Қайта кристалданатын және қайта кристалдануға дейінгі жасыту.

Қайта кристалдануға дейінгі жасыту – деформацияланған металдың немесе қорытпаның термиялық өңдеуі, мұндағы негізгі процесс қайтарылу болып табылады.

Қайтарылу деп – нүктелік және сызықтық ақауларды орын ауыстыруы нәтижесінде деформацияланған кристалдағы ақаулардың тығыздығы және орналасуының өз бетімен өзгеру процесінің жиынтығы.

Қайтарылу екі кезеңде жүреді: төмен температуралы – бірінші текті қайтарылу немесе демалыс; жоғары температуралы – екінші текті қайтарылу немесе полигонизация. Демалыс кезінде нүктелік ақаулардың (вакансиялардың) саны азаяды; демалыс құрылымда ешқандай өзгеріс тудырмайды: ішкі қалдық кернеулердің бір бөлігі жойылады, кристалдық тордың қисаюы жойылады.

Жоғары температураларға дейін қыздырған кезде деформацияланған металда қайта кристалдану әсерінен құрылым мен қасиеттердің күрт өзгеруі байқалады.

Қайта кристалданатын жасыту – деформацияланған металдың немесе қорытпаның термиялық өңделуі, мұндағы негізгі процесс қайта кристалдану болып табылады.

Пластикалық деформация кезінде түйірлердің кристалдық торы кең көлемдік бағытқа ие болады – деформация текстурасы пайда болады (кристаллиттер негізгі созу деформациясының бағытында созылады). Кеңістіктер түйірлердің орналасу бағыттары әртүрлі болғандықтан, деформация бір уақытта басталуы және барлық түйірлерде бірдей болуы мүмкін емес. Бірінше кезекте сырғу 30 – 70° бұрышпен орналасқан түйірлер ісер ететін күш бағытына қарай өз сырғуын бастайды, ал содан кейін деформация дәрежесі өскен сайын барлық түйірлердің жазықтықтар бағыты өзгереді. деформация текстурасының түзілуі поликристалды металдардың анизотропты болуын тудырады. Пластикалық деформация кезінде өтетін барлық құрылымдық өзгерулер металдар мен қорытпалардың беріктенуін тудырады (қақтау). Пластикалық деформация металдар мен қорытпалардың физикалық қасиеттерінің өзгеруін тудырады: электр кедергісінің жоғарлауын, тығыздықтың төмендеуі, магниттік қасиеттердің өзгеруі. Қақталған металл жеміріліп бұзылуға бейім болады.

Пластикалық деформацияның нәтижесінде металдар мен қорытпаларда пайда болған күйі тұрақсыз болады: қақталған металл бос энергияның деңгейінің төмендеуімен тепе – теңдік күйге өз еркімен өтуге тырысады. Бұл процестің дамуына температура көп әсерін тигізеді.

Деформацияланған металдардың температурасы жоғарлағанда қайтарылу және қайта кристалдану процестері өтеді.

Қайта кристалдану – бұл жаңа деформацияланбаған түйірлердің пайда болуы және өсуі. Олар:

• Бірінші текті қайта кристалдану – оларды қоршаған деформацияланған түйірлердің әсерінен жаңа деформацияланбаған түйірлердің пайда болу және өсу процессі; суықтай деформациялану нәтижесінде өзгерген құрылымды қалпына келтіреді. Талшықты құрылым түйірлерінен тұратын құрылымға ауысады. Қайта кристалдану түйірлері пайда болатын қыздырудың ең төменгі температурасы қайта кристалданудың басталу температурасы деп аталады. Жақсы деформацияланатын металдар мен қорытпаларға сәйкес келетін (деформациялану дәрежесі 60 – 70 %) қайта кристалданудың басталуының ең төменгі температурасы қайта кристалданудың температуралық шегі (Тп.р.) деп аталады. А.А. Бочвар бойынша ол температураның абсолюттік шкаласы бойынша мынаны құрайды: = 0,4 Т_бал. (аса таза металдар үшін Т_қ.к.ш. = 0,2 . . .0,3 Т_бал).

Таза металдар үшін ол мынаны құрайды:

Металл	Fe	Сu	Al	Ni	Mo	W	Pb	Sn
Тқ.к.ш. оС	450	270	100	400	900	1200	-30	70

Металдар мен қорытпалардың қақталмасын толық жою үшін оларға қайта кристалданатын жасыту жүргізу керек. Тәжірибе жүзінде оны материалды суықтай деформациялау алдында қақталуды жою және суықтай деформациялау операциясының созымдылығын қалпына келтіру және пластикалық деформациядан кейін материалдарға қажетті қасиеттерді беру үшін соңғы термиялық өңдеу сияқты өтеді.

Қайта кристалдану температурасы суықтай және ыстықтай платикалық деформация арасындағы шекарасы болып табылады.

Көміртекті болаттарды (0,08 – 0,2 % С) көбінесе суықтай деформацияға, (илемдеу, штамптау және созуға) түседі, жасыту температурасы 680 – 700 ^оС аралығында болады. Жоғары көміртекті легірленген болаттардан жасалған калибрленген шыбықтарды жасытуды 680 – 740 ^о С температурада 0,5 – 1,5 сағат көлемінде жүргізеді.

Жоғары босату (қаттылықты төмендету үшін). Ыстықтай механикалық өңдеуден кейін болат ұсақ түйірлі және қанағаттанарлық микроқұрылымға ие болады, сондықтан фазалық қайта кристалдануды (жасытуды) талап етпейді, бірақ жоғары қаттылыққа ие болады.

Кесумен өңдеу, суықтай бөлігін шөгумен (высадка) немесе сымдаумен өңдеу кезінде, қаттылықты төмендету үшін сұрыптық илемге 650 – 700^оС температура кезінде 3 – 15 сағат көлемінде жоғары жасыту жүргізеді. Жоғары жасыту беріктікті талап етілетін мәнге дейін төмендетеді. Жоғары легірленген болаттар үшін жоғары босату қаттылықты төмендетудің жалғыз жолы болып табылады.

Қалдық кернеулерді жою үшін жүргізілетін жасыту. Жасытудың бұл түрін құймаларда, пісірілген бұйымдарда, кесумен өңдеуден кейінгі тетіктерде біртексіз пластикалық деформация әсерінен пайда болған қалдық кернеулерді жою үшін қолданады. Қалдық кернеулер бұйымдарды өңдеу, пайдалану немесе сақтау кезінде өлшемдерінің өзгеруін, ауытқуларды және поводка тудыруы мүмкін. Қалдық кернеулерді жою үшін болат бұйымдарға жасытуды 160 – 700 ^оС температурада одан кейінгі баяу салқындату арқылы жүргізеді. Пісіру кернеулерін жою үшін жасытуды 650 – 700 ^оС кезінде жүргізеді.

ІІ текті жасыту (фазалық қайта кристалдану). ІІ текті жасытудың мәні болатты Ас₁ немесе Ас₃ нүктесінен жоғары температураға дейін қыздыру, ұстау және баяу салқындатудан тұрады. Қыздыру және салқындату процестерінде болаттың құрылымы мен қасиеттерін анықтайтын фазалық түрленулер өтеді. Көміртекті болаттарды жасытудан кейін темір – цементит күй – жай кесте сызбасында көрсетілген құрылым алынады (11.1 – сурет).

1 – жасыту кезіндегі салқындату; 2 – қалыптандыру кезіндегі салқындату

11.1 – сурет. Көміртекті болатты толық жасыту (а) сұлбасы және аустениттің ыдырауының изотермиялық күй кесте сызбасы (б)

Эвтектоидқа дейінгі болатта феррит + перлит; эвтектоидтық болатта перлит; эвтектоидтан кейінгі болатта перлит + цементит.

Жасытудан кейін болат төменгі қаттылыққа және беріктікке, бірақ жоғары созымдылыққа ие болады.көптеген жағдайларда жасыту дайындау термиялық операциясы болып табылады; жасытуды құбырларға, құймаларға, соғылмаларға, сұрыптық және пішімді соғылмаларға, ыстықтай жаймаланған беттерге жүргізуге болады. Жасытудан кейін қаттылық пен беріктік төмендейді, ал кесумен өңделу жеңілдейді; түйір майдаланады, ішкі кернеу төмендейді және құрылымның біртексіздігі жойылады, жасыту пластикалықтың және тұтқырлықтың жоғарлауына көмектеседі.

ІІ текті жасыту келесідей түрлерге бөлінеді: толық, изотермиялық және толық емес.

Толық жасытудың мәні эвтектоидқа дейінгі болатты Ас₃ нүктесінен 30 – 50^оС жоғары температураға дейін қыздырудан, толық қызғанға дейін және металл көлемінде фазалық түрленудің аяқталуына дейін ұстау және одан кейінгі баяу салқындатудан тұрады.

Эвтектоидқа дейінгі болаттарды Ас₃ нүктесінен 30 – 50^оС жоғары температураға дейін қыздырғанда аустенит (Аустенит – -Fe темірге көміртегі атомдарының ену қатты ерітіндісі, кристалдық торы ҚЖТ) түзіледі, ол майда түйірлерімен сипатталады, сондықтан салқындату кезінде жоғары тұтқырлыққа және пластикалықты қамтамасыз ететін майда түйірлі құрылым пайда болады.

Қыздыру температурасын кристикалық нүктеден өте жоғары қыздырғанда аустенит түйірлерінің өсуі байқалады, ол болаттың механикалық қасиеттерін төмендетеді. Жасыту кезіндегі салқындату жылдамдығы аса салқындатылған аустениттің тұрақтылығына және болаттың құрамына тәуелді болады. Перлиттік түрленулер температурасының аймағында аустенит неғұрлым тұрақты болса, соғұрлым салқындату баяу болуы керек. Көміртекті болаттарға қарағанда (100 – 150 ^оС/сағ) легірленген болаттар айтарлықтай баяу салқындатылады (40 – 60^оС/сағ). Толық жасытуды құрамында 0,3 – 0,4 % С бар болаттың сұрыптық дайындамаларына, соғылмаларға және пішімді құймаларға жүргізеді.

Изотермиялық жасыту – толық жасытудағы сияқты легірленген болаттарды қыздыру және Ас₁ нүктесінен төмен температураға дейін (660 – 680 ^оС) салыстырмалы жылдам салқындатудан тұрады. Осы температуралар кезінде аустениттің толық ыдырауына қажетті 3 – 6 сағаттық изотермиялық ұстауды тағайындайды, одан кейін ауада салқындатады.

Изотермиялық жасытудың артықшылығы процес уақытының азайтылуы және біртекті ферритті – перлитті құрылымның алынуы жатады. Изотермиялық жасытуды легірленген көміртектенетін болаттардан жасалған орташа өлшемді соғылмаларға (штампталған дайындамалар) және сұрыптық соғылмаларға жүргізеді.

Толық емес жасыту толық жасытудан болатты төмен температурада қыздырумен (Ас₁ нүктесінен аз жоғары) ерекшеленеді. Толық емес жасытуды эвтектоидқа дейінгі болаттардың кесумен өңделуін жақсарту үшін жүргізеді; толық емес жасыту кезінде ферриттің бір бөлігінің қайта кристалдануы өтеді (Феррит – α темірге көміртегі атомдарының ену қатты ерітіндісі, кристалдық торы КЖТ).

Артық ферриттің бір бөлігі ғана аустенитке түрленеді. Конструкциялық болаттар үшін жасытудың мұндай түрін 750 – 770 ^оС температуралар кезінде 30 – 60 ^оС/сағатына салқындату жылдамдығымен суыту арқылы жүргізеді. Толық емес жасытуды эвтектоидтан кейінгі көміртекті және легірленген болаттарда кеңінен қолданады, нәтижесінде болаттың құрылымында пластинка пішінді перлиттің орнына түйіршікті (сфера тәрізді) құрылымды алуға болады.

Эвтектоидтық құрамға жақын болаттардың түйіршікті перлитке жасыту температурасының интервалы өте аз (750 – 760 ^оС), эвтектоидтан кейінгі болаттар үшін интервал 770 – 790 ^оС дейін кеңейеді. Сфераның түзілуі кезіндегі салқындату баяу болуы керек. Ол аустениттің ферритті – карбитті қоспасына ыдырауын қамтамасыз етеді. Түйіршікті перлитті жасытуды төмен және орташа көміртекті болаттардан жасалған жұқа табақтар мен сымдардың пластикалығын жоғарлату үшін суықтай штамптау және сымдау үшін жүргізеді.

Қалыптандырулық (нормализационный) жасыту. Қалыптандыру – эвтектоидқа дейінгі болаттарды Ас₃ нүктесінен, эвтектоидтан кейінгі болаттарды А_сm нүктесінен 30 – 50 ^оС жоғары қыздыру, садканың күюі және фазалық түрленулердің аяқталуы үшін аз уақыт ұстау, одан кейін ауада салқындатудан тұрады. Қалыптандыру болаттың толық фазалық қайта кристалдануын тудырады және құю немесе қақтау, соғу немесе штамптау кезінде алынған ірі түйірлі құрылымдарды жою үшін керек. Қалыптандыруды болат құймаларының қасиеттерін жақсарту үшін шынықтыру мен босатудың орныша қолданады.

Болатты шынықтыру. Шынықтыру деп – эвтектоидтық болатты Ас₃ нүктесінен, ал эвтектоидтан кейінгі болаттарды Ас₁ нүктесінен 30 – 50 ^оС жоғары температураға дейін қыздыру, сол температурада ұстау және критикалық нүктеден жоғары жылдамдықпен жылдам салқындатудан тұратын термиялық операцияны айтамыз (11.2 – сурет). Шынықтырудың критикалық жылдамдығы дегеніміз – барлық аустенит эвтектоидтық ыдырау өнімінсіз мартенситке түрленетін жылдамдық. Эвтектоидқа дейінгі болаттың шынықтырудан кейінгі құрылымы – мартенсит + қалдық аустенит, эвтектоидтан кейінгі – мартенсит + цементит. Мартенсит – α – темірге көміртегі атомдарының аса қаныққан ену қатты ерітіндісі. Тетроганальды кристалдық торға ие болады. Шынықтыру соңғы термиялық өңдеу операциясы емес; шынықтыру кернеулерін азайту үшін болатты шынықтырғаннан кейін босату жүргізеді.

Егер тепе – теңдік күйінде бөлме температурасында темірде көміртегінің еруі 0,025 % құрайтын болса, онда мартенситте оның мөлшері бастапқы аустениттің мөлшеріндей (2,14 %) болуы мүмкін. Көміртегі атомдары α – темір (мартенситтің) торының осы бойынша октаэдрлік қуысына орналасады және оны өте күшті өзгертеді. Мартенсит тетрогональды торға ие болады, мұндағы бір период «с» екіншісіне «а» қарағанда үлкен болады. Көміртегі мөлшері артқан сайын тетрогональды призма биіктігі «с» артады, ал оның негізінің өлшемдері төмендейді. Мартенситте көміртегі мөлшері неғұрлым көп болса, соғұрлым с/а қатынасы көп болады, атап айтсақ тор тетрогональдығы жоғары болады.

с/а = 1 + 0,046С қатынасы, мұндағы с – аустениттегі көміртегі мөлшері. Егер аустенит диффузиялық процестер мүмкін болмайтын төмен температураға дейін жылдам суытумен қатты салқындатылған болса, онда мартенситтік түрлену өтеді. Мартенситтік түрлену диффузиясыз сипатқа ие болады, атап айтсақ ол мартенсит торында көміртегі және темір атомдарының диффузионды қайта орналасуы болмайды. Мартенситтік тұрлену механизмдерінің сырғуымен түсіндіріледі. Және қатты ерітінді құрамының өзгеруі болмайды. Процесте түрлену өскен сайын серпімді кернеулер өседі, ол пластикалық деформацияның тууына және атомдары ретсіз орналасқан фаза аралық шекараларды тудырады. Мартенситті түрленудің дамуы үшін болатты М_н нүктесінен төмен температураға дейін үздіксіз салқындатып отыру керек. Егер салқындатуды тоқтататын болсақ, онда мартенситтік түрлену де тоқтайды. Бұл ерекшелік оны диффузионды перлиттік түрленуден ажыратады. Температура неғұрлым төмен болса, соғұрлым көп мартенсит пайда болады. Болаттың құрамына және түзілу температурасына байланысты мартенсит кристалдары әртүрлі морфологияға және субқұрылымға ие болуы мүмкін.

Мартенситтің екі түрін ажыратады: пластинкалы және рейкалы. Пластинкалы мартенсит мартенситтік нүктенің төмен температурасымен сипатталатын жоғары көміртекті болаттарда түзіледі. Құрамындағы көміртегінің мөлшері 0,4 – 0,5 % жоғары болатын шынықтырылған болаттардың құрамында қалдық аустенит болады. Оның мөлшері аустениттің құрамындағы көміртегімен легірлеуші элементтердің мөлшері көп болса және Мк және Мн нүктелерінің температурасы неғұрлым төмен болса, оның мөлшері соғұрлым көп болады. Мартенситтің басты артықшылығына жоғары қаттылығы мен беріктігі жатады.

а – шынықтыру сұлбасы; б – аса салқындатылған аустениттің ыдырауының изотермиялық диаграммасы; А – аустенит; Б – бейнит; Ф – феррит; М – мартенсит 11.2 – сурет. Эвтектоидқа дейінгі болатты шынықтыру сұлбасы.

Мартенситтің қаттылығы құрамындағы көміртегінің мөлшері артқан сайын жоғарлайды; бірақ көміртегінің мөлшері артқан сайын, оның морт сынғыштыққа бейімділігі жоғарлайды. Мартенситтің аустенитпен салыстырғанда меншікті көлемі жоғары болады. Мартенситтің салыстырмалы көлемінің артқаны шынықтыру кезіндегі ішкі кернеудің жоғарлауының пайда болуының бір себебі болып табылады, ол бұйымдардың деформациясын және жарықшалардың пайда болуын тудырады.

Шынықтыру деп – болатты шынықтыру нәтижесінде қаттылығын арттыру қабілеті. Ол болаттың құрамындағы көміртегімен анықталады.

