2.2 Дәріс сабақтарының конспектісі

Дәріс 1. «Материалтану» пәніне кіріспе. Пәннің мәні мен мақсаты, негізгі анықтамалар және түсініктемелер.

Материалтанудың даму жолын 15 – 25 жылға болашақта, ғылыми тұрғыдан толық дәрежеде болжау өте қиын мәселе, себебі ғылым мен техника күннен – күнге қарқынды дамуда, материалдарға қойылатын жаңа талаптар жоғарлауда және күшеюде. Атақты ғалым – металлург А.А. Байковтың айтуы бойынша: «Барлық маңызды және ірі физика – техникалық және инженерлік зерттеулердің оптималды мүмкіндіктерін материал анықтайды».Физика, химия, металлургия, металлтану және технология салаларының алдыңғы қатарлы жетістіктері, ерекше қасиеттері бар жаңа заман талаптарына сай жаңа заман материалдарын жасаумен қатар ғылымның, техниканың және өндірістің қарқынды дамуына мүмкіндік береді.

Материалтану ғылымының металтану ғылымынан айырмашылығы, металдар мен қорытпалар ғана емес, металл емес заттар (пластмассалар, керамикалар, композиттер, ұнтақтар және т.с.с.) материалдардың кең зерттеледі.

Қазіргі замандағы материалтану – материалдардың электронды құрылымының, құрамының, құрылысының және химиялық, физикалық, технологиялық, қызметтік қасиеттерінің байланысын және олардың өзгеруін пайдалану кезінде әр түрлі термо – динамикалық және кинетикалық жағдайларда температуралық, механикалық, механика – термиялық және химия – термиялық тәуелділіктің өзгеру заңдылығына байланысты тағайындайтын ғылым.

Теориялық материалтанудың мақсаты – материалдар қасиеттерінің өзгеруін зерттеу, олардың құрамына, құрылымына, құрылысына, күй – жайына тәуелділікті анықтау, сонымен қатар олардың қасиеттеріне әсер ететін барлық факторларды зерттеу заңдылықтарын тағайындау. Ғылым ретінде материалтанудың негізгі мақсаты, материалдардың элементтік құрамы есептелетіннегізгі теория жасалады, ол үшін материалдардың пайдалану жағдайларында талап етілетін қасиеттерді алу, ол төтенше жағдайларда да тұрақты болуы керек.

Техникалық материалтанудың негізгі мәні – оптималды жоғары үнемді материалдарды және технологияларды жасаудан тұрады, олар металлургиялық және машина жасау өнімдерінің талап етілетін сапасы мен қасиеттерін қамтамасыз етеді. Техникалық материалтанудың мақсатына машина жасау өндірісінің бұйымдары мен шалафабрикаттарының қызметтік және пайдалану қасиеттерін жақсартумен байланысқан мәселелер, дәлдікті жоғарлату, механизмдер мен аспаптардың сенімділігі мен жұмысқа қабілеттілігін жоғарлату, олардың массасын төмендету, қымбат металдарды арзан металдар немесе қасиеттері жағынан тура келетін синтетикалық материалдармен алмастыру сияқты маңызды техникалық мәселелерді шешу болып табылады.

Қойылған мәселелерді нәтижелі шешу үшін болашақта жасалатын материалдардың өзекті мәселелерін анықтау қажет. Оның негізгі көрсеткіштері:

1. Қымбат тұратын және орны толмайтынметалдар қорын жаңа органикалық немесе бейорганикалық материалдармен алмастыру. Қазіргі кезде жаңа материалдар металдардың шамамен 6% – ғана ауыстыра алды.

2. Ерекше қасиеттері бар металдарды қолдану ауқымын кеңейту, бірінше кезекте атомдық, реактивті, электронды және ғарыш ғылымдары және техникасының қажеттіліктеріне арналған сирек және сирек жер металдарын қолдану.

3. Титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, рений сияқты қиын балқитын ауыспалы металдарды оптималды мөлшерде қолдану және алу, жұмыс температурасы интервалын кеңейту, ыстыққа беріктік және ыстыққа төзімділік шегін жоғарлату.

