5.1 Эксплуатациялық қасиеттердің критерилері

(5.1-суретте) күй диаграммаларының бинарлы түрлері сұлба ретінде көрсетілген. Олар қорытпалар синтезі теориясында критерилерді есептеу үшін қолданалады. Алынған қорытпалардың технологиялық және пайдалану қаситерін болжауға болады.

1) Ерігіштік немесе беріктену критерийі α = cd перитектика, монотектика немесе эвтектика температураларында негізгі фазада легірлеуші элементердің (ЛЭ) шекті ерігіштігін көрсетеді (5.2-сурет). Аталған қорытпаның беріктік қасиеттерінің критеринің физикалық мағынасы легірлеуші элементтердің құрамына байланысты болуында. Қорытпалардың беріктігінің өсуі легірлеуші элементтер құрамының қатты ерітінділер аймағында нақты байқалады. Ол легірлеуші компоненттің өзбетінше бөлінген морт фазаның бөлінуіне дейін байқалады. Эвтектикадан кейінгі силуминдерде кремний күйінде – өздігінше морт фаза легірлеуші компонент ретінде, Al-Fe қорытпаларында FeAl₃ эвтектикадан кейінгі болаттарда цементит күйінде, содан кейін беріктік күрт төмендейді.

Шекті ерігіштік – атомдық пайызбен өлшенетін қорытпаның негізгі компоненті жаңа фаза түзбей легірлеуші элементтердің қай мөлшерін өз торында ұстай алатынын көрсетеді. Басқаша айтқанда, α критерийі қатты ерітіндінің максимальді легірленуін және таңдалған қоспанының қатты ерітіндіні беріктендіру мүмкіндігін көрсетеді. Жуықтап айтқанда қатты ерітінділерүшін легірлеу мен беріктендіру арасында келесі тәуелділіктер байқалады:

σ_в = А×С –орын басу қатты ерітінділері;

σ_в = В×C^0,5 - ену қатты ерітінділері;

А және В – негізгі компоненттердің табиғатына тәуелді коэффициенттер.

С - атомдық пайызбен көрсетілген легірлеуші қоспаның концентрациясы.

5.2-сурет. α критерийін анықтау сұлбасы

ҚОРЫТЫНДЫ: α критерийінің шамасы көп болған сайын, онда легірлеуші қоспаның қатты ерітініндімен беріктену мүмкіндігіде көп болады. Сонымен қатар қатты ерітінділер үшін беріктендіру шамасы келесі факторларға тәуелді :

- қатты ерітінді түріне – орын басу, ену;

- негізгі және легірлеуші элементтердің атомдарының өлшемі;

- кристалдық тор түріде ;

- валенттілктерінің айырмашылығы;

- серпімділік модулінің шамалары және т.б.

Қорытпаның негізі мен легірлеуші элементтердің сипаттамаларының айырмашылығы көп болуы керек.

2) γ = cf:hg термиялық өңдеу критерийі, шынықтыру, босату ескіру нәтижесінде қорытпаның беріктенуін және эвтектикалық пен бөлме температураларында, легірлеуші элементтердің ерігіштік айырмашылығын сипаттау мүмкіндігін көрсетеді (5.3 -сурет).

5.3. -сурет. Термиялық өңдеу критерийлерінің сұлбасы:

а–ескірген; б – шынықтырылған

5.4- сурет .Түрлі күйдегі Al-Cu қорытпаларының микроқұрылымы

Қатты күйде ерігіштік байқалмаған кезде (қисық сызық 1) cf және gh кесінділер өзара тең (қатты ерітінді аймағы жоқ күй диаграммасы), критерийдің шамасы γ = 1 б. Бұл жағдайда термиялық өңдеумен беріктендіру мүмкін емес, себебі қаныққан қатты ерітінді алуға болмайды.Сонымен қатар, қисық сызық 3 шекті ерігіштіктің шын мәнінде вертикаль сызықта тиімді емес, өйткені қанығудың жоғарғы деңгейін сақтау (салқындату температуралық аралығында ол жеткілікті деңгейде тұрақты) қиынға соғады. Мұндай күй диаграммасының қарапайым мысалы: Al-Si және Al-Mn жүйелері.

