2. Қирау. Жоғары температуралар кезіндегі қирау.

Сапалық жағынан қирауды дененің кернеу әсерінен бөлшектерге бөлінуі деп қарауға болады. Ал сандық жағынан беріктіктің апатты жоғалуы, бірақ бұл анық жалпы сипат береді және оны қолдану кезеңіндегі нақты жағдайдың көрсетілуін қажет етеді. Физика және механика жағынан қарастырсақ қатты денедегі қирау уақыт өз орнымен белгілі сатыда және жарықтардың түзілуімен және жойылуымен байланысты жүретін процесс. Сонымен механикалық қирау дегеніміз кернеудің әсерімен жарықтардың тууы, жойылуы және дамуымен болатын денелердің бөлшектерге бөліну процесі аталады. Жарықтану дамуымен қираудың байланысы қирау процесінің басты жағы олардың локальді сипаттарын ашады.

Кернеудің 3түрі:

1. созылмалы-оң нормальды

2. қысылу-теріс

3. жанаспалы (оң)- осыған байланысты қираудың әртүрлі сипаттамалары болады.

Қысылу кернеуі өздігінен қирауды болдырмайды, өйткені атомдар арасындағы арақашықтық азайған кезде өзара әрекеттесу күші көбейеді. Қирау созылу және жанаспалы кернеу кезінде 2 түрлі тәсілмен жүреді: 1) үзілу; 2) кесілу;

Үзілумен қирау мортты, кесілумен тұтқырлы деп аталады. Морт және тұтқырлы қирау түсінігі туралы белгілі совет механиктері: Я.Б.Фридман және В.М.Фринкель келесі белгілері бойынша сыныптады:

1. Процестің энергиясыйымдылығы;

2. Күштік әрекеттесу сипаты тұрақты жүктеме;

3. Қираудың ірі құрылымдық беткейінің бағдарлануы;

4. Қирауға әкеліп соқтыратын созымды деформация шамасы;

5. Қирау беткейінің құрылымдық орналасуы - кристаллит ішіндегі, кристаллит аралас;

6. Қираудың даму дәрежесі - бастапқы; дамыған және толық.

Осы белгілерге байланысты қираудың 2 түрін былай айтуға болады:

1) мортты қирау

а) аз энергия сыйымдылығымен сипатталады және сырттан әкелінген қосымша энергиясыз белгілі кернеуге жеткен кездегі өзіндігінен дамуы;

б) серпімділіктің ірі құрылымдық шегінен төмен кернеу, ереже бойынша есептіктен жоғары;

в) қирауға дейінгі суммалық ұзару 1-2% аспайды.

г) мортты жарықтың таралу жылдамдығы берілген материалдың дыбыс таралу жылдамдығына сәйкес;

д) қирау беткейі әсер ететін күшке перпендикуляр;

е) жарық түйір шекарасы бойынша жойылады- интеркристаллитті сынақ;

ж) сынық беткейі жылтыр;

2)Тұтқырлы қирау

а) жоғары электрсыйымдылық сипаттамасы- тұтқырлы жарықтың жоғарлығы сырттан энергия әкелінуін қажет етеді, демек, әсер ететін кернеуді үздіксіз жоғарлату қажет;

б) кернеу есептік кернеумен сәйкес;

в) қирауға дейінгі ұзару белгілі шамаға жетеді, қирау процесі пластикалық деформациямен жүреді;

г) тұтқырлы жарықтың жайылуы елеусіз және деформация жылдамды-ғымен сәйкес;

д)макромасштабтағы сынық беткейі ең үлкен жанаспалы кернеудің әсерлік бағытына 45⁰ бұрышпен иіледі;

е) жарық түйір денесі бойынша жойылған- транскристалитті (түйір ішіндегі) сынық;

ж) сынық беткейі бұлдыр ;

6.1-сурет. Созымды қираудың мүмкіндік түрлері	6.2-сурет.Созылған үлгі мойнынан орталық жарықтың пайда болуы мен тесіктер

Созымды қираудың мүмкіндік түрлері:

а) базалық жазықтық бойынша сырғу басқа жазықтық бойынша бір беткейде сырғанаумен бітетін ГПУ торы бар монокристалдар;

б) 2-бөлікке бөліну «пышақ жүзінде» туындайтын мойыншаның түзілуімен болатын ГЦК торымен монокристалдар (мыс, күміс);

в) деформацияның ірі тіліктерінің түзілуімен, мойынсыз қирайтын Cu,Al қорытпалары;

г) мойыншаның жіңішкеруі бойынша созымдылығы 100%-ға тең нүктеде туындайтын ГЦК торымен жоғары созымды поликристалдар;

д) аз созымды поликристалдар қирау түрі тұтқырлы қирау есебінде алынады. Оның түзілу процесінің бірізділігі келесі түрде көрсетіледі:

1. Созымды деформациядан кейінгі мойыншаның пайда болуы;

2. Ұсақ тесіктердің түзілуі, олардың үлгі ортасында бірігуі және жарықтардың тууы;

3.Үлгі беткейіндегі жарықтардың жойылуы және чашка түбінде түзілуі;

4.Нормальді кернеудің мүмкіндік шегіне жетуі, қираудан нормальді әсерден жанаспалы кернеу әсерінен қирауға ауысуы;

5.Жарықтың бастапқы бағытымен салыстырғанда 45⁰ бұрылуы, конустық түзілуі және беткейге шығуы. Сонымен мойыншаның түзілуі тұтқырлы қираудан бастау соңғы қирауға дейін жететін созымды деформацияның локанизациясымен байланысты.

Морт және тұтқырлы қирауды сыныптық бөлуге қарамастан көптеген металдар мен қорытпалар (ГЦК торымен металдар кірмейді) өзінің құрылыстық күйімен, сыртқы жағдайларға байланысты. Кез-келген тәсілмен қирауы мүмкін екенін ұмытпау қажет. Морт қираудың қирау теориясы негізінен Гриффитс тапқан және оны келесі түрде қарастырады. Қирау кернеу кезіндегі серпімді деформация сатысында болады және серпімділік шегі аз.

1. Қирау объектісі болып 2 жағы қатаң бекітілген және туу жарықтары бар бірлік қалыңдықты пластина болып табылады.

2. Жарықтың пошымы жарты осьті С және 2С тең эллипс түрінде болады. Жарықтың көлемі цилиндр көлеміне тең.

Қирау жүретін процесстің бірізділігі:

1. Серпімді деформация кезінде жарықсыз пластина көлемінің біріне қалдық серпімді деформацияға кеткен Гук заңы бойынша 0-ден σ_max дейінгі өзгеретін аймақтағы кернеу кезіндегі жұмысқа тең. Бұл жағдайда орташа әсер ететін кернеу , ал жұмыс осы өткен жолдағы күштің шығарылымына тең:

А= ½ σε =½ σ²/Е, (6.1)

мұнда ε = σ/Е.

2. Әсер ететін кернеу бағытына тікбұрыштан орналасқан 2С ұзындығынан денеде жарықтың бірден пайда болуынан эллипсоидалды жарық аймағындағы қалдық серпімді энергияның бөлігі босайды. Ол жарықтардың пропорцианалды көлеміне байланысты. Бұл жағдайда пластинаның серпімді энергиясы W-шамасынан азаяды.

W = ½ σ²/Е 2πc² = π σ²c²/ Е. (6.2)

2с 4с

6.3-сурет. Жүктеудің әртүрлі схемасы. а – еркінжүктеу; б – бекітілген жүктеу

3. Жарықтың туу кезінде меншікті беткейлік энергиясымен 2 жаңа беткейлік түзілуі, бұл 2С-ға тең, жарықтың беткейінің пропорциональды ауданы мен u шамасына пластинасыз ішкі энергияның ұлғаюына әкеледі. Өйткені пластина қалыңдығы 1 деп қабылданады.