Шынығу қабілеттігі – болаттың мартенситті немесе трооститті – мартенситті құрылымымен және белгілі бір тереңдікке дейін жоғары қаттылықты алу қабілетін түсінуге болады, шынықтырудың критикалық жылдамдығы неғұрлым төмен, атап айтсақ аса салқындатылған аустениттің тұрақтылығы неғұрлым жоғары болса, онда болаттың шынығу қабілеті соғұрлым жоғары болады.

Шынықтыру кезіндегі салқындату мартенситті құрылымды қамтамасыз етуі керек және шынықтыру ақауларын болдырмауы керек. Өте жиі шынықтыру үшін қайнаған сұйықтар қолданылады – су, сілтілер мен тұздардың сулы ерітінділері, майлар. Бұл орталарда шынықтыру кезінде үш периодпен ажыратылады:

• бүркемелік қайнау – болаттың беткі қабатында бу қаптамасы түзілгенде, салқындату жылдамдығы салыстырмалы төмен болады;

• көпіршікті қайнау –бу бүркемелерінің толық қирауы кезінде болады;

• конвективті жылу алмастыру.

Шынықтыру әдістері. Өте жиі бір салқындатушы ортасы бар шынықтыруды қолданады. Мұндай шынықтыруды үздіксіз деп атайды.

Үзілісті шынықтыру (екі орта қолданылады). Басында мартенситтік түрленуден (Мн), біршама жоғары температураға дейін салқындатады, одан кейін майда немесе ауада суытады.

Өзіндік босатуы бар шынықтыру. Бұйымды шынықтыру ортасында суытуды тоқтатады (бұйымның ортаңғы бөлігінде жылудың біршама мөлшері сақталады). Бұйымның беткі қабатындағы температура жоғарлайды және ортасындағы температурамен теңеседі. Қашау, слесарлық балғалардың беткі қабатында жоғары қаттылықты, өзегінде жоғары тұтқырлықты талап ететін аспаптарды жасауда қолданылады.

Сатылы шынықтыру. Болатты суда суытады (180 – 250 ^оС), онда біраз уақыт ұстайды, содан кейін ауада суытады. Көміртекті болаттардан жасалған диаметрі 8 – 10 мм аспайтын аспаптарды жасау үшін қолданылады.

Изотермиялық шынықтыру – сатылы шынықтыру сияқты, бірақ мартенситтік түрленудің басталу нүктесінде (Мн) ұстау уақыты ұзағырақ беріледі. Сатылы және изотермиялық шынықтырулар кезінде салқындату ортасы ретінде 150 – 500 ^оС температуралар интервалындағы балқытылған тұздар (55 % KNО₃ + 45 % NaNО₂), сонымен қатар балқытылған сілтілер (20 % NaOH + 80 % КОН) қолданылады. Тұздардың (сілтілердің) температурасы неғұрлым төмен болса, салқындату жылдамдығы соғұрлым жоғары болады. Егер тотықтандыруды болдырмайтын балқытылған тұздарда тетікбөлшектер алдын – ала қыздырылса, онда күйдіргіш сілтілердің балқымаларында салқындатқанда, бұйымның беті ашық сұр түсті таза болып алынады. Мұндай шынықтыруды ашық түсті деп атайды.

Суықпен өңдеу. Құрамында 0,4 – 0,5 % көміртегі бар шынықтырылған болаттың құрамында әрқашан қалдық аустенит болады. Аустениттің болуы қаттылық пен тозуға төзімділікті төмендетеді және оның өз бетімен мартенситке өту нәтижесінде төмен температуралар кезінде жұмыс істейтін тетікбөлшектердің өлшемдерінің өзгеруіне әкеледі.

Қалдық аустениттің мөлшерін азайту үшін суықпен өңдеуді (– 30 – –70 ^оС) және одан кейін босатуды жүргізеді. Суықпен өңдеуді өлшеу аспаптарын, серіппелерді және құрамында көп мөлшерде аустенитті сақтап қалатын жоғары легірленген көміртектенетін болаттардан жасалған тетікбөлшектер үшін қолданады.

Болаттарды босату. Босату – шынықтырылған болаттарды Ас₁ нүктесінен төмен температураға дейін қыздыру, сол температурада ұстау және одан кейін белгілі бір жылдамдықпен салқындатудан тұрады. Босату термиялық өңдеудің соңғы операциясы болып табылады, нәтижесінде болат талап етілетін механикалық қасиеттерге ие болады. Сонымен қатар босату толығымен немесе жартылай шынықтыру нәтижесінде пайда болған ішкі кернеулерді жояды. Бұл ішкі кернеулер босату жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жақсы шығарылады. Болаттардың қасиеттеріне босату температурасы негізгі әсер етеді. Босатудың үш түрі бар.

Төмен температуралы (төменгі) босатуды 250 ^оС температураға дейін қыздыру арқылы жүргізеді.нәтижесінде шынықтырылған макрокернеулер азаяды, шынықтыру мартенситі босату мартенситіне айналады, беріктік жоғарлайды және қаттылықтың аз өзгеруінсіз тұтқырлық жақсарады. Шынықтырылған болат (0,6 – 1,3 % С) төменгі босатудан кейін 58 – 63 HRC қаттылығын сақтайды, сонымен қатар жоғары тозуға төзімділікке ие болады. Босатудың мұндай түрін көміртекті және аз легірленген болаттардан жасалған өлшеу аспаптарын, сонымен қатар беттік шынықтыру, көміртектендіру циандау немесе нитрокөміртектендіру жүргізілген тетікбөлшектерге жүргізеді. Босату уақыты әдетте 1,5 – 2 сағатты құрайды.

Орташа температуралы (орташа) босатуды 350 – 500 ^оС аралығында жүргізіледі және негізінен рессорлар, серіппелер, сонымен қатар штамптар үшін қолданылады. Орташа босату серпімділік шегінің, төзімділіктің және релаксациялық тұрақтылықтың жоғары болуын қамтамасыз етеді. Орташа босатудан кейінгі болаттың құрылымы – босату трооститі немесе трооститті мартенсит; болаттың қаттылығы 40 – 50 HRC болады. Босатудың бұл түрінен кейінгі суытуды суда жүргізу керек, ол бұйымның беткі қабатында соғылмалы қалдық кернеудің түзілуіне әкеледі, ол өз кезегінде серппелердің төзімділік шегін арттырады.

Жоғары температуралы (жоғарғы) босатуды 500 – 680 ^оС температурада жүргізеді. Жоғары босатудан кейінгі болаттың құрылымы босату соорбиті болады. Жоғарғы босатудан кейінгі болаттың беріктігі мен тұтқырлығының ең жақсы қатынасы болады. Шынықтыру мен жоғарғы босату (жақсарту) уақытша кедергіні, аққыштық шегін, салыстырмалы тарылуды, әсіресе соққы тұтқырлығын жоғарлатады.

Болаттардың ескіруі. Ескіру деп – уақыт өте келе қорытпалардың қасиеттерінің өзгеруін айтамыз. Ескіру нәтижесінде материалдардың физика – механикалық қасиеттері өзгереді – беріктігі мен қаттылығы жоғарлайды, ал созымдылығы мен тұтқырлығы төмендейді. Ескіру 20 ^оС температурада (табиғи) немесе төмен температураларға дейін қыздыру арқылы (жасанды ескірту) жүргізіледі. Ескіруді екі түрге бөледі: термиялық, шынықтырылған қорытпаларда өтетін және деформациялық (механикалық), қайта кристалдану температурасынан төмен температураларда созымды деформацияланған қорытпаларда өтетін.

Термиялық ескіруді қатты күйінде шекті ауыспалы ерігіштікке қабілетті құралғыштары бар қорытпаларға жүргізеді. Деформациялық ескіру қорытпаның күй кесте сызбасына байланысты емес. Көптеген темір қорытпалары және түсті металдардың қорытпалары ескіруге бейім келеді. Кейбір жағдайларда ескіру оң әсерін тигізеді және оларды алюминий, титан, магний қорытпаларын термиялық өңдеу кезінде беріктігі мен қаттылығын арттыру мақсатында (термиялық ескірту), пайдалану кезінде жоғары серпімділік, беріктік және шаршау қасиеттеріне ие болуы керек болатын, серіппелі болаттардан жасалған тетікбөлшектерді беріктендіру үшін (деформациялық ескірту) қолданады. Басқа жағдайларда ескірту кері әсер етеді: соққы тұтқырдығын күрт төмендетеді және суықтай сынғыштық шегін жоғарлатады, табақтай болаттарды штампталу қабілетін төмендетеді, ол дәлдік өлшеу аспаптары және прецизионды тетікбөлшектер үшін өте зиян болып табылады.

Нег. 2 [191 – 227]

Бақылау сұрақтары:

1. Термиялық өңдеу түрлері қалай сыныпталады

2. Гомогенизациялық жасытуды қандай қорытпаларға жүргізеді?

3. Эвтектоидқа дейінгі болаттар үшін жасытудың қандай түрі жүргізіледі?

4. Шынықтырудан кейін қандай құрылым түзіледі?

5. Мартенсит дегеніміз не?

6. Төмен температуралы қалыптандыруды қандай температуралар аралығында жүргізеді?

Дәріс 12. Болаттарды термия – механикалық өңдеу (ТМӨ) және химия – термиялық өңдеу (ХТӨ).

Термия – механикалық өңдеу (ТМӨ) деп – аустенитті күйінде болатты пластикалық деформация мен мен шынықтырумен бірге жүргізуді айтады. Термия – механикалық өңдеудің екі негізгі әдісі бар.

а – ЖТМӨ; б – ТТМӨ

12.1 – сурет. Болаттың термия – механикалық өңдеудің сұлбасы

Жоғары температуралар кезіндегі термия – механикалық өңдеу (ЖТМӨ) кезінде болатты Ас₃ нүктесінен жоғары температуралар кезінде болат аустениттік құрылымға ие болғанда деформация жүргізіледі (12.1 – сурет). Деформация дәрежесі 20 - 30 % құрайды. Деформациядан кейін қайта кристалданудың дамып кетпеуі үшін лездік шынықтыру жүргізіледі.

Төмен температуралар кезіндегі термия – механикалық өңдеу (ТТМӨ) – болатты қатты салқындатылған салыстырмалы тұрақты температуралық аймағында (400 - 600 ^оС) жүргізіледі, деформация температурасы мартенситтік түрленудің басталуы (М_т) нүктесінен жоғары болып, ал қайта кристалдану температурасынан төмен болуы керек. Деформация дәрежесі 70 -95 %. Шынықтыруды деформациядан кейін лезде жүргізеді Шынықтырудан кейін екі жағдайда да төмен температуралы босату (100 - 300 ^оС) жүргізіледі, ол жақсы пластикалық пен тұтқырлық кезінде (_в = 2200 - 3000 МПа) жоғары беріктік алу мүмкіндік береді ( = 6 - 8 %, 50 - 60 %). ТМӨ сымдарды, рессорлы тіліктерді, серіппелерді беріктендіру үшін жүргізіледі.

Химия – термиялық өңдеу (ХТӨ) – бұл материалдардың термиялық өңделуі, оның нәтижесінде олардың беткі қабатының, ал кейбір жағдайда бұйымның барлық көлемі бойынша химиялық құрамы және құрылымы өзгереді.

ХТӨ механизміне бір уақытта жүретін, бұйымды сыртқы орта элемент-терімен байытуды қамтамасыз ететін үш процесс кіреді:

• бірінші процесс – абсорбция, атап айтқанда активті атомдық күйінде химиялық элементтің түзілуі (in statu nascendi);

• екінші процесс – бұйымның беткі қабатына атомдардың адсорбциясы;

• үшінші процесс - бұйымның беткі қабатынан ортасына қарай адсорбцияланған атомдардың диффузиясы.

Бұйым орналастырылатын сыртқы ортаның агрегаттық күйіне тәуелді ХТӨ қатты, сұйық және газ орталарында деп бөледі. Өңделетін бұйымның химиялық құрамының өзгеру сипаттамасы бойынша химия – термиялық өңдеудің барлық түрлерін үш топқа бөлуге болады: металл еместермен диффузиялық қанықтырылған, металдармен диффузиялық қанықтырылған және элементтерді диффузиялық ажырату.

Көміртектендіру (көміртекпен қанықтыру). Көміртектендіруді құрамында көміртегі мөлшері аз (0,25 – 0,30 %) болатын болаттардан жасалған бұйымдарға жүргізіледі. Көміртектендіру деп – болаттың беткі қабатын қыздыру кезінде сәйкес ортада – карбюризаторларда көміртекпен диффузиялық қанықтырудан құралатын химия – термиялық өңдеуді атаймыз. Көміртектендіруден кейін термиялық өңдеудің түрлері - шынықтыру мен төменгі босату жүргізіледі. Қатты карбюризаторларда көміртектендіру кезінде бұйымдарды жәшікке салады және 20 – 25 % ВаСО₃ қоспасымен араласқан ағаш көмірімен жабады. Газды көміртектендіру кезінде карбюризатор ретінде табиғи газды, бензолды, керосинді тамшылатып пештің герметикалық жұмыс кеңістігіне береді, ол жерде олар активті газды фаза түзеді. Газды карбюризаторлардағы негізгі көміртегін жеткізуші – метан: СН₄ 2Н₂ + С. Көміртектендіру тереңдігі бұйымның тағайындалуына байланысты 0,5 – 2,0 мм аралығында болады.

Көміртектендіруді 910 – 930 ^оС кезінде жүргізіледі, ал кейде процесті жылдамдату үшін 1000 – 1050 ^оС. Температура жоғарлаған сайын көміртектендірудің берілген тереңдігіне тез қол жеткізуге болады. Беткі қабаттағы көміртегінің шоғырлануы 0,8 – 1,0 % құрайды және көміртектендіру температурасы кезінде ерігіштік шегіне жетпейді. Нәтижесінде көміртектендіру торы Fe₃C түзілмейді.

Көміртегі мөлшерінің аз болуы (0,08 – 0,3 %) өзегінің жоғары тұтқырлығын қамтамасыз етеді. Көміртектендіруді сапалы 08, 10, 15, 20 және легірленген болаттарға 12ХНЗА, 18ХГТ және т.б. жүргізеді. Берілген жағдайдағы легірлеудің негізгі мақсаты – соғылғыштық қасиетін және көміртектенетін болаттардан жасалған бұйымдардың өзегінің механикалық қасиетін жоғарлату.

Көміртектендіруді жоғары тозуға төзімділікке, статикалық беріктікке, ию мен түйіспелі жүктеу кезінде шаршау кедергісіне қарсы тұратын тісті дөңгелектерді жасау үшін қолданылады. Тістің беткі қаттылығы 63 HRC, ал өзегінде –30 – 45 HRC аспауы керек.

Трактор және ауыл шаруашылық машина жасау өндірісінде қолданылатын болаттар мен тісті дөңгелектерді беріктендіруді, осы тетіктердің жүктелу дәрежесі бойынша сыныптауға болады.

1. Аз және орташа жүктелген тісті дөңгелектерді 18ХГТ, 25ХГТ, 20ХГНР, 20ХНР болаттарынан, 1,2 – 1,8 мм қалыңдыққа дейін көміртектендірумен беріктендіру арқылы дайындайды. Тістің беткі қаттылығы 56 – 60 HRC, өзегінде – 25 – 40 HRC.

2. Ауыр жүктелген тісті дөңгелектерді 20ХГНР, 20ХНЗА болаттарынан жасалады. Тістің беткі қаттылығы бірінші топ болаттары сияқты болады, ал өзегінің қаттылығы біршама жоғары – 30 – 45 HRC.

Тетікбөлшектерді газды көміртектендіру үшін итергіш пешінде бұйымның үстіңгі және астыңғы бөлігінде екі қатарлы орналастырылған, бір қатарлы вертикальды радиациялық құбырларды және екі қатарлы горизонталь U – тәрізді құбырларды қолданады. Пештің өнімділігі процестің түріне, диффузиялық қабаттың қалыңдығына, тетікбөлшектің өлшемдері мен массивтілігене тәуелді болады.

Сериялы өндіріс кезінде тетікбөлшектерді көміртектендіру және кейінгі шынықтыру үшін әмбебап механикалық құрал – сайманды қолданады, оларға бақыланатын атмосфералы камералық пеш және герметикалы жабылған тамбур мен шынықтыру багы жатады.

СНЗМА түріндегі пешті электрлі элементтермен, ал ТНЗМА түріндегі пешті газбен жағылатын радиациялық құбырларымен қыздырады. Көміртектенген болаттардың сапасын бақылауды беткі қабаттың қалыңдығын, беттің және өзектің қаттылығын және беткі қабаттағы көміртегі мөлшерін анықтаумен сипатталады.

Болаттарды азоттау. Азоттау деп – болаттың беткі қабатын азотпен диффузиялық қанықтыру процессі аталады. Азоттаудың технологиялық процестеріне болаттың беткі қабатын сәйкес келетін ортада 500-ден 1200 °С температурада қыздыру кезінде азотпен қанықтырудан құралады.

Азоттау беткі қабаттың қаттылығын, тозуға төзімділігін, төзімділік шегін және жемірілуге қарсыластығын жоғарлатады. Азотталған қабаттың қаттылығы көміртектендіруге қарағанда жоғары және оны жоғары температураларға дейін қыздырғанда да (450 – 500 ^оС) сақталады. Азоттауды диссоциирленген аммиакта NH₈ (25 – 60 %) жүргізеді. Өңделетін бетте аммиактын диссоциациясы азот иондарының түзілуімен өтеді, олар бетте адсорбцияланады және металдың тереңдігіне енеді.

Азоттау процесінің технологиясы. Технологиялық процес келесідей операциялардан құралады.

1. Дайындаманың жоғары беріктігі мен өзегінің тұтқырлығын алу үшін алдын – ала термиялық өңдеу (шынықтыру және жоғары босату).

2. Тетікбөлшектерді механикалық өңдеу.

3. Азоттауға түспейтін аймақтарды қалайы немесе сұйық шынымен қорғау.

4. Азоттау.