Егер γ 1-ден әлде қайда кіші болса, онда шынықтырудан кейін қатты ерітіндінің аса қанығу деңгейі жылдам өседі (h_c1 кесіндісі), сондай–ақ ескірудің нәтижесінде дисперсті түрде беріктендіруші фазалар бөліну мүмкіндігі артады. Сонымен, эвтектикалық алаңның енінің концентрация аралығына қатынасы арқылы беріктендірудің тиімділігі анықталды және бөлме температурасында артық фазаның бөлінуі мүмкін. 5.3 суретте термиялық өңдеумен беріктендіру мысалы ретінде Al-4 қорытпаның шағын құрылымы шынықтырылған қорытпаны ескірту нәтижесінде көрсетілген.

ҚОРЫТЫНДЫ: γ критерийінің шамасы термиялық өңдеу жоғарғы беріктікті алу үшін аз болуы керек.

3) температура критерийі (немесе ыстыққа сынғыштық) τ = od:оа біріншілік айналу (эвтектикалық, перитектикалық немесе басқалары) температурасының қорытпаның негізінің (Кельвин градусымен) балқу температурасынаберілген қатынасымен түсіндіріледі. (5.5 -сурет).

5.5.-сурет. Температура критерийлерін анықтау сұлбасы

5.6.- сурет. Эвтектикаға жақын қорытпалардың ыстыққа сынғыштығы

Температура критерийі эвтектикалық тереңдікті, яғни эвтектикалық кристаллдану температурасымен және қорытпаның негізгі компонентінің ерігіштік температурасының айырмашылығын, сондай – ақ перитектиканының түрлерін (өспелі немесе кемімелі) сипаттайды. Нақты мысал ретінде ретінде кемімелі перитектика – мыс–мырыш жүйесін келтіруге болады. Сонымен қатар, критерийдің анықтамасына сай берілген эвтектикалық және перитектикалық фазалардың (түйіршіктердің айналасында және қорытпалардың негізінде орналасқан) балқу температураларының айырмашылығын көрсетеді. Сол себептен ыстыққасынғыштықты және қызуғасынғыштықты оның көмегімен болжауға болады.

Ыстыққа сынғыштық – қатты күйдегі материалдың шөгу кезінде түзілетін ыстық немесе суық сызаттардың әсерінен құйма қасиеттерінің бұзылуы ( 5.6 -сурет).

Жалпы түрде қорытпалардың ыстық сызаттарды түзуге бейімділігі 5.6 суретте келтірілгендей қорытпаның күй диаграммасындағы орнына байланысты болады (сызбаланған аймақ – тиімді кристалдану аймағы). Оның максимумы қорытпа негізінің легірлеуші қоспасының ерігіштік шегінің нүктесіне жақын орналасады. Эвтектикаға жақын шоғырлану аймақтарында ыстық сызаттарға бейімділік күрт төмендейді. Эвтектикалық құраушының болуы құймалы қорытпалардың ыстық сызаттардың түзілуіне бейімділігіне қарсы көрсеткішінің белгісі. Өйкені біріншіден, қатты фазаға қарағанда сұйық фазаның мөлшері көп, екіншіден, қорытпа мен эвтектиканың кристалдану температураларының айырмашылығы шамалы ғана. Осыдан олардың термиялық кедергімен анықталатын меншікті көлемдерінің айырмашылығы мен ыстыққа сынғыштығы аса байқалмайтынын көреміз.Деформацияланатын қорытпаларда эвтектиканың көп мөлшерде болуы талап етілмейді, өйткені қызуғасынғыштық құбылысын дамытады. Сол себептен оның ең көп мөлшері 15%-дан аспауы керек.

Түйіршіктердің шекараларында орналасқан балқыған кірмелермен жеңіл балқитын фазалардың әсерінен жоғарғы температураларда қорытпалардың морт болуы қызуғасынғыштық деп аталады. Қорытпаларды ыстықтай қысыммен өңдеген кезде жоғары бағытталған эвтектикаларда жоғары эвтектикалық және перитектикалық айналуларда қызуғасынғыштық бейімділігі дами түседі.

