий мәні, олардың технологиялық қасиетке деген ықпалын бағалау төменде қарастырылған.

Барлық элементтер λ критерий бойынша сұйықаққыштықты арттыратынын көрсетті. Бұл жерде кремнийдің әсері қарқынды болады. Нақты әсер көрсету үшін, өте аз мөлшерде қосылған титанның сұйықаққыштығын төмендетуге болады.

4.3 – кесте. Технологиялық қасиеттерді бағалау үшін күй диаграмма критерийлері

Критерийлер	Al	Mg	Cu	Zn	Si	Mn
λ ΔH δ ω τ	0 400 0 1,00 1,00	5,3 143 107 0,50 0,77	6,5 40 45 0,14 0,88	3,1 83 4,2 0,75 0,70	7,3 210 52 0,13 0,91	1,5 92, 2,2 0,77 0,99

Магнийді қоспағанда, барлық басқа элементтер оксидке әсер етпейді, сондықтан алюминий тұрақты Аl₂О₃ оксидін қалыптастырады.

Магний, кремний және мыс δ критерийдің кеуектілігін арттыруға үлесін қосады. Ал ω критерийінде икемділік қасиеті төмендеп, магний, кремний және мыста жарықтың пайда болуына әкеледі. τ эвтектикада магний, мыс және мырыш төмен температураға ие.

Осылайша, алюминий қорытпасымен өзара әрекеттесетін мыс, магний және кремнийдің технологиялық қасиеттері азаюы мүмкін.

Бірінші түрленудің температурасын көтеретін немесе төмендетпейтін элементтерге, яғни алюминий қорытпаларының ыстыққа беріктігін арттыру үшін кремний, марганец және мысқа темір, никель және хром қосуға болады. Бұл жағдайда зиянды қоспалар мырыш, қалайы, қорғасын болады.