5. Соңғы механикалық өңдеу немесе жетілдіру.

38Х2МЮА болатынан жасалған жұқа қабырғалы бұйымдарды азоттауды 500 – 520 ^оС температуралар кезінде орындау ұсынылады. Процестің ұзақтылығы азотталған қабаттың талап етілетін қалыңдығына байланысты болады. Азоттау температурасы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым азотталған қабаттың қаттылығы төмен және қабат қалыңдығы жоғары болады. Азоттау кезінде 0,3 – 0,6 мм қалыңдықты қабат алу ұсынылады. Берілген жағдайда азоттау процессі 24 – 60 сағатты құрайды.

Азоттау процессін 1,5 – 2 есе жылдамдату үшін шоғырланған разрядтарды қолдану кезінде жүреді (ионды азоттау).

Азоттауды сирек азот құрамды атмосферада өңделетін тетікбөлшектерді теріс электродтарға (катодқа) қосы кезінде жүргізеді. Анодтың қызметін қондырғы контейнері атқарады. Тетікбөлшек пен анодтың арасында шоғырланған разрядтар және газдың оң индары орналасады, олар катордтың бетін шабуылдайды, нәтижесінде қыздырады. Алғашқыда бетті катодты бүркумен тазартады, оны 15 – 60 минут 1100 – 1400 В кернеумен және 15 – 25 Па қысыммен жүргізеді. Азоттау процессі 500 – 560 ^оС температуре, 500 – 1000 В кернеумен, 500 – 1000 Па қысымда 10 – 24 сағат көлемінде жүргізеді. Құрылымды және фазалық құрамды қанықтыратын атмосфераның құрамын және қысымын өзгерту арқылы реттейді.

Ионды азоттау үшін қуаты 67 және 250 кВт сәйкес НГВ-6,б/6-И1, НШВ-9.18/6-И2 электр пештері қолданылады.

Нитрокөміртектендіру және циандау. ХТӨ процесінің болаттың беткі қабатын бір уақытта газды ортада өңдеу кезінде, азот пен көміртегімен қанықтыру нирокөміртектендіру (немесе газды циандау) және цианды тұздары бар ерітінділермен өңдеу кезіндегі қанықтыру циандау деп аталады. Диффузиялық аймақтағы көміртегі мен азоттың мөлшерін ортаның құрамын және процестің температурасын өзгерту арқылы қол жеткізуге болады. Болаттарды циандауды құрамында NaCN қоспасы бар ваннада, 820 – 960 ^оС температуралар кезінде 30 – 90 мин аралығында жүргізеді. Цианистті натрийдің тотығуы кезінде атомарлы азот және көміртегі оксиді түзіледі.

Көміртектендірумен салыстырғанда циандаудың артықшылығы – процестің біршама аз уақытта өтуі және өте жоғары жемірілу мен тозуға төзімділігі (беткі қабатында азоттың болуынан) болып табылады. Процестің кемшілігі – улы цианды тұздардың қолданылуы.

Болаттарды нитрокөміртектендіруді газды циандау деп те атайды, 850 – 870 ^оС температуралар кезінде 2 – 10 сағат көлемінде құрамында аммиак және көміртектендіретін газы бар арнайы орталарда жүргізіледі. Газды көміртектендіруге қарағанда нитрокөміртектендіру келесідей артықшылығы ие болады: процес температурасы төмен, түйір көлемі кіші, тозуға төзімділігі жоғары, тетікбөлшектердің тербелуі аз болады.

Борлау деп – сәйкес орталарда қыздыру арқылы тетіктердің бетін бормен диффузионды қанықтырудан тұратын химия – термиялық өңдеуді айтамыз.

Борлауды балқытылған бураны (Na2B407) электролиздеу кезінде жүргізеді. Қанықтыру температурасы 930 – 970 ^оС, ұстау уақыты 2 – 6 сағат. Диффузионды қабат FeB және Fe₂B тұрады. Қабаттың қалыңдығы 0,1 – 0,2 мм. Балшықты мұнай сорғыларының төлкелерін, ию және пішімдеу қалыптарын, қысыммен құю машиналарын жасау үшін қолданылады.

Силицирлеу – болаттың беткі қабатын кремниймен қанықтыру процессі. Болаттың теңіз суында, азот, күкірт және тұз қышқылдарындағы жоғары жемірілуге төзімділігін жоғарлатады, тозуға қарсы тұрақтылығын арттырады. Силицирлеуді химия, қағаз және мұнай өнеркәсібінде қолданылатын тетіктерге (сорғы біліктеріне, құбырларға, арматураларға, бұрандаларға) жүргізіледі. Төменгі қаттылығына байланысты 200 – 300 HV силицирленген қабат 170 – 200 ^оС кезінде алдын – ала маймен сіңіртуден кейін жоғары тозуға төзімділікке ие болады.

Металдармен диффузионды қанықтыру. Металдар темірде және басқа да металдарда орын басу әдісі бойынша ериді, сондықтан метал емес материалдарға қарағанда баяу өтеді. Металдармен диффузионды қанықтыруды метал емес материалдармен қанықтыруға қарағанда өте жоғары температуралар кезінде жүргізеді.

Алитирлеу – болаттардың және өте сирек шойындардың отқабыршыққа тұрақтылығын арттыру үшін қолданылады. Сонымен қатар ыстыққа берік никель қорытпаларынан жасалған газ турбинасының қозғалтқышындағы құйылған қалақшаларын алитирлейді. Алитирленген бұйымдарды қыздырған кезде оның беткі қабатында жұқа және берік үлдір А1203 түзіледі, ол бұйымды одан кейінгі тотықтанудан сақтайды. Алитирлеу тереңдігі 0,2 – ден 0,8 мм құрайды. Болат бұйымдарын ұнтақтарда газды ортамен қанықтыру арқылы алитирлеу ең кең тараған түрі болып табылады. Ұнтақ тәрізді қоспа ферроалюминий, хлоритті аммоний және алюминий оксидінен тұрады. Алитирлеуді 950 – 1050 ^оС температурасында 3 – 12 сағат көлемінде жүргізеді.

Диффузиялық хромдау болат бұйымдардың жемірілуге төзімділігін, отқабыршақтыққа тұрақтылығын және тозуға төзімділігін арттыруға мүмкіндік береді. Хромдаудың кеңінен тарағана түрлеріне феррохром, хлоритті аммоний және алюминий оксидінің ұнтақ тәрізді қоспаларында 1000 – 1050 ^оС температурада 6 – 12 сағат жүргізілетін процес жатады. Түзілетін газ тәрізді хлорид СrС₁₂ хромның активті атомдарын тасымалдаушы болып табылады. Сонымен қатар вакуумде хромдауды да қолданады. Оны 1000 – 1050 ^оС температурада бірнеше сағат көлемінде, хром ұнтағының булануынан пайда болатын бу фазасынан қанықтыру арқылы орындалады. Хромдалған беттің қалыңдығы 0,2 мм аспайды. Әдетте хромдау үшін құрамында 0,4 %С бар болаттарды таңдайды.

Элементтерді диффузиялық жою. Вакуумде және басқа да орталарда қыздыру кезінде зиянды қоспаларды жою үшін қолданылады. Негізінде бұйымның өзегінен беткі қабатына атомдардың орын ауыстыруының және зиянды қоспаларды беткі қабатынан ғана емес бүкіл көлемі бойынша жою диффузиялық процессі болады. Мысал ретінде титан қорытпаларының сутекті морттылығын және соққы тұтқырлығын болдырмау үшін вакуумде қыздыру кезінде сутексіздендіру болып табылады; бұл процесті 670 – 700 ^оС температурада 2 – 6 сағат көлемінде 10 – 4 ГПа қысымда жүргізіледі.

Химия – термиялық өңдеудің процестері өзінің химиялық активті орталарының әртүрлілігіне және бұйымның беткі қабаттары мен бүкіл көлемі бойынша қасиеттерін өзгерту мүмкіндігінің нәтижесінде өнеркәсіпте кеңінен қолданылады.

Химия – термиялық өңдеу кезінде еңбек қорғау бойынша ережелерді қатаң сақтау керек. Газды және электрмен қыздырылып жұмыс істейтін пештерге қызмет көрсету кезінде ерекше көңіл бөлу керек. Жұмыс орындары техника қауіпсіздік, еңбек қорғау және қоршаған ортаны қорғау ережелерімен қамтамасыз етілуі керек. Химия – термиялық өңдеу кезіндегі қоршаған ортаны қорғау бойынша іс – шаралар көбінесе металлургия өндірісінде жүргізілетін іс – шараларға ұқсас болады. Химия – термиялық өңдеу жүргізген кезде бөлінетін газдарды жинақтау мен сиратпеуге ерекше көңіл бөлінеді.

Нег. 2 [228 – 249]

Бақылау сұрақтары:

1. Термия – механикалық өңдеу қандай мақсаттар үшін үргізіледі?

2. Химия – термиялық өңдеудің түрлерін атаңыз?

3. Қандай болаттарға көміртектендіру жүргізеді?

4. Қандай болаттарға шынықтыру жүргізіледі?

5. Болаттарды көміртектендіру, шынықтыру және төменгі қалыптандырудан кейін қандай құрылымға ие болады?

Дәріс 13. Аспаптық материалдар

Аспаптық болаттарды аспаптардың негізгі үш түрін дайындау үшін қолданады: кесу, өлшеу және қалыптау.

Аспаптық болаттарды тағайындалуы бойынша келесі топтарға бөллуге болады: кесу аспаптарына арналған көміртекті және легірленген болаттар; тез кескіш болаттар; суықтай деформациялауға арналған қалыптау болаттары; ыстықтай деформациялауға арналған қалыптау болаттары; өлшеу аспаптарына арналған болаттар.

Кесу аспаптарына арналған көміртекті және легірленген болаттар.

Кесу аспаптарына арналған көміртекті және легірленген болаттар өңделетін материалдың қаттылығынан жоғары қаттылыққа ие болуы керек.

Жұмыс процессі кезінде кесу аспабының кесуші бөлігі барлық уақытта алынатын жоңқамен жанасады, яғни аспаптың кесуші жиегінің бетінде тозу мен үздіксіз үйкеліс болады. Сондықтан кесу аспаптырына арналған болаттар жоғары қаттылығымен қатар жоғары тозуға төзімділікке ие болуы керек. Кесі процессі кезінде механикалық энергия жылулық энергияға айналады және осының нәтижесінде аспап, өңделетін тетікбөлшек және жоңқа қызады.

13.1 – кесте

Қызуға тереңдігі аз болатын болаттардың химиялық құрамы, %

Болат	С, %	Мn, %	Cr, %
У7	0,65 – 0,74	0,20 – 0,40	≤ 0,20
У8	0,74 – 0,84	0,15 – 0,40	≤ 0,15
У9	0,85 – 0,94	0,15 – 0,35	≤ 0,15
У10	0,95 – 1,04	0,15 – 0,35	≤ 0,15
У11	1,05 – 1,14	0,15 – 0,35	≤ 0,15
У12	1,15 – 1,24	0,15 – 0,35	≤ 0,15
У13	1,25 – 1,35	0,15 – 0,35	≤ 0,15
7ХФ	0,63 – 0,73	0,30 – 0,60	0,40 – 0,70
8ХФ	0,70 – 0,80	0,15 – 0,40	0,40 – 0,70
9ХФ	0,80 – 0,90	0,30 – 0,60	0,40 – 0,70
11Х	1,05 – 1,15	0,40 – 0,70	0,40 – 0,70
13Х	1,25 – 1,40	0,30 – 0,60	0,40 – 0,70

Жұмсақ материалдарды төменгі жылдамдықты кесумен өңдегенде және кіші қималы жоңқаны жону кезінде аспаптың кесуші жиегі қатты қыздырылмайды.

Бұл топ болаттарын қызуға тереңдігі аз болатын болаттар (көміртекті және аз легірленген) және қызуға тереңдігі жоғары болатын болаттар (легірленген) деп бөлуге болады.

Қызуға тереңдігі аз болатын болаттар. Көміртекті аспаптық болаттарды (МЕСТ 1435 – 74) сапалы: У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13 және жоғары сапалы У7А, У8А, У9А...У13А етіп шығарады. Көміртекті болаттардың химиялық құрамы 13.1 – кестеде көрсетілген. Көміртекті болаттарды қаттылығы НВ 187 – 217 аспайтын, түйіршікті перлитке дейін жасытудан кейін жеткізіледі. Эвтектоидтан кейінгі болаттардың құрылымында цементитті тордың болмауы керек. Жеткізілу кезінде көміртекті болаттар кесумен жақсы өңделеді және аспапты дайындау кезінде қажет болатын жаю, кесу және басқа да операцияларда қажет етілетін, созымды деформацияны қабылдайды. Аспаптық көміртекті болаттардың жоғарғы қаттылығына (HRC 62 – 65) шынықтыру нәтижесінде қол жеткізуге болады. Көміртекті болаттарды шынықтыруға арналған қыздыру температуралары 13.1 – суретте көрсетілген. У7, У8, У9 болаттарына толық шынықтыру, У10 – У13 болаттарына жартылай шынықтыру жүргізіледі. Көміртекті болаттарды шынықтыруды суда немесе тұздар мен сілтілердің сулы ерітінділерінде жүргізеді, себебі олар аса салқындатылған аустениттің аз тұрақтылығына ие болады. Шынықтырудан кейінгі көміртекті болаттардың У7, У8, У9 құрылымы мартенситтен, ал У10, У11, У12, У13 болаттарының құрылымы – мартенсит және артық мөлшердегі карбиттерден (цементиттен) тұрады. Артық мөлшердегі карбиттер болаттардың тозуға төзімділігін артырады. Шынықтырылған көміртекті болаттардың құрылымында аз мөлшерде (5 – 8 % дейін) қалдық аустенит болады, бірақ оның мөлшері аз болғандықтан болаттың қаттылығы төмендемейді. Көміртекті болаттан жасалған бұйымдардың критикалық диаметрі 15 мм аспайды. Сондықтан бұл болаттардан көлденең қимасы 25 мм дейін және өзегі шынықтырылмаған кіші өлшемді аспаптар жасау үшін қолданылады. Өзегі шынықтырылмаған тұтқыр аспаптар соққы мен дірілге жоғары тұрақты болады.

Сонымен қатар қызуға тереңдігі аз болатын болаттарға құрамында вольфрамы бар болаттар: ХВ4 (1,25 – 1,45 % С; 0,4 – 0,7 % Сr; 3,5 – 4,3 % W) және В2Ф (1,05 – 1,22 % С); 1,6 – 2,0 % W; 0,2 – 0,28 % V жатады. В2Ф болаттарын металды кесетін таспалы ара, пышақ таспаларын дайындау үшін қолданылады. Аса қатты және тозуға берік ХВ4 болатын өте қатты материалдарды (мысалы, беті шынықтырылған суықтай илемделген біліктерде) аз жылдамдықпен өңдеуде қолданылатын кесу аспаптарын (резец, фреза) жасау үшін қолданылады.

13.1 – сурет. Аспаптық көміртекті болаттарды шынықтыру температурасының интервалы

Аз легірленген болаттар 7ХФ, 8ХФ, 9ХФ және т.б. аралардың метчиктерін, тістерін, кесу матрицаларын, пуансондарды, суықтай кесу пышақтарын жасау үшін қолданылады. Вольфрамы бар болаттары ХВ4 және В2Ф шынықтырудан кейін өте жоғары қаттылыққа ие болады.

Қызу тереңдігі жоғары болатын болаттар. Бұл топ болаттарының көміртекті және аз легірленген болаттарға қарағанда қызу тереңдігі біршама жоғары болады. Сондықтан бұл болаттардан ірі өлшемді кесу аспаптары жасалады. Жоғары қызу тереңдігі хроммен легірлеу (1,3 – 1,6 %) нәтижесінде алынады. Аса жоғары қызу тереңдігіне бірнеше элементпен: хром, марганец, кремний, вольфраммен легірленген болаттар ие болады. Легірленген болаттардан жасалған аспаптарды майда шынықтырады, ол тербелудің және жарықтардың пайда болу қауіпінің азайуын қамтамасыз етеді. Бұл топ болаттарының, әсіресе кремний және вольфраммен легірленген болаттардың артықшылығы босатуға қарсы жоғары тұрақтылығы болып табылады. Жасытылған күйіндегі құрылымы бойынша барлық болаттар эвтектоидтан кейінгі сыныпқа жатады.

Әртүрлі болаттардан жасалған аспаптарды шынықтыру үшін А₁ критикалық нүктесінен жоғары, бірақ А_сm төмен 840 – 860 ^oС (X және 9ХС); 830 – 850 °С (ХВГ); 840 – 860 °С (ХВСГ) температураларға дейін қыздырады. Шынықтыруды майда немесе ерітілген тұздарда (160 – 200 °С) жүргізеді. Шынықтырудан кейін болаттардың қаттылығы HRC 62 аз болмауы керек.

Егер жоғары қаттылықты сақтау керек болса, онда босатуды 150 – 160 °С температурада жүргізіледі. Егер тұтқырлықты жоғарлату талап етілсе, онда босату температурасын жоғары етіп (300 °С дейін) тағайындайды, бұл жағдайда қаттылық ботаттың құрамына байланысты HRC 55 – 60 дейін төмендейді. Қызу тереңдігі жоғары болатын болаттарға жоғары хромды 9Х5ВФ және күрделі легірленген 8Х4ВЗМЗФ2 болаттар жатады, олар жоғары қыздыруға (босатуға) тұрақтылыққа ие болады. 9Х5ВФ болаты ағашты фрезерлеу және басқа да ағаш өңдейтін аспаптардың пышақтарын дайындау үшін қолданылады. Шынықтырудан кейін аспаптарға 160 – 200 °С (HRC 61 – 63) немесе 275 – 300 °C (HRC 55 – 58) температураларда босату жүргізеді. 8Х4ВЗМФ2 болаты жартылай жылуға тұрақты болаттарға жатады. Оларды ағаш өңдейтін аспаптар жасау үшін қолданылады, олар кесудің жоғары жылдамдықтарында кесу жиегінің қыздырылуы өтетін жағдайларда жұмыс істейді. Бұл болаттардан жасалған аспаптарға HRC 60 – 62 қаттылыққа дейін 1150 – 1170 °С температурада майда шынықтырады және 550 – 560 ^оС температурада үш реттік босатуды жүргізеді, нәтижесінде қаттылық шамалы ғана өзгереді (HRC 60 – 61), бірақ кесу жиегінің тұрақтылығы жоғарлайды.