Қысыммен өңдеу нәтижесінде дайындамалар мен құймалардың сызаттарды түзуге бейімділігі бақылауы қиынға түсетін көп факторларға байланысты өте маңызды технологиялық қасиет болып саналады. Сызаттардың дамуына келесідей факторлар әсер етеді: қатты күйдегі отыру коэффициенті, серпімділік модулі, солидус аймағындағы беріктілік пен илемділік, ал құймалар үшін қосымша – пішіннің бейімділігі, баспалау материалына, құйма конструкциясына. Барлық факторлардың жинағы легірлеуші элементтердің әсерін күрделендіре түседі, бірақ τ критерийінің көмегімен бұл әсердің жалпы заңдылығын анықтауға болады

Анықтама бойынша эвтектикалар мен кемімелі перитектиканың τ мәні 1-ден төмен, өспелі перитектиканыкі 1-ден жоғары. Эвтектиканың температурасы төмен болған сайын, τ критерийі және ыстықтай өңдеу температурасы мен қорытпаның жұмыс температурасы да аз болады. Сонымен қатар, терең эвтектикалар түзілген кезде ыстыққаберіктік қасиеттер және олардың пайдалану сипаттамалары нашарлайды. Өспелі перитектикалар үшін перитектикалық горизонтальдың жоғары болуы қорытпа негізінің балқу температурасына қатынасы жоғары температуралар аймағында ликвидус сызығының жылжуына (5.1- сурет), ыстықтай өңдеу және қорытпаларды пайдалану температурларының жоғарылауына, демек, олардың ыстыққаберіктік қаситетерінің жоғарылауына әкеледі.

ҚОРЫТЫНДЫ: эвтектика мен төменгі перитектикасы бар ыстыққаберік қорытпалардың синтезі үшін τ критерийінің мәні 1 – ге мейлінше жақын болу керек. Өспелі перитектикалар үшін τ критерийінің мәні 1 – ден едәуір жоғары болу керек.

Қолданылатын әдебиеттер

Негізгі 4 [100-105], 6 [285-289, 451-457]

Бақылау сұрақтары

1 Күй диаграммаларындағы қандай сызықтар мен нүктелер ерекшелерге жатады?

2 Күй диаграммаларының критерийлері не үшін қолданылады?

3 Термиялық өңдеумен беріктендіру мүмкіндігі неге байланысты болады?

4 Күй диаграммаларының түрі мен ыстыққаберіктіктің арасында қандай байланыс бар?

5 Еру критерийінің физикалық мәні неде?

6-ДƏРІС. Теориялық және практикалық сұйық аққыштықтың технологиялық иілгіштіктің технологиялық қасиетінің белгілері

Металдар мен олардың қорытпаларының және материал өнімдерінің арасында технологиялық қасиет көбінесе өз құнын анықтауда негізгі сипаттамаға ие. Минимал еңбек шығын барысында әр түрлі тағайындаудағы материалдарды алудың тиімді технологиясын іздеу эвтектикалық және перетектикалық түрдегі күй диаграммаларынан есептелінген технологиялық қасиеттердің критерияларын алуға мүмкіндік береді.

1) β = bd үйлесімділік критерийі (немесе теориялық сұйықаққыштық), бірінші эвтектиканың немесе перетектиканың атомдық пайызбен сипатталатын, негізгі компоненттің сұйық фазадағы (ЛЭ) қосындының шекті еруін концентрациясын сипаттайды (6.1-сурет). Эвтектикалық немесе перитектикалық температуралық горизонтальдан жоғары (қатты- сұйық күйдегі аумақ) өз құрамына байланысты abcd аймағында β критериі концентрация-температура кристалдану аралығында сұйық және қатты фазалар арасындағы қатынасты анықтайды, демек, соған жанама түрде құймалардың сұйық аққыштығын (эвтектика үшін ол максимал мәнге тең) сұйық және қатты фазалар аралығында екі параметр арқылы және ΔТ_кр ені арқылы сипаттайды.