4. Таза және өте таза заттарды және вакуумды металлургияны алу технологиясын жасау. Тазартудың жаңа әдістерін қолдану – ион – алмастырғыш хроматография, иодидті әдіс, электролиз, дистилляция, газды фазада кристалдау. Атомдық реакторларға арналған уранды бор, литий, кадмий сынаптың жүз мыңдық пайыздық үлесінің қоспасы жарамсыздыққа алып келеді. Термоядролық реакторлардың материалдары үшін қоспалар үлесі 10^-8 – 10^-10% дәрежесінен аспауы керек. Ал жартылай өткізгіштер үшін, ол одан да аз 10^-14% болуы керек.

5. Асқын өткізгіштерді зерттеу және жасау. Сұйық гелий атмосферасында (4,2 К) жұмыс істеуге қабілетті жоғары температуралы асқын өткізгішті металдарды және материалдарды алу.

6. Асқын өткізгішті материалдарды жасау және асқын өткізгіштік режиміндегі энергия үнемдейтін технологиялар арқылы бұйымдарды алу.

7. Эвтектикалық және эвтектоидтық қорытпалар негізінде табиғи композиттерді жасау.

8. Жылулық морттылық аймағы жоқ, қиын балқытын және сирек кездесетін металдарда жоғары созымды және аса таза монокристалдарын өсіру. Аққыштық құбылысын төмендету және өткізгіш – диэлектрик шекарасында жоғары вольтты беріктіктті жоғарлату үшін, берілген кристаллографиялық бағыттаушысы бар монокристалдарды өндіру технологиясын игеру.

9. Темір, алюминий, мыс, титан, никель негізіндегі дәстүрлі материалдарды алу және өндіру технологиясын жетілдіру. Өндірістік металдардың тізімін кеңейту. 104 химиялық элементтің 76 – сы металл болып табылады, соның 10 – нан астамы ғана қолданылады.

10. Экстремалды жағдайларда қолдану кезіндегі материалдар құрылымы мен қасиеттерін басқару: жоғары және төмен температуралар, абсолютті вакуум, аса жоғары қысым, жоғары толқындар, жоғары жылдамдықтар және зымырау, әр түрлі сәулеленулер және жоғары энергия бөлшектері, күшті электрлік, магниттік және ультрадыбысты аймақтар, сәйкестіктің болмауы, ашық ғарыш және т.с.с. Пәннің теориялық негіздеріне физика және химияның сәйкес бөлімдері болып табылады, бірақ материалдар туралы ғылым қолданбалы болып табылады және тәжірибелік жолмен дамуда.

Сондықтан құрылымды (құрылысты) зерттеудің жаңа әдістері және физика – механикалық қасиеттерін жасау материалдар туралы ғылымның одан әрі дамуына көмектеседі. Машина жасау материалдары туралы ғылымның дамуына үлкен үлес қосқан Д.К. Чернов, 1868 жылы қатты күйіндегі болаттың құрамына байланысты белгілі бір температураға дейін қыздырғанда, олардың қасиеттерінің өзгеруіне алып келетін ішкі түрленулер өтетіні анықталған. Соның нәтижесінде материалдардың құрылымы, қасиеттері және құрамы арасындағы байланыс көрсетілген болатын. Д.К. Черновтың жаңалығын бүкіл әлем мойындады. Критикалық нүктелер деп аталатын, металдардың ішкі түрленулері өтетін температуралар туралы Д.К. Черновтың көзқарасы металдар мен қорытпалардың қасиеттерін өзгертудің кеңінен таралған әдісі – термиялық өңдеу туралы ғылымның негізі болды. Д.К. Черновтың жаңалығына П.П. Аносовтың жұмыстары да негіз болды, ол өз зерттеулерінде болаттың сапасы оның химиялық құрамына ғана емес, оның құрылымына да тәуелді болатынына көңіл аударды; бірінші рет уландырылған болатты зерттеу үшін микроскоп қолданды, сонысымен макро – және микроскопиялық талдаудың бастамасына жол салды. Физика – химиялық зерттеулердің және күрделі фазаларды сыныптаудың әдістерін дамытуда Н.С. Курнаковтың жұмыстары маңызды орын алады; ол өз зерттеулерінде қорытпа қасиеттері олардың құрамына тәуелді болатыны туралы тұжырым жасады. Орыстың ұлы ғалымы А.М. Бутлеровтың жұмыстарына, органикалық қосылыстардың химиялық құрылымының теориясы еңбегі, синтетикалық материалдарды (полимерлер, пластмассалар) алудың ғылыми негізіне жол ашты. С.В. Лебедев әлемде бірінші рет синтетикалық каучуктың өнеркәсіптік өндірісін жасады. Металдарды өркениеттің іргетасы деп атады. Егер өнеркісіптің дамуын бақылайтын болсақ, онда өркениетті адамзат қоғамы жағдайының өсуімен қатар, олардың металға деген қажеттілігінің өсуін байқауға болады. Металдар конструкциялық материалдарды жасау үшін кеңінен қолданылатын құралғыштар болып табылады. Олар қорытпаның негізі немесе легірлеуші қоспалар және өте сирек таза күйінде қолданылады. М.В. Ломоносов металдарға келесі анықтама берді: «Металдар мағынасы – жылтыр денелер, оларды соғумен өңдеуге болады». Уақыт өте келе бұл анықтама қатты өзгеріске ұшырады.