Тез кескіш болаттар. Тез кескіш болаттар ауыр жылулық жағдайларында кесудің жоғары жылдамдықтарында жұмыс істейтін әртүрлі кесу аспаптарын жасау үшін қолданылады. Қатты материалдарды үлкен кесу жылдамдығымен кесу және қалың жоңқаны жону кезінде аспаптың кесуші жиегі жоғары температураларға дейін қызады. Сондықтан ауыр жағдайларда жұмыс істейтін кесу аспаптарын қызыл сынғыштығы жоғары, атап айтсақ жоғары температураларға дейін (600 – 650 ^oС) қызған кезінде жоғары қаттылығын сақтап қалатын болаттардан дайындау ұсынылады. Қызыл сынғыштықты қамтамасыз ету үшін болаттарды көп мөлшерлі вольфраммен молибденмен және ванадиймен легірлейді. Бұл элементтерден басқа тез кескіш болаттардың барлығы хроммен (шамамен 4 %), ал кейбіреулерін – кобальтпен легірлейді.

Тез кескіш болаттардың ең кең тараған ентаңбалары: Р18, Р12, Р9, Р6АМ5, Р12Ф3,Р9М5К5. Тез кескіш болаттардың құрамына кіретін легірлеуші элементтердің ішінде вольфрам маңызды орын алады. Ол карбид түзуші элемент болып табылады, ал егер оның мөлшері өте көп балса, онда болатта М_ВС (Fe_nW_mC, мұндағы темір және вольфрам атомдарының соммасы n+m = 6) түріндегі карбидтер түзіледі. Егер болаттың құрамында молибден, хром, ванадий, кобальт болатын болса, онда олар да карбидтердің М₆С құрамына кіруі мүмкін. Тез кескіш болаттарды шартты түрде қызыл сынғыштығы орташа және жоғары қызыл сынғышты деп бөледі. Бірінші топқа вольфрам және молибден, аздаған мөлшердегі ванадиймен (1 – 2 %) легірленген болаттар жатады: Р18, Р12, Р9, Р6М5. Бұл болаттар 620 °С температураға дейін қыздырғанда жоғары қаттылықты (HRC 60 төмен емес) сақтайды.

Қазіргі уақытта (өндірістің жалпы көлемінің 80 %) тез кескіш болаттардың негізгі ентаңбасы Р6М5 болып табылады. Пайдалану қасиеттерін жоғарлату үшін болаттарды азотпен қосымша легірлейді (Р6АМ5).

Жылуға тұрақтылығы жоғары болаттар тобына көп мөлшерде (> 2 %) ванадийі бар, сонымен қатар кобальтпен қосымша легірленген (Р9К5, Р12ФЗ, Р18К5Ф2 және т.б.) болаттар жатады. Бұл болаттар 630 – 650 °С температуралар кезінде жоғары қаттылықты сақтайды. Тез кескіш болаттар жасытылған күйінде құрылымы бойынша ледебуриттік сыныпқа жатады. Олардың құрылымында құрамынна арнайы карбиттер кіретін эвтектика (лебебурит) болады.

Түйір шекарасында бойынша тор түрінде орналасатын эвтектика болаттың тұтқырлығын төмендетеді, сондықтан құйылған тез кескіш болаттар жоғары кеуектілігімен ерекшеленеді. Ыстықтай қысыммен өңдеген кезде эвтектика торы бөлшектенеді және бірінші текті (эвтектикалық) карбидтер өқрылымы бойынша біртұтас орналасады.

Ыстықтай деформацияланған тез кескіш болаттың қаттылығын төмендету, кесумен өңделуін жеңілдету және құрылымын шынықтыруға дайындау үшін 840 – 860 °С температураларда жасыту жүргізеді. Жасытудан кейінгі құрылымы майда түйірлі сорбит тәрізді перлит, ол феррит пен майда карбидтерден және артық мөлшердегі карбиттерден тұрады – екінші ретті және бірінші ретті. Жасытудан кейінгі болаттардың қаттылығы НВ 255 – 285 аспауы керек. Тез кескіш болаттан дайындалған аспаптарға шынықтыру және үш реттік босату жүргізіледі.

Шынықтырудан кейінгі тез кескіш болаттың құрылымы жоғары легірленген мартенситтен, 0,3 – 0,4 % С, ерімеген артық карбиттерден және қалдық аустениттен құралады. Р18 болаты үшін 1280 °С температурада шынықтырудан кейін құрылымдық құраушылырының қатынасы келесідей болады: 55 % мартенсит, 30 % қалдық аустенит және 15 % ерімеген карбид, негізінен бірінші реттті.

Тез кескіш болаттан жасалған аспаптарды майда шынықтырады. Күрделі пішінді аспаптар үшін сатылы шынықтыру жүргізеді, оны аспаптың қимасы бойынша (бұл кезде аустениттің түрленуі болмайды) температураны теңестіру үшін 450 – 500 °С температурада 2 – 5 мин көлемінде тұзды ванналарда жүргізеді және соңынан ауада суытады.

Егер болатты шынықтырудан кейін суықпен өңдесе ( – 75 – 80 °С), онда тез кескіш болаттың термиялық өңдеу циклын қысқартуға болады. Бұл жағдайда үш реттік босатудың орнына бір реттік босату жүргізіледі. Шынықтыру мен босатудан кейінгі болаттың шағын құрылымы мартенсит және карбиттерден тұрады. Егер босату температурасы немесе ұстау уақыты жеткіліксіз болса (болат толық босатылмаған), онда құрылымда аз мөлшерде қалдық аустенит сақталады. 600 °С жоғары температуралар кезінде жасыту жүргізілсе, тез кескіш болаттың қаттылығы төмендейді, ол мартенситтің ыдырауы мен бөлінетін карбиттердің коагуляциясына байланысты болады.

Кесу қасиеттерін жақсарту және тұрақтылығын жоғарлату үшін тез кескіш болаттарынан жасалған аспаптарға төмен температуралы циандау жүргізеді – химия – термиялық өңдеу, оның әсерінен беткі қабаттары көміртегі және азот атомдарымен қаынқтырылады, нәтижесінде жұқа (0,02 – 0,07 мм) цианды қабат пайда болады, оның қаттылығы HV 1000 – 1100 және жоғары қызу тұрақтылығы (~650°С) болады.

Штамптық болаттар. Штамптық болаттар аспаптар дайындауға, суық және ыстық күйінде металды деформациялауға арналған деп бөлінеді.

Суықтай деформациялауға арналған болаттар. Металды суық күйінде деформациялайтын аспаптарға созатын, кесетін, иетін, пішімдейтін, высадочный штамптар, тесіктер тесетін пуансондар, кесу матрицалары, материалдарды кесуге арналған пышақтар, созу тақталары, бұранданы жаймалауға арналған роликтер және т.б. жатады.

Металдарды суық күйінде деформациялайтын аспаптарды дайындауға арналған болат жоғары қаттылық пен тозуға төзімділікке, жеткілікті тұтқырлыққа және шынықтыру кезінде аз деформациялануға ие болуы керек.

Суық күйінде деформацияланатын барлық штамптық болаттар жоғары көміртекті, эвтектоидтан кейінгі болып табылады, ал легірлеуші элементтердің саны болаттың қажетті тозуға төзімділігі және қызу тереңдігі бойынша анықталады.

Беріктігі төмен материалдарды өңдеген кезде У10, У11, У12 болаттарын қолданады. Өте ауыр жұмыс жағдайларында жұмыс істейтін пішіні бойынша өте үлкен және күрделі штамптарды жоғары қызуға төзімділігі бар легірленген болаттардан (X, ХВГ, ХВСГ, 7ХГ2ВМ және т.б.) дайындайды. Жоғары қаттылығы, тозуға төзімділігі бар және шынықтыру кезінде аз деформацияланатын (матрицалар және пуансондар, жалпақ металдың терең пішімдеу матрицалары) аспаптарды дайындау үшін жоғары қызу тереңдігі және тозуға төзімділігі бар болаттар (МЕСТ 5950 – 73) қолданылады. Осы топ болаттарының ішінде ең көп қолданылатындары: Х12М (1,45 – 1,65% C, 11,0 – 12,5% Cr, 0,4 – 0,6 % Mo, 0,15 – 0,30% V; Х12Ф1 (1,25 – 1,45% С, 11,0 – 12,5% Cr, 0,7 – 0,9% V; Х6ВФ (1,0 – 1,15% С, 5,5 – 6,5% Cr, 1,1 – 1,5% W , 0,5 – 0,8% V).

Штамптардың жұмыс бөлігін дайындау үшін аспаптық болаттарға қарағанда өте жоғары қаттылыққа ие болатын металлокерамикалық қатты корытпаларды қолданады (ВК тобының қатты қорытпалары, құрамында кобальттың мөлшері 15 % кем емес). Штамптың беткі қабатының қасиеттерін жақсарту (қаттылықты, жылуға тұрақтылығын жоғарлату) үшін химия – термиялық өндеу (азоттау) және арнайы балқытпаларды қолдану әдістері жасалады.

Ыстықтай деформациялау штамптарына арналған болаттар. Металды ыстық күйінде деформациялайтын аспаптарға жоғары температураларға дейін (1000 – 1150°С) алдын – ала қыздырылған металға деформация жүргізетін соғу өндірісіне арналған штамптар жатады. Жұмыс процессі кезінде штамптар күрделі кернеулер (сығу, созу, ию) әсеріне және ыстық металдың үйкелу әсеріне түседі. Сонымен қатар пластикалық деформация кезінде штамптың жұмыс бөлігі шамалы қызады. Сондықтан соғу штамптарын дайындауға арналған болаттар әдеттегі жағдайларда ғана емес, сонымен қатар жоғары температуралар кезінде қызуға тұрақты болып, механикалық қасиеттері (беріктігі, тұтқырлығы, тозуға төзімділігі) жоғары болуы керек. Соғу штамптарының жұмыс процессі кезінде жұмыс бетінің периодты қызуы мен салқындауына түседі. Жұмыс бетінің қыздыру температурасы болаттың критикалық нүктесінен асып кетуі керек және әрбір қыздыру және салқындату кезінде көлемдік өзгерумен бірге жүретін фазалық түрленулер өтеді. Периодты қыздыру және салқындату нәтижесінде штамптың жұмыс бетінде разгардың жарықтары пайда болады және көбінесе олар тор түрінде сипатталады. Сондықтан металды ыстық күйінде деформациялайтын штампқа арналған болаттар разгарға қарсыластығы жоғары болуы керек.

Өте үлкен өлшемімен сипатталатын балғалы штамптар жұмыс бетінің шамалы қыздырылуы кезінде (шамамен 400°С дейін) маңызды соққы жүктемелерінде жұмыс істейді. Оларды жартылай жылуға тұрақты болаттардан 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, 5ХНВС жасайды. Барлық болаттардың құрамында көміртегі мөлшері 0,5 – 0,6 % бірдей болады, ол жеткілікті тұтқырлық кезінде талап етілетін қаттылық пен беріктікті алуға мүмкіндік береді. Кешенді легірлеу болаттардың жоғары қызу тереңдігін қамтамасыз етеді (мысалы, 5ХНМ және 5ХГМ болаттары қималарында 200 – 300 мм дейін, ал 5ХНВ болаты 150 – 180 мм қызу тереңдігіне дейін болады). Марганец арзан элемент ретінде никельді алмастырғыш болып табылады, бірақ марганецпен легірленген болат 5ХГМ төменгі соққы тұтқырлығына ие болады. Молибден мен вольфрам жылуға тұрақтылығын жоғарлатады, түйірлерді майдалайды, болаттың босату морттылыққа икемділігін азайтады.

Штамптық болаттар 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, 5ХНВС (МЕСТ 5950 – 73) эвтектоидқа дейінгі, бұл болаттардағы карбидті фазалары легірленген цементит болып табылады.

Штампқа арналған дайындамалардың біртекті қасиеттерін алу үшін оларға соғу мен жасыту жүргізеді.

Жоғары жылуға тұрақты болаттардың тобына мына болаттар жатады: 4Х2В5МФ (0,3 – 0,4 % С; 2,2 – 3,0 % Сr; 4,5 – 5,5 % W; 0,6 – 0,9 % Мо; 0,6 – 0,9 % V), 5ХЗВЗМФС (0,45 – 0,52 % С; 2,5 – 3,2 % Сr; 3,0 – 3,6 % W; 0,8 – 1,1 % Мо; 1,5 – 1,8 % V; 0,5 – 0,8 % Si) және т.б. Жасытудан 850 – 870 °С немесе жоғары температуралы босатудан 750 – 780 °С кейінгі жеткізу кезіндегі жылуға тұрақты болаттардың құрылымы соорбит тәрізді перлит болады. Жылуға тұрақты болаттарды ауыр жүктелген жомдау аспаптарын, сонымен қатар горизонтальды – соғу машиналарының штамптарын дайындау үшін қолданады. Олардан магний, алюминий және мыс қорытпаларын қысыммен құю кезінде қолданылатын жом – қалып тетіктерін дайындау үшін қолданылады. Ыстықтай деформациялауға арналған жом – қалып және жомдау аспаптарының жұмыс жағдайлары бір – бәіріне ұқса с болады. Мыс қорытпаларын қысыммен құю кезінде қолданылатын құю қалыптары үшін өте жиі 3Х2В8Ф болаты қолданылады. Балқу температурасы төмен қорытпалар үшін жоғары разгарлы болаттар (4Х5В2ФС және т.б.) қолданылады.

Өлшеу аспаптарына арналған болаттар. Дайындалған тетікбөлшектердің өлшемдерін тексеру үшін қолданылатын өлшеу аспаптары ұзақ уақыт қызмет көрсетуі кезінде өлшемдері мен пішінінің тұрақтылығына ие болуы керек. Тексерілетін тетікбөлшектің бетімен жанасатын аспаптың беті тозады. Сондықтан бұл топтың болаттарына қойылатын негізгі талаптар жоғары қаттылық және тозуға төзімділік, сонымен қатар ұзақ уақыт көлемінде өлшемдері мен пішінінің тұрақтылығын сақтау болып табылады. Қосымша талаптарға мыналар жатады: шынықтыру кезінде аз деформациялануы және механикалық өңдеу кезінде беттің жоғары тазалығын алу (жоғары ажарлау және жылтырату) мүмкіндігі.

Өлшеу аспаптарын әртүрлі көміртекті және легірленген болаттардан дайындайды. Дәлдігі орташа пішіні қарапайым өлшеу аспаптары үшін аспаптық көміртекті болаттарды қолданады. Ұзын және жалпақ аспаптарын (өлшеу скоба, шаблон, сызғыш және т.с.с.) көміртектендіру, одан кейінгі шынықтыру және босату жүргізілген 15, 20, 20Х, 15Х, 12ХНЗА болаттарының табақтарынан дайындайды. Осы аспаптарды жұмыс бөлігін жоғары жиілікті токпен қыздырып шынықтырған және одан кейін төмен температуралы босату жүргізген орташа көміртекті болаттардан 50, 55 жасайды. Мұндай өңдеу аз деформацияны қамтамасыз етеді және дұрыстауды жеңілдетеді.

Калибрлерді, өлшеу тақталарын және осы сияқты басқа да аспаптарды жасау үшін эвтектоидтан кейінгі аз легірленген болаттарды X (0,95 – 1,1 % С, 1,3 – 1,65 % Сr) және 12X1 (1,15 % – 1,25 % С, 1,3 – 1,65 % Сr) қолданады, олар жоғары қаттылыққа (HRC 62 кем емес) өңделеді, оған мартенситке шынықтыру және төменгі босатумен қол жеткізуге болады. Х болатынан жасалған аспапқа шынықтыруды 850 – 860 °С және 12X1 болатына 850 – 870°С майда жүргізеді.

Жоғары дәлдік сыныбы бар өлшеу аспаптары үшін уақыт өткен кезде шынықтырылған болатта дамитын табиғи ескіру процессі үлкен мәнге ие болады. Бұл процесс аспаптың өлшемдерінің баяу өзгеруін тудырады. Мартенситтің кристалдық торының тетрогаональдығының азаюы, қалдық аустениттің мартенситке түрленуі және ішкі кернеулердің қайта таралуы ескірудің негізгі себептері болып табылады. Сондықтан өлшеу аспаптарына термиялық өңдеу жүргізгенде кернеулік күйінің тұрақтылығына және болаттың құрылымына ерекше көңіл бөлінеді. Оған суықпен өңдеу ( – 70 °С дейін) және одан кейінгі ұзақ уақыт 12 – 50 сағат көлемінде 120 – 130 ^оС темпераурада босату арқылы қол жеткізуге болады, оны жасанды ескірту деп те атайды. Аталған өңдеуден кейін болаттың қаттылығы HRС 62 – 64. Жоғары қаттылық болаттың жақсы жылтырлығын береді. Бұл қасиет сонымен қатар құрылымның біртектілігіне де тәуелді. Карбидтік біртексіздігі бар болаттар өлшеу аспаптарын жасауға жарамайды, себебі ірі карбидтер ажарлау және жылтырату барысында үгітілуі мүмкін, нәтижесінде беттің сапасы талап етілетін сұранысқа сәйкес келмейді.

Өлшеу аспаптарын дайындауға болатын басқа да легірленген болаттардан ШХ15, ХВГ, азотталатын конструкциялық болаттарды 36Х2МЮА (азоттауды шынықтыру кезінде деформацияға аз ұшырайтын, үлкен өлшемді және күрделі пішінді аспаптарды жасау үшін қолданады) атап айтуға болады. Егер аспапқа жоғары жемірілуге төзімділік талаптары қойылса, онда оларды аспаптық тоттанбайтын болаттардан дайындайды.