6.1-суретінен Х концентрациялы құймасы үшін эвтектикалық нүктенің үш белгісінде b₁, b, b₂ тұтқа ережесі бойынша mx кесіндісі сұйық фазаның құрамына, ал xn_1, xn және xn₂ кесінділері қатты фазаның құрамына пропорционал. Сонымен қатар эвтектиканың концентрациясы неғұрлым жоғары болған сайын, қатты фазалардың кристалдану мөлшері температура-концентрация аралығында көп болады, осыған орай, қорытпаның теориялық сұйықаққыштығы эвтектиканың концентрациясы жоғары болған кезде жоғары концентрациялы концентрацияланған эвтектикаға қарағанда, төмен болады.

6.1-сурет. β критерийін сипаттай сұлбасы ҚОРЫТЫНДЫ: құймалы қорытпалар үшін β критерийінің шамасы төмен болу керек. Кристалдану температурасының аралығы үшін (ΔТкр.) сұйықаққыштық өзгеруі үйлесімділік критерийіне ұқсас өзгереді, мысалы: эвтектика неғұрлым конценрациялы болса, кристалдану температуратурасының аралығы соғұрлым кең болады, қорытпалардың сұйықаққыштық және құюлу қасиеттері нашарлайды. 2) ω = cd:bd таралу немесе технологиялық илемділік критерийі – қорытпа негізіндегі қатты және сұйық фазалардағы легірлеуші компоненттердің қатынасын және қатты ерітінді мөлшері мен эвтектика және перитектиканың арасындағы қатынасын сипаттайды (6.2 және 6.3 сурет).
6.2-сурет. Эвтектикалар үшін ω критерийінің сұлбасы
6.3-сурет. Перитектикалар үшін ω критерийінің сұлбасы α және β критерийлерінің ара қатынасынан (6.2 және 6.3 -суреттер) эвтектикалық қорытпалар үшін ω өлшемі 1 - ден төмен, ал перитектикалық (өспелі перитектика) үшін 1 ден жоғары болады. Қатты күйде ерігіштік жоқ болғанда c → d нольге тең болуы мүмкін, мұндай жағдай қарапайым эвтектикалық диаграммаларына тән. Осы себептен ω нольге тең болған кезде қорытпалар таза құймалы, олардың технологиялық илемділігі минималды болады . Эвтектикалық (жеңіл балқитын) құраушының қорытпаларда болуы жылы және ыстық деформациялану қабілетінің төмендеуіне алып келеді, сонымен қатар технологиялық илемділіктің төмендеуіне алып келеді, ал деформацияланатын қорытпалар үшін оның құрамын міндетті түрде минимумға дейін төмендету керек. Мұндай жағдай қорытпалардың қатты және сұйық фазаларында шамамен бірдей ерігіштігінде (ЛЭ) – с → b, демек, эвтектикалық горизонтальдің сингулярлы нүктеге айналуы кезінде ω мамасы 1- ге ұмтылады. ҚОРЫТЫНДЫ: технологиялылығы жоғары қорытпалар үшін ω критерийінің шамасы 1- ге жақын болуы керек, әдетте ол 0,7-0,8 , бұл жағдайда деформация үшін қорытпаларды қыздыру кезінде эвтектиканың мөлшері еріп қатты күйге өтуі мүмкін. 3) δ =ad:cd кеуектілік белгісі (немесе газ сіңіргіштікке бейімділік) – қорытпа негізінің және эвтектиканың қатты фазадағы кристалдану температурасы мен еру шегіне қатынасының айырмасы, және қорытпа мен эвтектиканың балқу температурасының арасындағы байланысты, сонымен қатар сХо санымен сипатталады.