Металдар деп – кристалдық торы бар, металдық жылтырлығымен ерекшеленетін, жақсы жылу және электр өткізгіштікке, жоғары созымдылық пен пісірілгіштікке ие болатын химиялық элементтерді атаймыз. Металдар қара және түсті деп бөлінеді. Қара металдарға темір және оның қорытпалары, кобальт, марганец, никель (қара – сұр түске ие, үлкен меншікті салмағы бар, жоғары балқу температурасымен, салыстырмалы жоғары қаттылыққа ие болады) жатады. Өз кезегінде қара металдар төмендегідей топтарға бөлінеді:

– темір металдары (ферромагнетиктер деп аталатын темір, кобальт, никель, және оларға жақын марганец);

– қиын балқитын – балқу температуралары темірдің балқу температурасынан (1539 єС) жоғары болатын;

– уранды металдар – актинидтер, атомдық энергетикаға арналған;

– сирек жер металдары (СЖМ) – басқа металл қорытпаларына қосым ретінде қолданылады;

– сілтілік жер металдары.

Түсті металдардың бөлінуі:

– жеңіл – меншікті салмағы аз болатын (алюминий, магний, бериллий);

– ауыр – мыс, висмут, мышьяк және т.б.;

– асыл – күміс, алтын, палладий, иридий, осмий, платина, рутений;

– жеңіл балқитын – мырыш, қалайы, қорғасын және т.с.с.

Сонымен қатар, әр түрлі температуралар кезінде екі және одан да көп тұрақты түрдегі кристалдық торы бар металдар кездеседі. Бір металдың әр түрлі температуралар кезінде түрлі кристалдық тор түрлерінің (түрөзгертуге) болуы полиморфизм немесе аллотропия деп аталады. Кристалдық тор құрылымының өзгеруі, міндетті түрде қасиеттерінің өзгеруін тудырады. Полиморфты металдарға темір, кобальт, қалайы, марганец, титан, цирконий, уран жатады. Бір ғана кристалдық торға ие болатын металдар изоморфты деп аталады.

Материалтанудаң даму келешегі және оны жаңа даму деңгейіне жеткізу үшін құрылым, физикалық және химиялық қасиеттер туралы тәжірибелік ақпараттарды алу, оларды мыңдаған жаңа қорытпалар және қосылыстармен байланысын зерттеу, материалдарды теориялық жинақтау, жалпы заңдалақтарды белгілеу және берілген оптималды үйлестірілген құрылымымен механикалық, электрофизикалық, технологиялық және эксплуатациялық қасиеттерімен металдық материалдарды жасау жолдарының ұсыныстарын беру керек. Басқа сөзбен айтқанда, металл және металл емес материалдар негізінде «ескі» металтануды қарқынды дамыту және «жаңа» материалтануды жасау керек. Ғылыми – техникалық прогресс және ғылым мен техниканың жаңа бағыттары қатарының дамуы, тек қана жаңа конструкциялық материалдарды жасауды ғана талап етпейді, сонымен қатара техниканың әр түрлі салаларында қолданылатын конструкциялық және аспаптық материалдарды жасаудағы өңдеу әдістерін де жасауды талап етеді. Қатты денелердің нақты құрылымын зерттеу, теориялық зерттеулерге жақын, атом аралық байланысы анықталған беріктігімен берік материалдарды алу, пішінін есте сақтайтын композициялық материалдарды жасау және т.б. принциптік мүмкіндігін көрсетеді.