Нег. 2 [350 – 366]

Бақылау сұрақтары:

1. Тағайындалуы бойынша аспаптық болаттар және қорытпалар қалай сыныпталады?

2. Қандай болаттар қызу тереңдігі жоғары болаттар деп аталады?

3. Не себепті тез кескіш болаттарға шынықтыру жүргізгеннен кейін үш реттік қалыптандыру жүргізіледі?

4. Металды керамикалық қатты қорытпалар қалай сыныпталады?

5. Қандай материалдар аса қатты қорытпаларға жатады?

Дәріс 14. Түсті металдар және олардың қорытпалары.

Мыс және оның қорытпалары. Мыс – қызғылт сары түсті ауыр металл (тығыздығы 8,94 г/см³); периодтық жүйенің І тобында орналасқан, полиморфты түрленбейді; қырларына жинақталған текше торға кристалданады, тор параметрлері а – 0,36074 нм. Мыстың физикалық қасиеттері 14.1 – кестеде келтірілген. Мыстың беткі қабатында тығыз оксид үлдірі пайда болады, сондықтан мыс таза және теңіз суында, атмосфера жағдайларында және әртүрлі химиялық орталарда: органикалық қышқылдарда, күйдіргіш сілтілерде, құрғақ газдарда жемірілуге тұрақтылығы жоғары болады.

14.1 – кесте

Мыстың физикалық қасиеттері

Атомдық салмағы	Сызықты кеңею коэффициенті,  .10-6	Балқу температурасы оС	Меншікті жылу сыйымдылығы, кал/см.с	Электр кедергісінің температуралық коэффициенті, оС .103 кезінде	Меншікті электр кедергісі, Ом.см.10-6
63,54	16,5	1083	0,0915	4,3	1,55

Техникалық мыстың механикалық қасиеттері оның күйіне байланысты болады. Жасытылған күйіндегі мыстың пластикалығы жоғары болады ( 50 %,  75 %, _0,2 = 70 МПа, НВ 35, _в = 240 МПа). Деформацияланған күйіндегі мыстың пластикалығы төмендейді, бірақ беріктігі жоғарлайды:  = 1 – 3 %,   35 %, _0,2 = 380 МПа, НВ 120, _в = 500 МПа. Мыстың қасиетті оның құрамындағы қоспаларға тәуелді болады. Техникалық таза мыстың құрамындағы қоспалар: Bi, Sb, As, Fe, Ni, Pb, Sn, S, О. Бұл қоспалар мыстың құрамына мыс рудаларынан мысты өндіру кезінде түседі және оның жылу және электр өткізгіштігін төмендетеді.

Құрамындағы қоспасы 0,1 % көп емес М00, М0, М1 ентаңбалы аса таза мысты ток өткізгіштер ретінде қолданады. Қоспасы көп басқа ентаңбалы мыстар, құрамы мен сапасы әртүрлі қорытпаларды өндіруге ғана жарамды болады (М3,М4).

Мыс ентаңбасы	М00	М0	М1	М2	М3	М4
Сu, %.	99,99	99,95	99,9	99,7	99,5	99,0
Қоспалары, %	0,01	0,05	0,1	0,3	0,5	1,0

Мыстың құрамындағы қоспаларды шартты түрде үш топқа бөлуге болады.

Бірінші топқа қатты мыста еритін элементтер жатады: Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Au, Ag, Pt, Cd, Sb, As. Олар тәжірибе жүзінде мыстың пластикалық деформацияға қабілеттілігін төмендетпейді, бірақ электр өткізгіштігі мен жылу өткізгіштігін төмендетеді. Екінші топты қорғасын мен висмут құрайды. Олар мыспен түйір шекаралары бойынша жеңіл балқитын эвтектика құрайды. Мыстың құрамындағы висмут пен қорғасынның мыңдық пайыздық мөлшерінің өзі, оның қақталу және сымдалу арқылы өңдеу қабілеттілігін күрт төмендетеді. Үшінші топқа жататындар: күкірт, оттегі, фосфор және т.б., олар мыспен қосылғанда түйір шекаралары бойынша орналасқан морт химиялық қосылыстар түзеді. Екінші және үшінші топ қоспалары мыстың механикалық қасиеттерін нашарлатады және оның пластикалық деформацияға қабілеттілігін төмендетеді.оттегі мыстың «сутектілік» ауыруын тудырады. Мысты қалпына келтіретін атмосферада (Н₂, СО, СН₄) сутегі немесе басқа газдар қатты мысқа еніп, құрамындағы оттегімен әрекеттеседе және су буларын немесе СО₂ түзеді, ал мыста ерімейтін қоспалар одан қысымның әсерінен бөлініп шығуға тырысады. Осының нәтижесінде олардың шығу орнында микрожарықтар пайда болады. Олар мыс және оның қорытпаларын қысыммен өңдеу немесе пайдалану процессінде қирау себептерін тудыратын бірінші құбылыс болып табылады.

Мысты деформациялау кезінде (наклеп) оның беріктігі жоғарлайды және пластикалығы төмендейді. Кейбір жағдайларда бұл әдісті арнайы мысты беріктендіру үшін қолданады; деформация дәрежесі өскен сайын мыстың электр өткізгіштігі төмендейді және осыған байланысты қимасы жуан сымдарды алуға тура келеді.

Мыс қорытпаларының сыныпталуы. Мыстың беріктік қасиеттерін жоғарлату үшін оны мырышпен, қалайымен, алюминиймен, марганецпен, темірмен, кремниймен, никельмен легірлейді. Мыс қорытпаларын химиялық құрамы бойынша сыныптау кеңінен таралған.

Жез деп – мыс пен мырыштың, ал кезде аз мөлшердегі басқа да кейбір элементтердің қоспасын айтамыз. Түсті қорытпалардың ішінде жездер кеңінен таралған болып табылады. Жездер Л әріпімен белгіленеді, одан кейін оң жағына арнайы енгізілетін элементтердің (Zn басқа) әріптік белгіленуі жазылады, одан кейінгі сан мыстың пайыздық мөлшерін және және одан кейін элементтердің жазылу реті бойынша сол ретте элементтердің пайыздық мөлшерін көрсетеді. Элементтерді орыс әріптерімен белгілейді: О – қалайы, Ц – мырыш; С – қорғасын; Ж – темір; Мц – марганец; Н – никель; К – кремний; А – алюминий және т.с.с. Мысалы, Л90 – мұндай жездің құрамында 90 % Сu, қалғаны – (10 %) Zn, ЛАЖМц 66–6–3–2 жезінің құрамында 66 % Сu, 6 % А1, 3 % Fe, 2 % Мц, қалғаны (23 %) Zn.

Қола деп – мыстың қалайымен (қалайылы қолалар), алюминиймен, кремниймен, берилиймен, қорғасынмен, (қорғасынды қолалар) қорытпаларын айиамыз. Аталған негізгі элементтерден басқа қоланың құрамына қосымша фосформен, мырышпен, марганецпен, темірмен, никельмен, титанмен легірлейді. Болаларды Бр әріпімен ентаңбалайды, оң жағына құрамына кіретін элементтерді жазады: О – қалайы; Ц – мырыш; С – қорғасын; Ф – фосфор; Н – никель; К – кремний және тс.с., сол ретте элементтердің пайыздық мөлшерін жазады. Мысалы, БрОЦ4–3 – қоласының құрамында орташа мөлшерде 4 % Sn, 3 % Zn, қалғаны Сu; БрАЖМцЮ–3–1,5 қоласында орташа мөлшерде 10 % А1, 3 % Fe, 1,5 % Мц, қалғаны Сu екенін көрсетеді.

Шалафабрикаттарды және бұйымдарды өндіру әдістері бойынша мыс қорытпаларын (жез және қола) деформацияланатын және құйылатын, ал термиялық беріктену қабілеті бойынша – термиялық беріктенетін және термиялық беріктенбейтін деп бөлуге болады.

Жездер химиялық құрамы бойынша қарапайым (тек мырышпен легірленген) және арнайы, құрамына мырыштан басқалегірлеуші элементтер ретінде қорғасын, қалайы, никель, марганец, қосылады. Мыс пен мырыш қатты ерітінді және электронды қосылыс түзетін фазалар түзеді.

Сu – Zn жүйесінің күй – кесте сызбасы 14.1 – суретте көрсетілген. Күй – кесте сызбада көрсетілгендей 39 % дейін Zn концентрациясы болған кезде  – фаза – мыстағы мырыштың орын басу қатты ерітіндісі түзіледі. Бұл ерітінді мыстың торына, атап айтсақ қырларына шоғырланған текше торға ие болады. Температураны жоғарлату кезінде мыстағы мырыштың еруінің төмендеуі оның ерекшелігі болып табылады. Перитектикалық реакция температурасы кезінде (905 °С) фазада 32 % Zn, ал толық салқындатудан кейін   ерітіндідегі Zn мөлшері 39 % дейін болуы мүмкін.

Сu – Zn қорытпаларында электронды түрдегі қосылыстар түзіледі. Мысалы, CuZn валенттік электрондар санының атомдар санына қатынасында 3/2, 7/4, 21/13 болады. Бұл түрдегі электронды қосылыстар көлеміне шоғырланған текше торға ие болады. фаза осы электронды қосылыстың негізіндегі қатты ерітінді түзеді. Жоғары температуралар кезінде (450 – 470 °С жоғары)  – фаза реттелменген қатты ерітінді, 470 – 450 °С кезінде мыс пен мырыштың атомдарының көлемге жинақталған кристалдық текше торындағы реттеліп орналасуы өтеді және әрбір Сu атомына Zn атомы сәйкес келеді.

14.1 – сурет. Мыс – мырыш жүйесінің қорытпаларының күй – жай кесте сызбасы

Реттелген қатты ерітінді ^/ деп белгіленеді.  ^/ 47 – ден 50 % - ға дейін Zn аймағында өтеді, нәтижесінде CuZn өзінде және Сu, Zn ери алады. Бұл ерітіндінің CuZn негізінде алынатынын білдіреді.

  фаза электронды қосылыс негізіндегі Сu₅Zn₈ қатты ерітінді. Бұл қосылыстағы электрондардың санының атомдар санына қатынасы 21/13 тең болады. Мұндай фазалар күрделі текше торға ие болады.   қатты ерітіндінің мортты болуы аса маңызды, сондықтан   фазасы бар мыс пен мырыштың қорытпалары қолданылмайды. Тәжірибеде көбінесе құрамында 45 – 47 % жоғары Zn бар жездер қолданылады. Нәтижесінде құрылымдық сипаттамалары бойынша тәжірибеде қолданылатын жездерді екі негізгі топқа бөлуге болады: – құрамында 39 % - ға дейін Zn бар жездер (14. 2 және 14.3 – суреттер) және 39 – дан 45 % – ға дейін Zn бар ( жездер.

14.2 – сурет. Құйылған   жездің (Л70) микроқұрылымы ×250	14.3 – сурет. Құйылған (  жездің (Л62) микроқұрылымы ×250

Мырыш жездің пластикалығы мен беріктігін жоғарлатады. Күтілгендей жоғары пластикалыққа құрамында 39 % Zn бар бір фазалы   жездер ие болады. Бұл пластикалығы жоғары жездер ыстық және суық күйінде қысыммен жақсы өңделеді. (   жездерде пластикалық күрт төмендетілген, сондықтан олар ыстық күйінде ғана қанағаттанарлықтай деформацияланады. Қос жездердің МЕСТ 17711 – 80 стандартына сәйкес алты ентаңбасын шығарады: Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л62. Бір фазалы жездер ыстықтай және суықтай күйлерінде қысыммен жақсы өңделеді және олар жемірілуге тұрақты болады. Жездерден табақ беттер, ленталар, сымдар дайындалады. Жездердің зиянды қоспалары мыстың зиянды қоспалары сияқты, сондықтан олардың құрамындағы қоспалардың мөлшері өте аз болуы керек: 0,03 % Рb, 0,002 % Bi, 0,005 % Sb. Сu – Zn күй кесте сызбасынан көретіндеріңіз, ликвидус және солидус сызықтары бір – біріне өте жақын орналасқан, сондықтан жездердегі дендриттік ликвация салыстырмалы аз болады. Ликвидус және солидус температураларының арасындағы аз интервалының нәтижесіне байланысты жездер жақсы құйылғыштық қасиетке ие болады.

  жездерде фазалық түрленулер жоқ, сондықтан оларға ерігіштіктің өзгеруімен байланысты термиялық өңдеу жүргізілмейді. Суықтай деформациялау процесінде (қақтау, созу, сымдау) жездер наклеп алады нәтижесінде олардың беріктігі артады және пластикалығы төмендейді. Наклепты жою үшін 600 – 700°С температуралар кезінде қайта кристалданатын жасыту жүргізеді, нәтижесінде жездердің пластикалығы күрт жоғарлайды. Жоғары ішкі кернеулері болатын жез бұйымдарына жарықшалану, құбылысы тән болады. Бұйымдарда жарықшалану және жарылу (ұзына бойымен және кесе көлденең) ауада сақтау нәтижесінде пайда болады. Осындай жағдайларды болдырмау үшін, ұзақ уақыт сақталатын бұйымдарға төмен температуралы (200 – 300 °С) жасыту жүргізеді.

Арнайы жездер. Механикалық қасиеттерін жоғарлату, өңделгіштігін жақсарту, жемірілуге тұрақтылығын арттыру үшін жездерге Pb, Sn, Ni, Fe, Al, Si және т.б. элементтерді енгізеді. Мұндай жездер арнайы деп аталады (ЛФ77 – 2, ЛН65 – 5, ЛМц58 – 2, ЛС59 – 1, ЛК80 – 3, ЛАЖМц66 – 6 – 3 – 2 және т.б.).

Қорғасын жездердің пластикалық қасиетін нашарлатады, бірақ кесумен өңделгіштігін жақсартады. Мұндай жездерден автомат – білдектерінде жонылатын тетікбөлшектер дайындалады. Сондықтан оларды автоматты жездер деп атайды. Қалайы жездің беріктігін және теңіз суында жемірілуге қарсыластығын жоғарлатады. Сондықтан құрамында қалайысы бар жездерді теңіз жездері деп те атайды. Никель жездердің беріктігі мен жемірілуге тұрақтылығын артырады. Марганец, әсіресе құрамында Al, Fe, Sn элементтері болса жездердің беріктігі мен жемірілуге тұрақтылығын жоғарлатады. Кремний қаттылығы мен беріктігін арттырады, ал қорғасынмен қосылғанда антифрикциялық қасиеттерін жақсартады, сондықтан кремний – қорғасынды жездерді қалайылы мойынтіректілермен алмастыруға болады.

Технологиялық көрсеткіштері бойынша жездерді екі топқа бөледі: деформацияланатын (ЛАЖ60 – 1 – 1, ЛЖМц59 – 1 – 1, ЛС59 – 1) және құйылатын (ЛЦ40С, ЛЦ40Мц3Ж, ЛЦ30А3). Кесумен және қысыммен өңдеу алдында қаттылықты азайту үшін және шала фабрикаттарда талап етілетін қасиеттерді алу үшін жездерге 600 – 700 ^оС температурада қайта кристалданатын жасыту жүргізеді. Жіңішке табақша беттерді немесе ленталарды терең созу алдында майда түйірлер алу үшін оларды төмен температураларда (450 – 550 ^оС) жасытады.

Шалафабрикаттарды өндіру әдісі бойынша қолаларды деформацияланатын (БрОФ 6,5-0,15, БрОЦ4-3, БрОЦС 4-4-2,5) және құйылатын (БрО3Ц12С5, Бр05ЦНС5 және т.с.с.), термиялық беріктендіру әдісі бойынша – термиялық беріктенетін және термиялық беріктенбейтін болып бөлінеді.

Қорғасын қоланың кесумен өңделгіштігін және антифрикциялық қасиеттерін жақсартады. Фосфор қола үшін тотықтырғыш болып табылады. Мырыш технологиялық қасиеттерін жақсартады және эвтектоидтың санын арттырады. Қолаларға гомогенизациялық жасыту (700 – 750 ^оС) одан кейінгі жылдам салқындатумен жүргізуге болады; құрамында 10 % дейін алюминийі және темір мен никель қоспалары бар қолаларға шынықтыру мен босату жүргізуге болады.

Деформацияланатын қолалардан БрОФ 6,5-0,15, БрОЦ4-3, БрОЦС 4-4-2,5 серіппелерге, мойынтірек бөлшектері мен химиялық өнеркәсіптік аппаратураларына арналған сымдарды, ленталар, телімдер, сымдар, мойынтірек төлкесіндегі телімдерге арналған ленталар мен телімдер дайындалады. Құйылатын қолалардан БрОЦСН 3-7-5-1, БрОЦС 6-6-3, БрОЦС 3,5-7-5 теңіз және таза суда жұмыс істейтін аппартуралар, антифрикциялық тетікбөлшектер, тракторларға арналған тетікбөлшектер жасалады.

Қалайысыз қолалар жоғары беріктікке, жақсы жемірілуге қарсыластыққа және антифрикциялық қасиеттерге ие болады, сонымен қатар олар қалайылы қолалардың орнын алмастырып, кей жағдайларда тіпті қасиеттері бойынша олардан асып түседі.