U = 4 γ_s с. (6.3)

4. Жарықтың ауданы 1жағдай кезіндегі қалыңдыққа тең жарықтың 2С ұзындығының шығарымдылығы анықталады. Жарықтың тууы кезіндегі энергетикалық баланс W жарықтану түзілуіне кететін энергия және ішкі беттік энергияның ұлғаюының себебі болатын энергия арасындағы айырмашылыққа тең. Шығын болған энергия теріс, жинақталған энергия оң болып саналады.

ΔU = U – W = 4 γ_s с - πσ²/Е c². (6.4)

5. U,W және ∆U арасындағы қатынасқа байланысты баланс оң және теріс болуы тиіс. Егер ∆U=0-ден көп болса, онда жарықтың үлкеюіне энергия қажет. Энергия балансы (-) болады. Егер ∆U=0-оң болса, онда пластинасыз жалпы энергияны жарық пластинаның серпімді энергияның арқасында өздігінен дамиды. Берілген сыртқы кернеу жарықтандыру тұрақсыз өтуге жағдайына σ d∆U- дан dc-ға дейін 0-ге тең болуы кезінде анықталады:

dΔU/ dc = 0 немесе 4 γ_s - 2πσ²/Е c= 0, (6.5)

демек, σ = . (6.6)

Алынған теңдеу мортты жарықтың тұрақсыз жайылуының басталуының критикалық жағдайын сипаттайды. Жарықтың ұзындығы қаншалықты ұзын болса, соншылықты кернеу оның жайылуына қажет. 3. Созымды деформацияға қарсыласудағы жылдамдық пен температураның ықпалы.

Созымды деформациядеп – жүктеу аяқталғаннан кейін қалпына келмейтін деформация түрін айтамыз. Созымды деформация металдардың құрылымы мен қасиеттерінде қалдық өзгерістер қалдырады. Кристалдарды деформациялау кезінде бірінші серпімді деформация пайда болады, бірақ кернеу жоғаралағанда кристалдың бір бөлігінің екінші бөлігіне қатысты жылжуы өтеді, ол өз кезегінде созымдылық, қалдық деформацияны тудырады. Жылжу түйіспелі кернеулер мәні білгілі бір критикалық мәннен τ_кр асқанда өтеді.

Белгілі бір дәрежеде созылғыштығы мен материалдардың кері пропорционал беріктігінің арасында бірмәнді сәйкестік байқалмайды.

1-сурет. Қақталғыш темірдің беріктігі мен созылғыштығын босату температурасында өзгерту	2-сурет. Қыздырудың беріктік, созымдылық қасиеттері мен металдың құрылымына әсері.

2- Суретте қайтару және рекристаллизация тәуелділік қасиеттеріне негізделген ықпалымен көрсетілген. рекристаллизация басталғанға дейінгі температура tн.р. олар болмашы ғана өзгереді, ал одан әрі өсуіне беріктік температураның күрт төмендеуі және бірқалыпты созымдылықтың артуы, жиналғыш рекристаллизация басталғанға дейін жалғасады. Аяқталғаннан кейін бастапқы деңгейі пластикалыққа дейін төмендейді. Рекристаллизациия температурасы маңызды практикалық мәні бар: құрылымын қалпына келтіру үшін және қақтаулы металл қасиеттері үшін.

Деформация температурасына байланысты рекристаллизации температурасы суық және ыстық деформациялар болып ажыратылады. Дәл рекристаллизации температурасы олардың арасындағы шекара болып табылады. Суық деформациялау деп рекристаллизация температурасынан төмен температурада және қақатау сүйемелдеуін атайды. Ыстық деформация рекристаллизации температуранан жоғары температураларда жүзеге асады және қақтауға сүйенбейді. Егерде ол болып жатса, өтетін деформация температурада тез босату және рекристализациямен төмендейді. Жеңіл балқитын металдар үшін А. Бочвара формуласына сәйкес Тр.= α Тпл., рекристаллизация температурасы нөлден төмен жатады, ал деформация бөлме температурасында ыстық болады.