Нег. 3 8 – 12

Бақылау сұрақтары:

1 Материалтану дегеніміз не?

2 Материалтанудың мәні неде?

3 Материалтанудың мақсаты неде?

4 Материалтанудың қандай өзекті мәселелерін білесіз?

5 Материалтану қандай негізгі бөлімдерге бөлінеді?

6. Металдар дегеніміз не?

7. Металдар қандай топтарға бөлінеді?

8. Қара металдарға қандай металдар жатады?

9. Түсті металдарға қандай металдар жатады?

10. Қандай металдар қиын балқитын металдар деп аталады?

Дәріс 2. Металдар мен қорытпалардың қасиеттері және оларды анықтау әдістері.

Машина жасау өндірісінің сенімді және сапалы өнімдерін шығаруды қамтамасыз ететін негізгі факторлардың бірі болып әр түрлі бұйымдар мен конструкциялар үшін металдарды дұрыс таңдау болып табылады. Ол үшін тетікбөлшектер мен конструкциялардың жұмыс жағдайларын және оларды жасауға қолданылатын металдардың қасиеттерін жақсы білу керек.

Металдар мен қорытпалар бірнеше топтарға бөлінеді: физикалық, механикалық, химиялық, технологиялық, арнайы (жұмыс істеу кезіндегі немесе эксплуатациялық).

Металдардың физикалық қасиеттері. Тығыздық (кг/м³) – металл массасының оның көлеміне қатынасы. Төмен тығыздықты металдарды жеңіл конструкцияларды дайындау үшін қолданады, мысалы, магний және алюминий қорытпалары самолет жасауда қолданылады. Балқу температурасы (°С) – металдың сұйық күйге өтетін температурасы. Жеңіл балқытын қорытпалар – алюминий Т_бал 660 °С бастап, қалайы Т_бал 232 °С, қиын балқитын – вольфрам Т_бал 3416 °С, темір Т_бал 1539 °С бастап балқиды. Жылулық кеңею – қыздыру кезіндегі дене көлемінің (ұзындығының) біртұтас ұлғаюы. Кеңею коэффициентімен сипатталады  (град -¹). Бұл коэффициент температура бір градусқа өзгерген кездегі дененің сызықты өлшемдерінің салыстырмалы өзгеруін көрсетеді. Әдетте ол температуралардың кең ауқымды аралығын сипаттайтын: 0 немесе 20 °С – тан берілген температураға дейінгі сызықты кеңеюдің  орташа коэффициентін анықтайды. Көлемдік кеңеюдің коэффициенті сызықты кеңеюдің коэффициентінен үш есе артық болады. Металды таңдау кезіндегі жылулық кеңеюді ауыспалы және жоғары температуралар кезінде жұмыс істейтін конструкциялар үшін есептеледі. Көміртекті болат үшін 20 °С кезіндегі сызықты кеңею коэффициенті 12 – 10 ^{– 6}, вольфрам үшін – 4,3 – 10 ^{– 6}, дуралюминий үшін – 22 – 10 ^{– 6} град ^{– 1} құрайды. Жылу өткізгіштік [Вт/(м^.К)] – қыздырылған аймақтан салқын аймаққа жылуды тасымалдау қабілеті. Жылу өткізгіштік тізбектерді құрастыру кезінде есептейді, бұл уақытта металл қызып кетпеуі керек. Болат үшін жылу өткізгіштік коэффициенті 45,4; алюминий үшін 209,3; күміс үшін 418,7 Вт/(м^.К) тең болады. Электр өткізгіштік – металдың электр тоғын өткізу қабілеті. Температура жоғарлаған сайын электр өткізгіштік төмендейді, ал төмендегенде – жоғарлайды. Электр өткізгіштік электр сымдарын және әр түрлі датчиктерді дайындауға арналған материалдарды таңдау кезінде ескеріледі. Алюминийдің 20°С температура кезіндегі салыстырмалы электр кедергісі 2,69 ∙ 10 ^{- 6}, вольфрам үшін – 5,5 ∙ 10 ^-6, мыс үшін – 1,67 ∙ 10 ^-6 Ом/см болады.