Алюминийлі қолалар БрА5, БрА7, БрАМц 9-2, БрАЖМц 10-3-1,5, БрАЖС 7-1,5-1,5 жақсы сұйық аққыштыққа, дендриттік ликвацияның аз дамуына және жинақталған шөгумен сипатталады. Мұндай қорытпалар бір фазалы болғандықтан суық және ыстық күйінде жақсы деформацияланады. Ni, Fe, Mn, Pb қоспалары алюминийлі қолалардың қасиеттерін жақсартады: Ni беріктігі мен пластикалығын жоғарлатады; Fe беріктігі мен қаттылығын жоғарлатады және құрылымды майдалайды; Мn беріктігі мен жемірілуге тұрақтылығын жоғарлатады; Рb білдектерде өңделгіштігін және антифрикциялық қасиеттерін жақсартады. Алюминийлі қолалардың құрамында А1 мөлшері 9 % артық болады және екі фазалы қорытпаларға жатады. Құрамында 10 % шамасында А1, темір мен никель қоспасы бар қолаларға шынықтыру мен босату жүргізуге болады. 920 °С температурада шынықтырып, суда суытып және 650 °С температурада босатқаннан кейінгі БрАЖН 10-4-4 қоласының механикалық қасиеттері: σ_в = 650 МПа;  = 5 % болады. Шынықтыру мен босатудан кейінгі құрылымдық түрленулер (шынықтыру мен босатуды өте жиі байыту деп атайды) болаттардағы құрылымдық түрленулерге сәйкес болады. Шынықтырудан кейін мартенситті құрылым, ал босатудан кейін фазалардың жұқа механикалық қоспасы алынады. Кремнийлі қолалар (БрКМц 3 – 1, БрКН 1 – 3) жоғары пластикалыққа және жемірілуге тұрақтылыққа ие болады. Механикалық қасиеттері бойынша олар қалайылы қолалардан асып кетеді және біршама арзан болады. Берилийлі қола БрБ2 орташа мөлшерде 2 % Be болады. Берилийлі қоланы 800 – 820 °С температурада суда шынықтырады. Шынықтырудан кейінгі қорытпа құрамы берилий атомдарымен қанықтырылған   қатты ерітіндіден тұрады. Бұл қола шынықтырудан кейін жұмсақ және пластикалы (_в = 500 МПа, қаттылығы НВ 100,  = 30 %) болады, сондықтан жұқа ленталар мен штамптық тетікбөлшектерді дайындауды жаңа шынықтырылған күйіндегі қорытпалармен жасайды. Соңғы термиялық өңдеу нәтижесінде (325 °С босату кезінде) қолалар өте берік және қатты болады: (_в = 1300 МПа және НВ 370), атап айтсақ шынықтыру мен босатудан кейін қорытпаның беріктігі үш есе, ал қаттылығы төрт есеге дейін жоғарлайды. Бұл беріктену дисперсионды қатаю деп аталады, сондықтан босату кезінде шынықтырылған қатты ерітіндіден бөлініп шыққан (СuВе) қосылысында дисперсті бөлшектермен беріктену процессі өтеді.берилийлі қоланың жоғары беріктігі мен серпімділігінің әсерінен олардан серіппелер, мембраналар, серіппелі түйіндер дайындалады. Қоланың жоғары қаттылығы бұл қолалардан соққы аспаптарын жасау үшін қолданылады, әсіресе бұл жағдайларда ұшқын түзілуді болдырмау керек (жарылғыш заттарды өндіру, жарылуға қауіпті тау – кен жұмыстары және т.б.).

Мыс никельді қорытпалар. Мельхиор – мыстың қос және одан да күрделі қорытпалары (МНЖМц 30 – 0,8 – 1, МН19), мұндағы негізгі легірлеуші элемент никель (30 % – ға дейін); әртүрлі негізгі агрессивті орталарда (теңіз суында, органикалық қышқылдарда, тұз ерітінділерінде) жақсы жемірілуге тұрақты, ол оның кеме жасауда, тиындар жасауда, медициналық аспаптарды, дәлдік механика және химия өнеркәсібіндегі тетікбөлшектерде, ұсақ – түйек бұйымдарын жасау үшін қолдану қамтамасыз етіледі. Құрылымы бойынша мельхиорлар қатты ерітінді күйіндегі қорытпалар болып табылады, сондықтан ыстық және суық күйінде жақсы өңделеді. Нейзильбер – мыс – никель – мырыш жүйесінің қорытпалары (Ni 5 – 35 %, Zn 13 – 45 %) МНЦ 15 – 20, МНЦС 17 – 18 – 1,8; әдемі күміс түсті және жақсы жемірілуге тұрақтылыққа ие болады. Куниали – мыс – никель – алюминий жүйесінің қорытпалары (МНА13 – 3, МНА6 – 1,5); жоғары механикалық қасиеттерімен және жоғарғы серпімділігімен ерекшеленеді; сағат механизмдерінің тетікбөлшектерін алуға, телефон өнеркәсібінің тетікбөлшектерін жасауға арналған тілшелер дайындайды. Шалафабрикаттарды (табақ, сым, прутоктар) дәлдік техника аспаптарын, тахникалық ыдыстарды, медециналық аспаптарды өндіру үшін қолданады. Манганин – мыс – никель – марганец жүйесінің қорытпалары МНМц 3 – 12; мыспен әрекеттескен кезде аз термия – электр қозғалтқыш күшке, аз электр кедергісінің коэффициентіне ие болады.электр кедергісінің эталондық катушкаларын және дәлдік электр өлшегіш аспаптарды дайындайды. Манганинннің пластикалығы жоғары, суықтай және ыстықтай жеңіл өңделеді. МН0,6 және МН16 қорытпалары платина – планиторлы (платина – планитородиевой) термопаралардағы компенсациялық өткізгіш ток үшін сым түрінде қолданылады. Термоэлектрқозғалтқыш күші аз, жоғары технологиялыққа ие болады.

Алюминий және оның қорытпалары. Алюминий – күміс түсті металл; Д.И. Менделеевтің элементтердің периодтық жүйесінде ІІІ тобында орналасқан; тығыздығы 2,7 г/см³; балқу температурасы 660 ^оС; жоғары жылу өткізгіштік қасиетке ие, алюминийдің электр өткізгіштігі мыстың электр өткізгіштігінің 65 % құрайды. Алюминий – жемірілуге тұрақты металл. Оның бетінде түзілетін алюминий оксидінің А1₂О₃ тығыз үлдірі металмен жақсы ілінісуге ие болады, барлық газдарды өткізбейді және алюминийді одан кейінгі тотығудан, атмосфера жағдайында, суда және басқа да орталада жемірілуден қорғайды. Алюминий шоғырландырылған азот қышқылында және кейбір органикалық қышқылдарда (уксус, лимон және т.с.с.) тұрақты болады. Минералды қышқылдар (плавик, тұз) және сілтілер оксидті үлдірді қиратады. Алюминийдің физикалық қасиеттері 14.2–кестеде көрсетілген.

14.2 – кесте.

Алюминийдің физикалық қасиеттері

Атомдық массасы	Сызықты кеңею коэффициенті,  .10-6	Балқу температурасы, оС	Меншікті жылу сыйымдылығы, кал/см.с	Меншікті электр кедергісі, Ом.см.106	Электр кедергісінің температуралық коэффициенті, оС .103 кезінде
26,97	23,1	660,2	0,214	2,62-2,83	4,0 – 4,3

Құрамындағы қоспалардың мөлшеріне байланысты бірінші текті алюминийдің төмендегідей ентаңбалары болады: А999 (99,999 %), А995 (99,995 %), А99 (99,99 %), А97 (99,97 %), А95 (99,95 %). Темір және кремний алюминийді өндіру кезіндегі құрамындағы тұрақты қоспа болып табылады. Тәжірибе жүзінде темір алюминийде ерімейді және онымен морт химиялық қосылыс FeAl₃, түзеді; ине түрінде кристалданады, металдағы надрез қызметін атқарады, алюминийдің жемірілуге тұрақтылығын азайтады.

Кремний алюминиймен зимиялық қосылыс түзбейді және қорытпада элементар күйінде кездеседі. Кремнийдің негізгі кері әсері техникалық алюминийдің құйылғыштық қасиетінің төмендетуімен, жарықшалардың пайда болу икемділігімен сипатталады. Таза алюминий түзу сызықты шекаралары бар ірі түйірлі құрылымға ие болады. Төменгі беріктігіне байланысты таза алюминийді конструкциялық машина жасау материалы ретінде қолдану пайдалы емес. Оны аз тығыздықты, жоғары илемді, жемірілуге тұрақты, жақсы пісірілетін қасиеттері қажет конструкциялардың аз жүктелген тетікбөлшектері мен элементтерін дайындау үшін қолданады. Алюминийдің жоғары электр өткізгіштігі электротехникада оны өткізгіш материал ретінде қолдануға мүмкіндік береді: жоғары жылу өткізгіштігі, олардан тоңазытқыш қондырғыларының жылу алмастырғыштарын дайындауға; жоғары шағылыстырғыш қабілетті – рефлекторлар, айналар жасауға мүмкіндік береді. Алюминийдің көптеген мөлшері тығыздығының аз болуына байланысты конструкцияның массасын азайтуға мүмкіндік беретін алюминий негізді қорытпалар өндіру үшін шығындалады. Шалафабрикаттар мен бұйымдарды дайындау технологиясы бойынша өнеркәсіпте қолданылатын алюминий қорытпаларының барлығы деформацияланатын, құйылатын және пісірілетін деп бөлінеді. Алюминий қорытпаларының қандай да бір топқа бөлінуі, оның легірлеуші элементпен, атап айтсақ күй кесте сызбасының әрекеттесу сипаттамасымен анықталады.

Алюминий негізіндегі қорытпалардың сұлбалық күй – кесте сызбасы 14.4 – суретте көрсетілген. Деформацияланатын алюминий қорытпаларын термиялық өңдеумен беріктенетін деп бөлуге болады.

Термиялық өңдеумен беріктенбейтін деформацияланатын алюминий қорытпалары. Бұл топ қорытпаларына марганец немесес магний қосылған алюминий қорытпалары, сонымен қатар техникалық алюминий (АД, АД1, АД0) жатады. АМц және АМг қорытпаларынан табақ беттер, сом темірлер, сымдыр дайындалады. Егер қорытпалар жасытылған күйінде жеткізілетін болса, онда қортыпаның ентаңбасының соңына М – жұмсақ (АМгМ), егер тойтару дәрежесі жоғары болса – П әріпін (АМгП) – жартылай тойтарылған және тойтарылу жоғары дәрежеде жүргізілсе, онда –

14.4 – сурет. Алюминий негізіндегі қорытпалардың күй – жай кесте сызбасы (сұлба)

жартылай тойтарылған және тойтарылу жоғары дәрежеде жүргізілсе, онда Н әріпін (АМгН) жазады. Деформация дәрежесі неғұрлым көп болса, соғұрлым қорытпаның беріктігі жоғары болады.

Бұл қорытпаның ерекше артықшылығана жоғары пластикалығы, жоғары жемірілуге тұрақтылығы, әсіресе теңіз суында, жақсы пісірілгіштігі, ал магнийі бар қорытпалар үшін – төменгі тығыздығы жатады. Аталған қорытпалардың тығыздығы жоғары емес. Суықтай деформация (нагартовка) оны 1,5 – 2 есе арттыруға мүмкіндік береді.

Термиялық өңдеумен беріктенетін деформацияланатын алюминий қорытпалары. Термиялық өңдеумен беріктенетін деформацияланатын алюминий қорытпалары термиялық өңдеумен беріктенбейтін қорытпаларға қарағанда химиялық және фазалық құрамы бойынша әртүрлі болып табылады. Сипаттамалық белгілері бойынша бұл қорытпалар жоғары пластикалығы бар қорытпалар, конструкциялық қорытпалар, соғылатын қорытпалар, жоғары берік қорытпалар, ыстыққа берік қорытпалар болып бөлінеді.

А1-Mg-Si – жүйесінің пластикалығы жоғары авиаль (АВ) қорытпалары жақсы пісіріледі, жоғары пластикалығы мен жемірілуге төзімділік қасиетіне ие болады. Авиальдарға шынықтыруды 515 – 525 ^оС температуралар кезінде жүргізеді, одан кейін қорытпаларға табиғи және жасанды ескірту (160-170 ^оС) жүргізеді. АВ, АД31, АД33 қорытпаларынан табақ беттер, құбырлар, престелген профильдер және басқа да шала фабрикаттар, сонымен қатар тікұшақ винттерін, қозғалтқыштың соғылған тетікбөлшектерін, рамаларын, есіктерін және т.с.с. жасалады. Шынықтыру мен жасанды ескіртудің арасындағы үзіліске сезімталдығы олардың негізгі ерекшелігі болып табылады.

14.5 – сурет. Д16 құйылған дуралюминийдің шағынқұрылымы ×500	14.6 – сур ет. Д1 дуралюминийдің шағынқұрылымы ×500

Al-Cu-Mg жүйесіндегі конструкциялық алюминий қорытпалары (дуралюминий) – техниканың әртүрлі салаларында кеңінен қолданылатын қорытпалар (Д1,Д16,Д18,В65). Дуралюминийді шынықтырудың ерекшелігіне температура режимдерінің қатаң сақтауы болып табылады: 505 5 ^оС (для Д1 үшін) және 500 5 ^оС (Д16 және Д18 үшін). Шынықтырудан кейін барлық дуралюминийлерге табиғы және жасанжы ескірту жүргізу талап етіледі. Жасанды ескірту кезінде дуралюминийді ескірту температурасы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жылдам беріктенеді. Дуралюминийлер авиацияда кеңінен қолданылады. Д18 және Вб5 қорытпалары негізгі заклепочный алюминий қорытпалары болып табылады.

Al-Cu-Mg-Si жүйесінің соғылатын алюминий қорытпалары (АК). Бұл қорытпалардың пластикалығы жоғарыжәне ыстықтай пластикалық деформация кезінде жарықтар түзілуіне тұрақты болып табылады (АК6, АК8). 505 5 ^оС (АК8) және 520 5 ^оС (АК6) шынықтырудан және жасанды ескіртуден 160 – 170 ^оС температурада 12 – 15 сағат көлемінде жүргізіледі. Бұл қорытпалардан күрделі пішінді және беріктігі орташа штамптың және соғылғыштың тетікбөлшектерін (қозғалтқыш астындағы рамаларын, фитингтерін, бекіткіштерін, лонжерлердің білдектерін, тікұшақ винт лопастьтарын, вагон бандаждарын) дайындау үшін қолданылады. Екі қорытпа да жемірілуге тұрақсыз және қорғауды талап етеді.

Fе – Zn – Mg – Сu жүйесіндегі жоғары берік алюминий қорытпалары (В95, В96). Қортыпаларға шынықтыруды 460 – 470 ^оС суық немесе 80 – 100 ^оС температураға дейін жылытылған суда жүргізеді. Суды ірі өлшемді шала фабрикаттарды жарылып және тербеліп кетпеуін болдырмау үшін жүргізеді. Одан кейін жасанды ескіртуді 120 – 140 ^оС температурада 16 – 21 сағат көлемінде жүргізеді. Төменгі пластикалығы және кернеулігі кезіндегі жемірілуге тұрақсыздығы бұл қорытпалардың кемшілігі болып табылады. Аталған қасиеттерді жоғарлату үшін бұл қорытпаларға екі сатылы жұмсартатын ескірту жүргізеді.

Al – Cu – Mn жүйесіндегі ыстыққа берік алюминий қорытпалары. Құрамында титан мен цирконийі бар Al – Cu – Mn жүйесіндегі ыстыққа берік алюминий қорытпалары, темір мен никель қоспалары бар Al – Cu – Mg (Д20, АК4 – 1) жүйесіндегі ыстыққа берік алюминий қорытпалары басқа алюминий қорытпаларына қарағанда күрделі фазалық құрамға ие болады және 200 – 300 ^оС температуралар кезінде жоғары механикалық қасиеттерін сақтайды. Д20 қорытпасын 535 5 ^оС температурада суда шынықтырады және 170 – 190 ^оС температурада 12 – 18 сағат көлемінде жасанды ескірту жүргізеді, АК4 – 1 қорытпасын 530 5 ^оС температурада шынықтырады 190 – 200 ^оС температурада 12 – 24 сағат көлемінде жасанды ескірту жүргізеді. Кейінгі кезде жасалып жатқан аса жеңіл Al – Mg – Li жүйесінің алюминий қорытпалары жоғары беріктік пен аз тығыздықты жақсы қамтамасыз етіп отыр.

Құйылатын алюминий қорытпалары. Құйылатын алюминий қорытпаларын құю әдісімен дайындалатын әртүрлі тетікбөлшектер дайындау үшін қолданады; әртүрлі материалдардан изложницаларда, балқытылатын үлгілер бойынша, қысыммен құю, прецизионды құю әдісімен және т.с.с. жүргізеді. Құйылатын алюминий қортыпаларын химиялық құрамы бойынша сыныптайды. Аса кең таралған алюминий қорытпаларына силумендер – A1 – S1 жүйесінің қорытпалары жатады. Құйылатын қортыпаларды келесі топтарға бөлуге болады.

1. Құйылғыштық қасиеттері жоғары қортыпаларға кремниймен легірленген қорытпалар жатады. Оларды силуминдер деп атайды. Бұл қортыпалардың құю температурасы төмен, сұйық аққыштығы жақсы, құйылу қуыстарының түзілуіне сезімтал, бірақ механикалық қасиеттері төмен болады.

2. Механикалық қасиеттері төмен қорытпаларды магний және мыспен легірлейді, олардың құйылғыштық қасиеттері силуминдерге қарағанда төмен болады.

3. Деформацияланатын қорытпалар сияқты қызуға тұрақтылығы жоғары (ыстыққа берік) қорытпаларды 300  500 ^оС дейін қыздырған кезде қолданады.

Құйылатын қорытпалардың барлығында кездесетін аз мөлшердегі марганец қоспалары темір қоспасының зиянды әсерін азайту және қорытпалардың механикалық, жемірілуге қарсы қасиеттерін жоғарлату үшін енгізіледі.