Сонымен қатар металдар мен қорытпаларда, осындай сипатымен беріктік пен созылғыштығының температуралық тәуелділігіне ие, орта деформация температурасы аймағы бойынша беріктігін жайлап төмендету кезінде икемділіктің күрт азаюы байқалады. Бұл созымдылық қасиеттерінің аномалиясы созымдылықтың құлдырауы немесе аймақтың жылу нәзіктігі атауын алды. Әсіресе бұл құбылыс таза мыс және қалдырылған оның барлық балқымаларымен айқын байқалады.Бұл созымдылықтың құлдырауы қоспа атомдарының өзара іс-қимылынан және дислокация қозғалмалысынан болуы мүмкін деп саналады.

№ 8 емтихан билеті 1. Деформацияның түрлері. Шынайы және шартты деформация.

Деформация — сыртқы күштер, температура, фазалық түрленуі және ылғалдылықтың т.б. әсерінен пішіні мен өлшемдерінің өзгеруі барысында дене бөлшектерінің орнын ауыстыруына алып келетін үдеріс.

Кернеуді арттырғанда деформация әсерінен дене толық бұзылуға алып келуі де мүмкін. Материалдардың деформацияға және әсер етуші күштерге төзімділігі олардың механикалық қасиеттерімен сипатталады. Қандай да бір деформация түріне ұшырауы оған әсер еткен күшпен сипатталады.

Денеге әсер ететін күштердің сипатына қарай деформацияны келесі түрлерге жіктейді:

1. Созылу деформациясы;

2. Сығылу деформациясы;

3. Ығысу деформациясы ( немесе кесу);

4. Бұрау деформациясы;

5. Майыстыру деформациясы.

Ең қарапайым деформация түрлері:созылу деформациясы, сығылу деформациясы және ығысу деформациясы ( немесе кесу) болып табылады.

Материалдың беріктігі мен созымдылығының өзгеруін деформациядан кейінгі күйдірілген күйінен байқауға болады. Деформация шамасын анықтау цилиндрлік стерженьді осьтік созу мысалымен жүргізіледі.

Мұндай стержень беріктік пен созымдылық теориясында түсірілген күштің негізгі объектісі болып табылады. Түсірілген созу жүктемесінің ықпалынан деформацияланады: ұзындығы ұзарады, диаметр кішірейеді. Егер стержень ұзындығы l₀-дан n-ға дейін өссе, онда шартты салыстырмалы деформация мына формуламен есептелінеді:

(3.1)

Демек, деформация шамасы болып ұзартылған ұзындықтың l₀-ге қатынасынан тұрады. .

Практикада металдарды қысыммен өңдеуде шартты деформацияны емес нақты деформацияны анықтаған жөн. Демек, деформациялану процесінде дененің дене өлшемдерінің үздіксіз өзгеруін ұмытпау керек. Мысалы: егер ұзындықтың өсу процесін l₀…l_nбірнеше этаптарға бөлсек, онда бірінші этаптағы ұзару (l₁-l₀)/l₀ құрайды. Сонымен нақты ұзару

(3.2)

Ұзару есептелінетін бөлікті қысқартсақ Δ l→0 былай жазуға болады:

(3.3)

Ε және е арасындағы қатынас тең:

(3.4)

Шартты деформацияға қарағанда нақты деформациялау процесінің физикалық мәнін береді.

3.1-сурет. Аз деформацияның негізгі сипаттамаларының схемасы – ұзару және жылжу	3.2-сурет. Таза және жай жылжудың соңғы деформация схемасы

Деформация шамасын анықтаудың екінші критерийі ретінде жіңішкеруді қолданады. Ол мына формула бойынша есептелінеді:

мұнда F₀- деформацияға дейінгі үлгінің қима ауданы.F- деформациядан кейінгі аудан (кейде қима ауданының орнына дайындама қалындығы h алынады).

Ұзару мен жіңішкеруден басқа деформацияны жылжу бұрышымен β сипаттайды. Демек, бұл бастапқы тік бұрыштың өзгеретін бұрышы, оны радианмен өлшейді.