Магниттік қасиеттер магниттік қабылдау қабілетімен сипатталады – магниттік аймақтарда заттардың магниттелу қабілеті. Жақсы магниттелетін заттарды ферромагнетиктер деп атайды. Олар темір, никель, кобальт, неодим және электротехника мен аспап жасауда қолданылатын олардың бірқатар қорытпалары.

Металдар мен қорытпалардың механикалық қасиеттері. Металдардың негізгі механикалық қасиеттері беріктік, серпімділік, созымдылық, қаттылық және тұтқырлық болып табылады. Күштер түсірілуіне байланысты статикалық (баяу жылдамдықпен бірқалыпты түсірілетін), динамикалық (кенет және үлкен жылдамдықпен түсірілетін) қайталанатын – ауыспалы (бірнеше рет түсірілетін, түсіру салмағы немесе салмағы және бағыты бойынша өзгеріп тұратын) болуы мүмкін. Жүктемелердің әсер ету уақыты және өзгеру сипатына байланысты механикалық сынаулар: статикалық сынаулар (созуға, сығуға, июге, бұрауға, қаттылыққа), динамикалық сынаулар (соққымен июге), шаршауға сынау ( жүктемелерді қайталанатын – ауыспалы түсіру кезінде) деп бқлінеді.

Ұзақ уақыт жоғары температуралар кезіндегі механикалық сынаулар (ползучесть, ұзақ уақытқа беріктік және т.б.) жеке топты құрайды. Металдардың механикалық қасиеттерінің деңгейі арнайы үлгілерді сынаумен анықталады.

2.1 – сурет. Аз көміртекті болатардан жасалған үлгілерді созуға сынау кесте сызбасы (а) және салыстырмалы аққыштық шегін анықтау сұлбасы (б)

Созуға сынау кезінде: пропорционалдық шегін, серпімділік шегін, аққыштық шегін, уақытша кедергіні (беріктік шегін), үзілуге нақты кедергіні, үзілуден кейінгі салыстырмалы ұзаруды, үзілуден кейінгі салыстырмалы тарылуды анықтайды. Сынау машинасында үлгіні созу кезінде сызатын аспап созу кесте сызбасын сызады (2.1 – суретке сәйкес). Ол үлгі деформациясының созу жүктемесіне тәуелділігін көрсетеді. Бұл кесте сызбада ординат осьі бойынша жүктеме Р, ал абсцисса осьі бойынша үлгінің абсолютті ұзаруы ∆1 орналастырылады.

Егер Р_пц жүктемені алып тастаса, онда үлгі қабылдаған деформация жоғалады және үлгі өзінің бастапқы күйіне келеді. Егер де жүктемені жоғарлатсақ, онда 0А түзуінің түзу сызықты бағытынан ауытқуы байқалады. Сондықтан Р_пц жүктемесі шекті болып табылады, бұл кезде түсірілетін күш пен үлгі деформациясы арасындағы пропорционалдық сақталады. Тура пропорционалдық заңы Гук заңы деген атауға ие: салыстырмалы сызықты деформация е сәйкес қалыпты (ауданға перпендикуляр әсер ететін) кернеуге σ тура пропорционал, атап айтсақ  = σ /Е.