Кремний қосылған алюминий қорытпалары. Al  Si жүйесі негізіндегі қорытпаларды силуминдер деп атайды. Алюминий қорытпаларын фасонды құймалар алу үшін кеңінен қолданады. Al  Si жүйесіндегі эвтектикадағы кремнийдің мөлшері салыстырмалы аз болады және эвтектикалық қорытпалардың механикалық қасиеттері біршама жоғары болады. Осындай жоғары құйылғыштық және механикалық қасиеттеріне байланысты силуминдерді кеңінен қолданады. Әдетте силуминдердің құрамында 12  13 % және құрылымы бойынша эвтектикадан кейінгі қорытпа болып табылады. Мұндай қорытпаның құрылымы ине тәрізді ірі эвтектикадан Al  Si және бірінші текті кремний қосылыстарынан құралады. Егер құю алдында қорытпаның құрамына аз мөлшерде натрий немесе кейбір басқа элементтерді енгізсе, мысалы, 2/3 NaF + 1/3 NaCl, онда құрылым күрт өзгереді, оның қорытпасы эвтектикаға дейінгі болады. Оның құрылымы ақшыл түсті бірінші текті алюминийден және майда түйірлі эвтектикадан құралады. Бұл процес түрөзгерту (модефицирование) деп аталады. Түрөзгертуді силуминдердің құрылымын жақсарту, механикалық және технологиялық қасиеттерін жоғарлату үшін жүргізеді. Түрөзгерту нәтижесінде эвтектика ұсақ түйірлі және глобулярлы болады. Эвтектикалық түйірлердің негізін оларда жақсы диспергированный кремний түйірлері орналасатын ось аралық кеңістіктерде орналасқан, алюминий ақаулары құрастарады. Түрөзгертуден кейін қорытпаның сұйық аққыштығы жоғарлайды, құйманың тығыздығы төмендейді. Қос алюминий – кремний қорытпалары олардың жақсы құйылғыштық қасиеттеріне қарамастан, барлық жағдайларда емес, қажетті механикалық қасиеттерге ие болады. Силуминдердің механикалық қасиеттерін артыру үшін оларды магниймен, мыспен, мырышпен және басқа да қоспалармен легірлейді. Мыс алюминиймен қосылып химиялық қосылыс CuAl₂, магний кремниймен –Mg₂Si қосылысын түзеді. Бұл екі қосылыс та жоғары беріктік пен қаттылыққа ие болады, сондықтан олар алюминий қорытпаларын беріктендіргіштер болып табылады. Мырыш қатты ерітіндіге енеді және оны берітендіреді. Магний қосылған силуминдердің қатарына өнеркәсіптік АЛ4 және АЛ9 қорытпалар жатады. АЛ4 және АЛ9 қорытпаларын пісірілетін күрделі пішінді, ірі өлшемді, жоғары жүктелген құймаларды алу үшін қолданады.

Мыс пен алюминий қорытпалары. Алюминий мен мыстың құйылатын қорытпаларына АЛ7, АЛ12 жатқызуға болады, оларда эвтектика болмайды немесе құрамындағы аз мөлшердегі құралғыштары болады. Біртексіз кристалдану нәтижесінде құрылымында бір фазалы  – аймағынан басқа   қатты ерітіндінің ыдырауы нәтижесінде CuAl₂ қосылыс фазалары пайда болады. Алюминий мен мыс қорытпалары құйылғыштық қасиеттері бойынша әдеттегі силуминдерден кем түседі, бірақ термиялық өңдеуден кейін олар жоғары механикалық қасиеттерге ие болады және қызуға беріктігімен сипатталады.

Алюминий мен магний қортыпалары. Алюминий мен магнийдің өнеркәсіптік қорытпаларына АЛ8, АЛ13, АЛ29 және т.б. жатады. Олар құйылатын алюминий қорытпаларының ішінде ең берік болып саналады. Сонымен қатар олар жоғары жемірілуге төзімділігеменғ аз меншікті салмағымен ерекшеленеді. Бірақ олардың құйылғыштық қасиеттері силуминдерге қарағанда нашар, себебі кристалдану интервалдарының үлкен болуынан олардың сұйық аққыштығы аз және шөгу кеуектілігінің түзілуі нашар болады. Магний алюминийде жақсы ериді және бұл еру температура төмендегенде біршама өзгереді. Сонымен қатар магний алюминиймен химиялық қосылыс Mg₂Al₃ (b - фаза) түзеді, ол өз кезегінде қатты ерітіндімен шоғырланудың білгілі бір интервалында эвтектикалық қоспа түзеді. Өнеркәсіпте кеңінен таралған қорытпа АЛ8 (9 - 10 % Al). Бұл қоспада беріктік пен пластикалық жақсы үйлескен. Стандарт қорытпаның құйылғыштық және жемірілуге төзімділік қасиеттеріне цирконий, титан және басқа да элементтердің әсерін оқып – білу негізінде келесі құрамды жоғары берік АЛ 27 - 1 қорытпасы жасалып шығарылды: 10 % Mg; 0,1 % Be; 0,1 % Ti; 0,1 % Zr және аз мөлшердегі темір мен кремний қорытпасы бар (әрқайсысы 0,05 % – ға дейін).

Ыстыққа берік құйылатын қорытпалар. 200 - 300 ^оС кейде 350 ^оС температуралар кезінде жұмыс істейтін алюминий қорытпаларының құймаларынан дайындалатын тетікбөлшектер бар. Бұл мақсаттарда қолданылатын

алюминий қорытпаларын мыс, магний, никель, темір, титан сияқты элементтермен легірлейді. Қажетті қасиеттерді алу үшін бұл қорытпаларды шынықтырады (артық фазаларды қатты ерітіндіге өткізу) одан кейін жасанды ескіртеді, атап айтсақ қорытпаны тепе – теңдік күйге енгізеді. Қорытпаның құрамы неғұрлым күрделі болса, соғұрлым жоғары температуралар кезіндегі қорытпаның қирауы баяу өтеді. Сондықтан ыстыққа берік қорытпалардың химиялық құрамы күрделі болады. Мұндай қортыпаларға АЛ1 қорытпасын жатқызуға болады. Никель алюминиймен қосылып, жоғары ыстыққа беріктікке ие болатын үштік қосылыс Al₆Cu₃Ni (Т- фаза) түзеді.

Алюминий қорытпаларын термиялық өңдеу. Механикалық және технологиялық қасиеттердің кешенін термиялық өңдеу жолымен: жасыту, шынықтыру, ескірту арқылы алуға болады. Гомогенизациялық жасыту – құрылымның біртексіздігін жояды және пластикалықты арттырады. Жасытудың бұл түрін жүргізу температурасын күй – жай кесте сызбаға сәйкес жүргізеді. Онда ол алюминийдегі легірлеуші элементтердің толық еру температурасынан жоғары, бірақ эвтектиканың балқу температурасынан төмен болуы керек.

Қайта кристалданатын жасыту суықтай немесе ыстықтай (350 – 500^оС) 0,5 – 2 сағат көлемінде қысыммен өңдеу нәтижесінде пайда болатын құрылымның біртексіздігін жояды. Толық емес жасытуды (қайта кристалдануға дейінгі) тетікбөлшектің қасиеті, беріктік пен пластикалықты (200 – 300 ^оС) қатар талап еткенде, соңғы операция ретінде жүргізеді. Шынықтыруды бөлме температурасындағы құрылымдық күйінің аса қаныққан қатты ерітінді күйін алу үшін қолданады. Шынықтыру кезінде қорытпаларды эвтектикадан төмен температураға дейін қыздыруға болады.

Ескірту – соңғы термиялық өңдеу операциясы болып табылады, нәтижесінде шынықтырылған аса қаныққан қатты ерітіндінің ыдырау өтеді.

Нег.2 384 – 401

Бақылау сұрақтары:

1. Алюминийдің сипаттамалық физикалық және механикалық қасиеттері қандай және олар қайда қолданылады?

2. Алюминий қорытпалары қалай сыныпталады?

3. Қандай қорытпалар термиялық өңдеумен беріктенбейтін қортыпаларға жатады?

4. Қандай қорытпалар деформацияланатын қортыпаларға жатады?

5. Алюминий қорытпаларына термиялық өңдеудің қандай түрін жүргізеді?

Дәріс 15. Машина жасаудағы металл емес материалдар.

Соңғы жылдары конструкциялық материалдардың саласында метал емес материалдар кеңінен қолданылады, олар негізінен синтетикалық полимер материалдары және олардың өндірісі жылдан – жылға кеңеюде. Ерте заманнан бері мақта, жібек, жүн, былғары, табиғи каучук (ағаш, шыны және шығуы табиғи полимер материалдары) әдеттегі табиғи материалдар қолданылады. Әсіресе бұл материалдардың сыныбы көмірді, мұнайды, газды, жанңыш сланц және т.б. химиялық жолмен өңдеу арқылы алынатын синтетикалық полимерлерді өндіруді игеруден кейін кеңінен қолданылады. Полимерлердің негізгі ерекшелігі, металдарға қарағанда бірқатар қасиеттерге ие болуында және олар металдық конструкциялық материалдарға жақсы толықтырғыш немесе оларды алмастырғыш болып табылады. Өнеркәсіптік машина жасау үшін синтетикалық полимерлер жоғары жемірілуге тұрақты, тозуға тұрақты, аз тығыздықты болуы нәтижесінде (көп жағдайларда олар зиянды емес) болашағы бар конструкциялық материалдар болып табылады. Полимер материалдары орындаушы механизмдердің тетікбөлшектері (қалыптық барабандар, қапсырғыштар, итергіштер) және басқа да бұйымдар үшін үйкеліс тізбектерінде қолданылатын түсті металдар мен қорытпаларды жақсы алмастырады. Пластмассалардан бұйымдарды жобалау кезінде жүктемемен әсер ететін күш пен толықтырғыш талшықтарының бағыты және микромолекуллалардың бағыты бағыттас болуы керек. Пластмассалардан тұрақты жүктемеге түсетін тетікбөлшек дайындау ұсынылмайды. Мұндай тетікбөлшектер қысқа уақытты жүктеу жағдайларында жақсы жұмыс істейді. Пластмассаларды нақты таңдау кезінде пайдаланудың температуралық интервалы және материалдың техникалық сипаттамаларына жүктеу режимінің мүмкін режимін анықтау керек. Пластмассаларды пайдалану процесінде нақты өлшемдері сақталған жағдайларда ғана қолдану ұсынылады. Аталған шектеулерді ескере отырып, пластмассалардың қолдану аймағы анықталады.

Антифрикциялық материалдар. Үйкеліс түйіндеріндегі көптеген пластмассалық мойынтіректердің тозуы металдық мойынтіректерге қарағанда төмен болады. Бұл жағдай пластмассалардың металдарға қарағанда химиялық инерттілігіне және пластмассалардың тозу өнімдерін жұта білу мүмкіндігіне байланысты болады. Текстолитті және ағаш қабатты пластиктерді өте ауыр жұмыс жағдайларында, атап айтқанда 300 МПа жететін меншікті жүктеу кезінде қызмет атқаратын үйкеліс түйіндерінде қолдануға болады. Қола мен бабиттердің шекті жіктелуі 280 және 120 МПа құрайды. Текстолитті, гетинаксты және ағаш – қабатты пластикті жүк көтеру крандарында, қақтау стандарында, ал соңғы кездері – темір жол көліктерінде қолданылады. Жүктеу кезінде фторопластар жылжып – сырғымалыққа икемді болады, сондықтан мойынтіректерде оларды қоламен бірге қолданады. Егер мойынтіректерден жоғары дәлдік талап етілсе немесе мойынтірекке әсер ететін күш салыстырмалы аз болса, онда оларды капроннан дайындауға болады. Ішінде пластмассалы кескінді қосындылары бар болат төлкелерінен жасалған мойынтіректер жақсы салғындауға және жоғары беріктікке ие болады және оларды ауыл шаруашылық машиналарында, токарьлық, фрезерлік және басқа да білдектерді қолданылады. Тербеліс мойынтіректерін дайындау үшін графит толықтырғышы бар көп қабатты пластиктерді қолданады.

Тісті, червякты, белбеулік берілістер. Тісті және червякты ілінісудегі пластмассалардан жасалған тетікбөлшектер жоғары тозуға төзімділігімен, химиялық агрессивті орталарда сенімді жұмыс істеуімен, салмағының төмендігімен, дайындау оңайлығымен ерекшеленеді. Тісті дөңгелекті берілістердің ең жақсы жұмыс қабілеттілігін пластмасса және метал тетікбөлшектердің комбинациясын қамтамасыз етеді. Тісті дөңгелектерді дайындау үшін текстолит (ДСП), полиформальдегит (ПФА) қолданылады. Полиамид түріндегі пластмассалар қосалқы бөлшектер ретінде және пластинкалы шынжырларды дайындау үшін қолданылады. Бұл шынжырдың тетікбөлшегінің жемірілуін төмендетіп ғана қоймай, оның бөлшектерінің «жабысуын» қамтамасыз етеді.

Полиамидтен жасалған пластмассалық белбеулер, тек жақсы техникалық сипаттамаларымен ғана емес, агрессивті орталарда жұмыс істеу тұрақтылығымен де сипатталады. Перлонды белбеулер қақтау стандарында, престерде, диірмендерде және балғаларда жоғары қуатты берілістер (5 мың кВт дейін) үшін қолданылады.

Полиамидтерден (нейлон, перлон) сүйреу арқандарын дайындайды, ал жемірілуден қорғау үшін олармен болат арғандарды қаптайды. Жоғары меншікті беріктігінен пластмасса шкифтер металдық шкифтерге қарағанда 5 есе жеңіл және 2 – 3 есе арзан болады. Шкифтерді дайындау үшін волокнит, фенолит, текстолит, шынылы волокнит қолданылады.

Фрикционды қондырғылар. Кішірек тежегіш қуатты фрикционды тізбектер үшін асбесті толықтырғыштары бар пластмассалар қолданылады. Пайдалану кезінде бұл тізбектердің температуралары 250 °С аспауы керек. Гетинакс түріндегі жалпақ толықтырғыштары бар пластмассалар 1000 °С дейінгі импульсты қыздыруға түседі.

Муфталар, прокладкалар. Іліністі тісті берілісті муфталарды дайындау үшін текстолит пен капрон қолданылады. Бқл материалдар соққыны жақсы жұтады, жұмыстың шусыз өтуін қамтамасыз етеді. Тұтқыр муфталар үшін серпімді элементтер ретінде резеңкеден жасалған дискілер қолданылады. Мұндай муфталар амортизаторлар жіне демпферлер болып табылады. Резеңкені станинаның тербелісін білдектің басқа тізбектеріне өткізбеуі үшін, автокөлік және су көліктерінің тұрғысын қозғалтқыш тербелісінен оқшауландыру үшін қолданады.

Пластмасса нығыздағыштар және амортизаторлар. Пластмассалар әртүрлі тетікбөлшектерді біріктіруде жоғары герметикалықты қамтамасыз етеді. Мұндай нығыздағыштар жоғары химиялық тұрақтылығымен сипатталады. Бұл мақсаттар үшін полихлорвинилді, текстолитті, фторопласты төсемелер, сонымен қатар шыны волокномен армирленген табақтар қолданылады. Сонымен қатар тығыздағыштар ретінде май мен жанармайға тұрақты ісінетін резеңкелер кеңінен қолданылады. Пластмассалардан жасалған амортизаторлар әдетте резеңке амортизаторларға қарағанда 1,5 есе ұзақ қызмет атқарады. Демпферлер ретінде силиконды сұйықтар қолданылады. Силиконды майларды жоғары температуралар кезінде жұмыс істейтін үйкеліс тізбектерін майлау үшін қолданады.

Машиналар мен құрылымдардың басқа да тетікбөлшектері. Фенопластардан өте жиі бақылау – өлшеу аппаратуралары, тербеліс машина тетікбөлшектерін, шпульдер және басқа да бұйымдар жасауда кеңінен қолданылады. Ол бұйымның массасын, бағасын төмендетеді, сонымен қатар оларға әсемдік түр береді. Әсіресе пластмассаларды жылдам жүретін машиналардың (сорғылардың, желдеткіштердің, турбиналардың) роторларын дайындау үшін қолданған үнемді. Бұл мақсаттар үшін фенопластардан басқа нейлондарды кеңінен қолданады. Жоғары жүктелген құрылымдардың тұрқыларын жасау үшін беріктігі жоғары материалдарды, мысалы, шыныпластиктерді (фенолформальдегидті, эпоксидті және т.б.) қолданады. Сонымен қатар винипласт және полиэтилен қолданылады, себебі бұл материалдардан жасалған күрделі құрылымдарды пісіру әдісімен дайындауға болады.

Құбырөткігіш тасымалдағыш арматура. Химиялық машина жасауда және құрылыста пластмасса құбырлары кеңінен қолданылады. Оларды қолданудың тиімділігі тасымалдаудың ыңғайлылығын қамтамасыз ететін, жоғары жемірілуге төзімділігі мен салмағының төмендігінде болып табылады. Полиэтилен және басқа да термопластардан дайындалған құбырлар барабандарында орамалауға және оларды қолдану аймағында тікелей орауға түседі. Құбырларды дайындауда қолданылатын негізгі материалдар полихлорвинил, полиэтилен, фторопласт, сонымен қатар полиэфир үлдірлері және фаолиттер (графитті, асбестті және т.с.с. толықтырғыштары бар фенопластар) қолданылады. Термопластардан дайындалған құбырлар жақсы иіледі, пісіріледі және желімденеді, ал реактопластардан дайындалған құбырлар тек желімденеді. Сонымен қатар пластмассалардан құбыр арматуралаын (бұрыштықтар, үштіктер, құбырлар, вентильдер) дайындалады. Өте жиі метал құбырларының ішкі және сыртқы беттерін жемірілуге тұрақтылығын арттыру үшін пластмассалармен қаптайды. Құбырларды футировкалау үшін полиэтилен, полихлорвинил, полистирол, асбовинил, фторопласт және резеңке қолданылады.

Пластмассалық бүркемелер. Пластмассалармен қапталған металдан жасалған бұйымдар пластмассалардың жағымды қасиеттері бар металдардың жоғары беріктігімен сәйкестендіріледі. Мұндай сәйкестіктер қымбат бағалы және сирек түсті металдарды және жоғары легірленген болаттарды арзан көміртекті болаттармен алмастыруға мүмкіндік береді. Ағаш, картон, пенопластмассалардан жасалған тетікбөлшектерді суға тұрақты пластмассалармен қаптайды. Кремнийлі органикалық бүркемелері суланбайды, сондықтан олардан көлік құралдарының терезелерін бүркеу үшін қолданады. Мұндай шынылардан жаңбыр тамшылары оңай сырғанайды және жүргізушіге жақсы көріністі қамтамасыз етеді.