Е өлшемі металдың серпімді деформацияға қарсыластық қабілетін сипаттайды. Бұл өлшем бірінші текті серпімділік модулі немесе Юнг модулі деп аталады. Е өлшем бірлігі (Н/м²) күштің ауданға қатынасымен сипатталады. Әр түрлі металдар түрлі қатаңдыққа ие болады, атап айтсақ, әр түрлі серпімділік модулінің өлшемдеріне. Болаттарда серпімділік модулі Е (20 – 21)^.10⁴ аралығында, жездерде – (10 – 11)^.10⁴, алюминий қорытпаларында – (7 – 8)^.10⁴ Н/мм² аралығында болады. А нүктесінен жоғары В нүктесі орналасады, үлгінің анықталған қалдық ұзаруын тудыратын жүктемеге сәйкес келеді: егер жүктемені алып тастайтын болсақ, онда үлгі ұзындығы бастапқы ұзындықтан артық болады. Тәжірибелік мақсаттар үшін қалдық ұзарудың өлшемдерін үлгінің бастапқы есептелген ұзындығынан 0,05 % тең деп алады.

Үлгінің бастапқы есептелген ұзындығынан қалдық ұзару 0,05 % дейін жететін кернеуді серпімділіктің шартты шегі деп атайды. Жүктемені одан әрі қарай Р_т (С нүктесі) арттырғанда, кесте сызбада қисық сызықты аймақ пайда болады, олар жұмсақ материалдарды сынау кезінде горизонталь ауданға өтуі мүмкін. Бұл шамалы жүктеменің өзі үлгінің деформациясын «аққыштығын» тудыратынын көрсетеді. Жүктемені алып тастағаннан кейін үлгі қалдық деформацияны сақтайды. Аққыштық шегі (физикалық) дегеніміз – жүктемені белгісіз ұлғайту нәтижесінде үлгінің деформацияланатын ең кіші кернеуі. Жүктеменің белгісіз ұлғаюының нәтижесінен үлгінің деформациялануынан туындайтын түсірілген күштің Р_т мөлшерін сынау машинасының күш өлшейтін қондырғысының тілшесінің тоқтауы бойынша анықтауға болады. Аққыштық шегі σ, Н/м² (физикалық) мына формула бойынша анықталады: σ =P_T/F₀. Көптеген металдарды сынау кезінде кесте сызбада горизонталь ауданы болмайды. Мұндай жағдайларда шартты аққыштық шегін σ_0,2 анықтайды: үлгінің есептелген бастапқы ұзындығынан қалдық ұзаруы 0,2 % құрайтын кернеу. Аққыштық шегін σ_0,2 (Н/м²) (кгс/мм²) мына формула бойынша анықтайды: σ_0,2 = Р_0,2/ F₀. Түсірілетін күшті Р_0,2 анықтау үшін О нүктесінен абсцисса өсінен оңға қарай сәйкес масштабта үлгінің бастапқы есептелген ұзындығынан 0,02 % тең болатын, созу кесте сызбасымен қиылысқанға дейін (С нүктесі) ОА – ға параллель түзу жүргізеді. С нүктесі Р_0,2 ординатаның биіктігін анықтайды, атап айтсақ аққыштық шегіне жауап беретін жүктемені анықтайды. Үлгінің қирауын тудыратын жоғары жүктеуге сәйкес келетін

Р_max кернеу – уақытша кедергі σ_в (Н/м²) (МПа) деп аталады және мына формуламен есептеледі: σ_max = Р _max/F_0. Морт металдар σ_в қирау қарсыластығымен, ал пластикалық металдар – пластикалық деформацияға жоғарғы қарсыластығымен сипатталады. Әрі қарай жүктеу азаяды. Бұл пластикалық металдың көлденең қимасында орынды тарылудың пайда болуымен байланысты болады (мойын түзіледі) және Е нүктесінде үлгі қирайды. Созу кезінде жақсы пластикалық деформацияланатын пластикалық материалдарда тағы бір сипаттама бар – созуға нақты қарсыласу S_K (Н/м²) (МПа). Бұл кернеу үзілу моментіндегі түсірілетін күштің Р_к үзілуден кейінгі F_K үлгінің көлденең қимасының минималды ауданына қатынасымен анықталады: S_K = P · K/F. Салыстырмалы ұзару мен салыстырмалы тарылу. Үзілуден кейінгі салыстырмалы ұзару δ (%) – үзілуден кейінгі үлгінің есептелген ұзындығының (l_к – l₀) ұзарудың бастапқы ұзындығына қатынасымен сипатталады: δ = (l_к – l₀)/l₀. Үзілу кезіндегі металдың пластикалығы екі сипаттама бойынша анықталады: Үлгінің салыстырмалы тарылуы – үлгінің көлденең қимасының ауданының азаюының бастапқы ауданына қатынасы пайыздық мөлшерде сипатталады. Салыстырмалы тарылу мына формула бойынша сипатталады:

 = [(F₀ – Fк) / F₀] ∙ 100 %,

мұнда F_K – үзілуден кейінгі үлгінің көлденең қимасының ауданы.

Салыстырмалы тарылуды анықтау үшін үлгінің үзілуден кейінгі өзара перпендикуляр екі бағыттағы минималды диаметрін өлшейді. Алынған мәліметтердің орташа арифметикалығы бойынша көлденең қимасының ауданын F_к есептейді.

Қаттылыққа сынау. Қаттылық деп – материалдың одан қатты дененің енуіне қарсыластық көрсету қабілетін айтамыз. Кез – келген әдіспен қаттылықты өлшеу кезінде сыналатын үлгінің немесе тетікбөлшектің беті жалпақ тегіс бетті болуы керек, себебі цилиндрлі үлгілердің қаттылығын өлшеу кезінде, сол қаттылықтығы жалпақ бетті үлгіге қарағанда ұштықтың енуі тереңірек болады, сондықтан қаттылықтың мәні төмендеу болады. Үлгі немесе бұйым беті горизонталь және ешқандай күйік, ойық, кір, әртүрлі бүркемелер сияқты ақаулары болмауы керек. Беттік ақаулардың барлығы майда түйірлі зімпара шеңберімен, егеумен немесе зімпара қағазымен жойылады. Үлгіні өңдеу кезінде үлгі бетінің қыздырылуы немесе қақталуы нәтижесінде қаттылықтың өзгермеуін қамтамасыз ету қажет. Сыналатын бұйымға немесе үлгіге іздерді түсіру кезінде, түскен іздердің арасындағы және үлгінің шетіне дейінгі арақашықтығы 3 мм кем болмауы керек. Жүктемені одан әрі жоғарлатқан кезде Р_в (D нүктесі) пластикалығы жоғары металдарда үлгінің ұзындығы және көлденең қимасы бойынша біртекті деформация өтеді, ал морт металдарда мұндай жүктеулер кезінде қирау болады.

Қаттылықты анықтаудың көптеген әдістері бар, олар үштықтың әсер ету сипаты бойынша ажыратылады. Қаттылықты өлшеу ұштықты басып – батыру, бетті тырнау және шарикті ұштықтың соғылуы және секіруі арқылы жүргізіледі. Қаттылықты өлшеудің басып – батыру әдісі кеңінен қолданылады. Бұл әдіспен алынған металдың қаттылығының өлшемдері металдың (мыстың, дюралюминийдің, жасытылған болаттардың) беріктігін сипаттайды. Екіншіден, қаттылықты өлшеудің орындау техникасы бойынша, қаттылықты – микроқаттылықты, беріктікті, созымдылықты, тұтқырлықты анықтауға қарағанда айтарлықтай қарапайым болады. Үшіншіден, қаттылықты өлшеу нәтижесінде тексерілетін тетікбөлшектің қирау болмайды және төртіншіден, қаттылықты өлшемдері мен қалыңдығы кішкентай тетікбөлшектерде, сонымен қатар металдың өте жұқа қабаттарында өлшеуге болады.

Қаттылықтың мәні металдың құрылымы және оның химиялық құрамынан тәуелді болады. Соған байланысты қаттылықты өлшеу өндірістегі болаттардың қасиеттерін және термиялық өңдеу сапасын бағалау үшін кеңінен қолданылады. Қаттылықты басып – батыру арқылы анықтаудың негізгі түрлері: болат шарикті батыру арқылы қаттылықты анықтау (Бринелль әдісі бойынша); Роквелл әдісі бойынша қаттылықты анықтау (R – Rockwell – ағылшынша – бірінші әріп әдістің аталуы), үлгі немесе тетікбөлшекке төбесінің бұрышы 120° болатын алмазды конусты немесе диаметрі 1,588 мм (1/16 дюйм) болатын шынықтырылған болат шарикті ұштықтарды батыру арқылы жүргізіледі; Виккерс әдісі бойынша қаттылықты анықтауда төбесіндегі бұрышы 136° және негізі текше болатын төрт қырлы алмазды пирамиданы батыру арқылы жүргізіледі. Сыналатын материалға алмазды пирамида Р жүктемесінің әсерімен батырылады, ал 49 – дан 1176 Н – ға дейінгі аралықта таңдалады және микроқаттылықты өлшейді.

Қаттылықты өлшеудің басқа да әдістері. Қаттылықты өлшеудің жоғарыда қарастырылған әдістерінен басқа, кейбір себептерге байланысты (мысалы, массивті конструкция, бұйым бетінің күрделі конфигурациясы) бұл әдістер қолданылмайтын болса, өндірістік жағдайларда қаттылықты анықтаудың басқа да әдістері қолданылады. Олардың кейбіреулері стандартталған. Массивті тетікбөлшектер мен құрылымдардың қаттылығын анықтау үшін соққы ізінің әдісі қолданылады. Үлкен өлшемді және ауыр бұйымдардың қаттылығын (бойек) серпімді секіру әдісімен өлшеуге болады (Шор әдісі).

Сонымен қатар металдар мен қорытпалардың механикалық қасиеттерін анықтау үшін созуға сынау, соққылы июге сынау, шаршауға сынау жүргізіледі. Механикалық сынаудан басқа металдық материалдарға тетікбөлшекті дайындау процессі кезіндегі технологиялық операцияларға қасиеттерін анықтау мақсатында технологиялық сынаулар (ию, шөгу, перегиб, сығу) жүргізеді. Технологиялық сынаулар материалдардағы ақауларды анықтауға мүмкіндік береді (жарықтар, қабаттанулар, үзілулер). Негізінен оларды тетікбөлшектердің сапасын бақылау үшін қолданады.

Металдардың технологиялық қасиеттері. Әртүрлі құрылымдар мен тетікбөлшектерді дайындау үшін металдың жарамдылығын барлық уақытта физикалық және механикалық қасиеттері бойынша бағалауға болмайды. Металдың сапасын нақты бағалау үшін оның технологиялық қасиеттерін анықтауды жүргізеді. Оларға жататындар:

- құйылуға қабілеттілігі;

- металдар мен қорытпалардың қысыммен өңделуге қабілеттілігі;

- термиялық, химия – термиялық және термия – механикалық өңдеуге қабілеттілігі;

- кесумен өңдеуге қабілеттілігі;

- пісірілгіштік және дәнекерлік.

Арнайы (эксплуатациялық) қасиеттер. Қасиеттердің бұл тобына:

- тозуға төзімділік;

- жемілілуге тұрақтылық;

- ыстыққа тұрақтылық және ыстыққа беріктік;

- фрикциондық және антифрикциондық қасиеттер;

- магниттік қасиеттер және т.б. қасиеттер жатады.

Нег. 2[87 – 117]

Бақылау сұрақтары:

1. Созуға сынау кезінде металдардың қандай қасиеттерін анықтайды?

2. Беріктік шегі және аққыштық шегі нені сипаттайды (физикалық және шартты)?

3. Уақытша кедергі нені сипаттайды?

4. Үзілуге нақты қарсыластық дегеніміз не?

5. Салыстырмалы ұзару және салыстырмалы тарылу дегеніміз не және оларды қалай есептейді?

6. Созуға сынау қалай жүргізіледі?

7. Соғып ию сынауының мәні неде?

8. Беріктікке сынаудың мәні неде?

9. Бринелль әдісі бойынша қаттылықты анықтау қалай жүргізіледі?

10. Роквелл әдісі бойынша қаттылықты анықтау қалай жүргізіледі?

11. Виккерс әдісі бойынша қаттылықты анықтау қалай жүргізіледі?

12. Соғып із қалдыру әдісімен қаттылықты қалай есептейді?