Шыны. Химиялық және термиялық тұрақтылықтың жоғары көрсеткіштеріне кремнеземнен (99,5 % SiO₂) тұратын кварцты шыны жатады. Кварцты шыныдан химиялық ыдыстарды, термопаралар қаптамаларын, оқшауландырғыштар және басқа да бұйымдар жасау үшін қолданылады. Сынықсыз шынылар (триплекс). Бұл бірнеше қабат әдеттегі және органикалық шыныдан құралатын күрделі құрамды шыны. Бұл қабаттарды желімдейді және жоғары қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін шынықтырылған шыныларды желімдеуге болады. Үшкір жарықтары жоқ шынылар ұшақтарды, автокөліктерді, су көлігін, сонымен қатар жоғары температуралар мен қысымдарда жұмыс істейтін аспаптарды шынылау үшін қолданылады. Пеношыны. Оны газ түзуші (бор, көмір, кокс) қосу жолымен 700 – 900 °С температурада балқытылған шыныны көпіршіту арқылы алады. Пеношынының тығыздығы төмен, оны жылу және дыбыс оқшауландырғыш материал ретінде қолданады. Құрылыста 1 тонна пеношыныны қолдану 85 – 90 тонна қызыл кірпішті үнемдеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар пеношыныны өте жоғары химиялық тұрақтылық талап етілетін фильтрлер дайындау үшін қолданады. Шыныкристалды материалдар – ситалдар. Олар әдеттегі шыныдан тек құрамы ғана емес, кристалдық құрылымымен де ажыратылады. Шынылар – аморфты, ситалдарды шыныға кристализациялық орталықтардың түзілуіне әсер ететін катализаторлар енгізу жолымен алады. Оларды 400 – 600 °С температураға дейін қайта қыздыру кристалдардың түзілуін тудырады. Ситалдардың кристалдану дәрежесі 95 % дейін жетеді. Ситалдар жоғары қаттылыққа, термотұрақтылыққа (700 – 800 °С дейін) және химиялық тұрақтылыққа ие болады. Ситалдардан басқарылатын снарядтың обтикателі, іштен жану қозғалтқыштарының поршеньдері мен цилиндрлерін, 540 °С температураларға дейінгі температуралар кезіндемайлаусыз жұмыс істейтін мойынтірек обоймаларын жайындау үшін қолданады.

Ағаш материалдары. Ағашты машина жасауда (автокөліктің борттары мен едендерін, вагондардың кейбір құрылыстары, мойынтіректер, тісті дөңгелектер және т.с.с.) кеңінен қолданылады. Әсіресе ағаштың машина жасау саласындағы кең қолданылатын аймағы үлгілік құймаларды қамтамасыз етуі. Тамақ өнеркәсібінде ағашты ыдыс (қаптау жәшіктері) ретінде кеңінен қолданылады. Ағаштың ерекшеліктері – тығыздығы төмен, айтарлықтай жоғары меншікті беріктігі, соққы және дірілді жүктемелер кезінде жақсы қарсыластық көрсетуі, жылулық кеңеюдің температуралық коэффициентінің төмендігі (болатқа қарағанда 2 – 3 есе төмен), бірқатар қышқылдарға, тұздарға, майларға тұрақтылығы жоғары болады. Ағаш жоғары технологиялық қасиеттерге ие – білдектерде жақсы өңделеді, желімденеді, шеге немесе шуруппен жақсы біріктіріледі. Ағаштың кемшіліктерне оның ағаш бұйымдарының өлшемдерін, пішінін және беріктігін өзгертетін, жоғары су сіңіргіштігін, сонымен қатар шіруге бейімділігін, отқа тұрақтылығының жоқтығын жатқызуға болады. Ағаштан жасалған бұйымдарды шіруден қорғау үшін бояу – сыр бүркемелерімен немесе пластмасса қаптамаларымен қаптайды. Қорғаудың химиялық әдістерінен тұз ерітінділерімен NaF, ZnCl₂, CuSO₄ және т.б. сіңдіруді қолданады. Ағаштардың жылдам тұтануын төмендету үшін оттан қорғайтын бояу мен сырлар қолданылады. Ағаш талшықты материал болып табылады, сондықтан бұйымдарда тура қабаттарды кесе көлденең қабаттармен үйлестіреді, ол өз кезегінде бұйымның беріктігін жоғарлатады. Ағаштың маңызды сипаттамаларының бірі оның тығыздығы болып табылады. Ағаштың өте жеңіл және жиі қолданылатын түрлері – қарағай, шырша, жөке, көктерек, қандыағаш; өте ауырлары – емен, граб, алмұрт, самшит ағаштары. Ағаштың өңделгіштігі оның қаттылығына байланысты болады. Ағаштың тығыздығынан оның тозуға төзімділігі де байланысты болады. Әртүрлі ағаш түрлерінің кейбір салыстырмалы қасиеттері 15.1 – кестеде келтірілген.

15.1 – кесте.

Әртүрлі ағаш түрлерінің кейбір салыстырмалы қасиеттері

Қасиеттері	Ағаштың түрлері
	қарағай	жөке	көктерек	емен	граб	қайың	самырсын
Тығыздығы, г/см3	0,5	0,5	0,5	0,76	0,81	0,64	0,39
Көлемдік кептірудің коэффициенті, %	51	58	47	48	61	64	46
Талшық бойымен созу кезіндегі беріктігі, МПа	100	116	120	118	135	160	76

Резеңкелер. Резеңкені алудағы бастапқы шикізаттар каучуктер болып табылады. Өндірілу әдістері бойынша олар табиғи және жасанды деп ажыратылады. Табиғи каучуктерді гевея, көксағыз, таусағыз сияқты өсімдіктер шырынынан алады. Синтетикалық каучуктың аса кең тараған түрлеріне натрий – бутадиенді каучук (СКВ), бутадиен – стиролды каучук (СКС), полихлоропренді, бутадиен – нитрильді каучук (СКН) және т.б. жатады. Өзінің құрылымы бойынша синтетикалық каучуктер молекулалық массасы өте үлкен болатын сызықты полимерлер болып табылады. Синтетикалық каучукткрдің барлығын дерлік су ерітінділерінде эмульсиялы полимеризация әдісімен алады. Қалыпты температуралар кезінде каучукткр жоғары эластикалық күйінде болады, олардың шынықтыру температурасы (– 40) – (– 70) °С аймағында болады.

Резеңке дегеніміз – каучуктардың химялық өңделген өнімі. Бұл өнімдерді каучукты вулканизатормен (күкірт, натрий, диазобензолмен) әрекеттесуі нәтижесінде термиялық өңдеумен (ыстықтай вулканизациялау) және термиялық өңдеусіз (суықтай вулканизациялау) жүзеге асыру арқылы алады. Вулканизация нәтижесінде каучук сирек торлы полимерге айналады. Каучуктың вулканизатормен қоспасын резеңке деп атайды. Суықтай вулканизациялау кезінде өте жиі метал оксидтері вулканизаторлар болып табылады. Полимердің торлық дәрежесі негізінде құрамындағы қоспаның мөлшеріне байланысты болады. Бұл жағдай резеңкенің қасиеттерін өзгертеді (егер, мысалы, күкірттің мөлшері 1 – 5 % болса, онда сирек торлы резеңке, ал егер 30 % болса, онда резеңкенің созымдылығы жоғалып эбонит алынады). Резеңкенің беріктігі мен тозуға төзімділігін арттыру үшін оның құрамына беттік активті заттар және толықтырғыштар (күйе, кремний оксиді, титан оксиді, бор, барит, тальк) енгізіледі. Вулканизация процесін жылдамдату үшін оның құрамына белсендіргіштер (дифенилгуанидин, каптакс, мырыш оксидін) енгізеді. Пластификаторлар ретінде стеаринді және олеинді қышқылдарды, синералды майларды және парафин қосады. Вулканизация температурасын төмендету және резеңкенің құнын арзандату үшін регенераторлар деп аталатын резеңкенің қолдануда болған арнайы өңдеу өнімдерін қолданады.

Тағайындалуы бойынша резеңкелерді жалпы қолданыстағы және арнайы деп бөледі. Жалпы қолданыстағы резеңкеге табиғы каучук (ТК) СКВ, СКС, СКИ жатады. Бұл резеңкелер жоғары эластикалығымен, беріктігімен, су және газ өткізбейтіндігімен ерекшеленеді. Жалпы қолданыстағы резеңкелерден белбеулер, қаптамалар, тасымалдау ленталарын, сымдардың оқшауландырғыштарын, демпферлік тығыздағыштарды және басқа да бұйымдарды жасайды. Арнайы қолданыстағы резеңкелерге найрит, СКН, тиокол, жылуға тұрақтыларға – СКТ, жылу мен химиялық әсерге тұрақтыларға – СКФ жатады. Жалпы қолданыстағы резеңкенің тығыздығы 910 – 920 кг/м³, бұл резеңкенің беріктігі жоғары емес және 15 – 34 МПа аралығында болады, ұзаруы 700 % дейін, жұмыс температурасы (– 80) – (+130) ºС, морттылық температурасы (– 40) – (– 55) °С, бензин мен бензолда тұрақты емес. Арнайы қолданыстағы резеңкелердің тығыздығы 98 – ден 180 – 190 кг/м³ дейін болады. Арнайы резеңкелердің тығыздығы олардың жұмыс істейтін температуралар аймағына байланысты болады: нейрит және СКН үшін σ_в мөлшері 20 – 26 МПа, ал жұмыс температуралар аймағы нейрит үшін 100 – 130 °С және СКН үшін 170 °С құрайды. СКТ және СКФ резеңкелері біршама аз беріктікке ие болады, сәйкесінше σ_в = 3,5 – 8 МПа және σ_в = 7 – 20 МПа, бірақ олардың жұмыс температуралар аралығы жоғары және 250 – 310 °С құрайды. Машина жасауда қолданатын резеңке бұйымдарды тоғыз топқа бөледі: нығыздағыштар, дірілді және шуды бәсеңдеткіштер, соққыға қарсылар, күштік, сырғанау тіреулері, иілгіш компенсациялық прокладкалар, ауада тұрақтылар, фрикциондық және қорғаушы.

Көмекші материалдар. Көмекші материалдар – майлау заттары, салқындату сұйықтары, былғары, асбест, тоқыма, қағаз, желімденетін және басқа да материалдар.

Майлау заттарын машиналардың үйкелетін бөлшектерінің қызмет уақытын арттыру және үйкеліс коэффициентін төмендету үшін қолданылады. Құрғақ үйкеліс коэффициенті майланбайтын беттердің қозғалысының кедергісін сипаттайды. Оның өлшемдері әрекеттесетін бұйымдардың өңдеу сапасына байланысты болады және әдетте ол 0,1 – 0,5 өлшем аралығында болады, ал егер майлау заттары қолданылса, онда 0,001 – 0,002 дейін төмендейді. Майлау заттары минералды, өсімдік және жануар майлары деп бөлінеді. Минералды майлар – мұнайдың өңделген өнімі, үйкелетін тетікбөлшектер үшін негізгі майлау материалы болып табылады.майлау материалдары жылу мен жылу оқшаулағыштарды қамтамасыз ететін қасиеттер кешеніне ие болуы керек. Білдек жасауда білдектік горизонталь бағыттауыштарын майлау үшін веретенді май (ентаңбасы 2 және 3), машина майы (ентаңбасы Л, С, Т), цилиндрлік (ентаңбасы 2), вазелинді және велосипедтің майлары аса кең қолданылады. Жоғары жылдамдықтар және аз жүктеулер кезінде веретенді май, ал беріліс қорабына тән жылдамдықтарда – машина майларын қолданады. Сонымен қатар машина жасауда 75 – 95 % майдан және 25 – 5 % сабыннан тұратын майлау қоспаларын қолданады. Оны әдетте сұйық майлау материалын жеткізу қиын және үнемсіз болған жағдайда, төменгі жылдамдықты және жоғары жұктемелер кезінде жұмыс істейтін тізбектерді майлау үшін қолданылады. Қыста жылдамдығы 1000 айн/мин болатын жағдайдарда жұмыс істейтін мойынтірек тетікбөлшектері үшін Автол – 4 қолданылады. Бұл жағдайлардағы автолдың қатаю температурасы – 30°С төмен болмауы керек.

Салқындату – майлау сұйықтарын металды кесумен өңдеуді жеңілдету үшін қолданады, ол кесу жылдамдығын арттыруға мүмкіндік береді, нәтижесінде өнімділігі артады. Оларды салқындататын және майлайтын, сонымен қатар майлайтын және жартылай салқындататын деп бөлінеді. Салқындату сұйықтары – жемірілуге қарсы қоспалары бар су (көмірқышқыл натрий,, натрий және калий силикатын) ерітінділерінің электролиттері. Салқындату және майлау сұйықтары беттік – активті заттардың (сабын, олейн қышқылдары және басқа да заттар) судағы ерітіндісі болып табылады. Майлайтын және жартылай салқындататын сұйықтарға судан, беттік активті заттардан және эмульгирленген майлардан тұратын активтендірілген эмульсиялар жатады. Салқындату және майлау сұйықтарын таңдау және қолдану өңделетін материалға, аспапқа және бұйымның берілген сапасына байланысты болады. Автомат – білдектерінде салқындату эмульсияларын қолданбайды, себебі олар мойынтіректерге өтіп олардың майлау процессін бұзады, мұнда майларды қолдану керек. Бұл жағдайларда сульфорезол, атап айтсақ күкірттендірілген майлар қолдану жақсы нәтиже береді.

Былғарыны нығыздағыш сақиналарында, тежегіш муфталарында және қозғалтқыш белбеулерінде әртүрлі түрде қолданылады. Былғарының негізгі ерекшелігі кеуектілігі мен жоғары механикалық беріктігі болып табылады. Осының нәтижесінде олардың жоғары ауа, бу және су өткізбейді және төменгі жылу өткізгіш болып табылады. Олар жоғары ию жағдайларында жақсы жұмыс істейді. Соңғы жылдары техникалық бұйымдарды дайындау үшін былғарыны полимерлі алмастырғыштар қолданылады.

Асбест талшықты материалдар тобына жатады, жоғары отқа тұрақтылыққа, үзілу беріктігіне, төменгі электр және жылу өткізгіштікке, қышқылды – сілтілі тұрақтылыққа, эластикалыққа ие болады. Асбестті тежегіш және көлік белбеулерін, ыстық цех жұмысшыларының киімдеріне арналған маталарды дайындау үшін қолданады. Асбест материалдарын талшық, бау, қағаз парақтары және картон, асбоцементті жабынды шифер, асбоцементті фонера және құбыр түрінде шығарылады.

Тоқыма материалдары – жіп, мақта, лента, бау, арқын және т.с.с. материалдарды өнеркәсіптің көптеген салаларында қолданылады. Силикатты шыныдан жасалған байланыстырғыштары бар мақталарды жылуоқшауландырғыш, амортизациялық жастықтар және т.с.с. ретінде қолданылады. Войлокты фильтрлар, амортизаторлар және басқа бұйымдардың нығыздағыштары ретінде қолданылады.

Қағаз материалдарын және картонды электроқшауландырғыш, қаптау материалдары және нығыздағыштар ретінде қолданылады.

Желімденетін материалдар – бұйымның жеке бөліктерін біріктіру үшін қолданады, желімдеу құрастыру процесін қарапайым етеді, беттің майда болуын қамтамасыз етеді, тойтарма мен бұрандамаларды қолдануды қажет етпейді. Бұл жағдайда құрылымдардың беріктігі төмендемейді, сонымен қатар тойтарманың және пісірілген қосылыстардың беріктігінен бірнеше есе артық болады.

Фанера, сіріңке, текстиль және галантерея өндірісінде крахмал желімдерін (күрішті, маисті, бидайлы, картопты және т.б.) қолданылады. Маталарды, былғарыны желімдеу үшін және оларды ағаштарға желімдеу үшін целюлоза эфирінен жасалған желімдер қолданылады.

Машина және аспап жасауда синтетикалық смола негізіндегі (БФ – 2, БФ – 88 және т.б.) желімдер қолданылады.

Әмбебап желімдерге карбонильді желімдер жатады. Оларды карбонильді спирттен катализатор қоспасымен (бензол перекисі немесе күшті азот қышқылы), сонымен қатар толықтырғыштармен (гипс, бор, алебастр, құм, шойын немесе зімпара шаңы, слюда, ағаш ұнын) қосу арқылы дайындайды. Әмбебап желімдерді метал, ағаш, пластмасса, мәрмәр, слюда, фетр, шыны, фибр, резеңке, тоқыма және басқа да материалдарды желімдеу үшін қолданылады.

Нег. 2434 – 504, қос. 73 – 80

Бақылау сұрақтары:

1. Пластмасса өндіру кезінде қолданылатын полимерлер синтезінің негізгі үш әдісінің айырмашылығы неде? Пластмассалардың құрамында басқа қандай (полимерлерден басқа) құралғыштар кіреді?

2. Қандай пластмассалар термопластикалық пластмассаларға атады? Олар қандай қасиеттерге ие болады?

3. Термореактивті пластмассаларға анықтама беріңіз, олардың негізгі түрлерін қарастырыңыз? Олардың термопластардан қандай қасиеттерімен ажыратылатынын көрсетіңіз?

4. Газ толтырылған пластиктің негізгі түрлерінің ерекшеліктерін талдаңыз. Олардың негізгі қасиеттері қандай және негізгі қолдану аймақтары?

5. Үлдірлі материалдардың негізгі түрлерін атаңыз, оларды алу тәсілдері, қасиеттері және қолдану аймағы.

6. Қандай конструкциялық пластмассалар жоғары берік пластмассаларға жатады? Олардың қасиеттері қандай және жұмыс істей алатын температура аймақтары?

7. Бұйымдар мен конструкцияларды обалаған кезде конструкциялық материалдар ретінде пластмассалардың қандай ерекшеліктерін ескеру керек?

8. Ситалдар дегеніміз не, оларды қалай алады және олардың қасиеттері қандай?

9. Қандай материалдар қосымша материалдарға жатады?