Х₀

6.4-сурет. аd параметрінің өзгеру кезінде анықталған δ критерийінің графикалық түрдегі көрінісі. Х, Х₀ – сәйкесінше деформацияланған және құйылған қорытпалар

Берілген суреттерден кеуектілік криетрийі кешенді шама болып табылады. Ол екі екі параметрлердің қатынасына тәуелді – cd шекті ерігіштік және ad негізгі компоненттің эвтектикалық және балқу температураларының айырмасы. Кристалдану температурасының интервалын төмендету үшін сd (қатынастың алымы) мөлшері жоғарылау керек, эвтектика тереңдігі ad (қатынастың бөлімі) төмендеу керек.Сонымен кеуектілікті төмендету үшін қатынастың алымының шамасы ad минималды (жоғарытемпературалы эвтектикалар), ал бөлімінің шамасы сd (қатты ерітіндінің кең аймағы) максималды болу керек. Бұл жағдайда олардың қатынасы (қатынастың өзі) төмен болады.

Тәжірбие нәтижесі бойынша, құйманың кеуектілк түрі кристалдану температурасының аралығының шамасына ғана емес, сонымен қатар қорытпа құрамына байланысты болады (6.6 - сурет). Таза металдар мен эвтектикалар үшін отыру бостықтары жинақталған қаяулар құйманың жоғарғы бөлігінде орналасқан. Эвтектикаға дейінгі және қатты қорытпаларда құйманың барлық өсі бойынша шоғырланған – шашыраңқы кеуектер.

Кеуектілікке бейім емес қорытпаларддың технологиялылығы жоғары, себебі оларда отыру кеуектері құю қосылмасына өтеді және құйылған дайындамалардан алып тасталынады. Шашыраңқы кеуектер көп қорытпалардың құймасының герметикасы мен сапасын төмендетіп қосалқы мағынаға ие.

Таза металдар мен эвтектикаларда қоспаның концентрациясын (6.5- сурет) көбейткен сайын бос орындардың барлығы дерлік отыру қаяуларымен беріледі (кристалдану температурасының интервалы – минималды), ал кеңейтілген кезінде көп мөлшерде кеуектілікпен, ал аз мөлшерде қаяулармен (6.6- сурет) беріледі. Сонымен қатар ΔТ_кр ені аd эвтектикасының тереңдігіне тура пропорционал және шекті ерігіштікке (ЛЭ) cd кері пропорционал болады.

ҚОРЫТЫНДЫ: δ критерийінің мәні кеуектілігі аз қорытпаларды алуда төмен болу керек.

	Х0
6.5- сурет. Шекті ерігіштік сd параметрінің өзгеруі кезінде анықталған δ критерийінің терийінің графикалық түрдегі көрінісі
6.6-сурет. Түрлі құрамды эвтектикалық қорытпаларда отыру қуыстартарының дамуы 4) Іс жүзіндегі сұйықаққыштық критериі λ = ad:bd – қоспаның концентрациясы жоғары болған жағдайда ликвидус температурасының төмендеу ырғағының көрсеткіші және эвтектика конценрациясының және таңдалған жүйенің қорытпаларының құю қасиеттеріне кристалдану температурасының интервалы әсерін сипаттайды (6.7, 6.8 - суреттер). Ол неғұрлым енді болған сайын, соғұрлым 6.7- суретке сәйкес күй диаграммасының ликвидусы қарқынды төмендейді және қорытпанң сұйықаққыштығы соғұрлым төмен болады. Кристалдану интервалы енінің сұйықаққыштыққа әсері қорытпа тасқынында қатты кристалдардың жинақталу шартымен және қысқа уақыт ішінде мықты бітеуіш түзілуімен шартталады. Кристалдану интервалының енсіздігінен қатты бөлшектердің жинақталуы өте баяу өтеді.

6.7- сурет. ad параметрі өзгеруі кезінде λ критериін анықтау графигінің кескіні	6.8- сурет. bd параметрі өзгеруі кезінде λ критериін анықтау графигінің кескіні

Басқа жағынан қарағанда, сұйықаққыштық, үйлесімділік критерилерімен сәйкес, эвтектика концентрациясына тәуелді. Эвтектика неғұрлым аз концентрацияланған болса, соғұрлым қатты фазаның үлесі температура-концентрация кристалдану аралығында аз болады және қорытпані сұйықаққыштығы жоғары болады (6.7, 6.8- суреттер).

а –айырмашылығы аз; б – айырмашылығы үлкен. 6.9- сурет. Компоненттердің түрлі отыру кезіндегі қорытпа (α) отырғызылуының құрамына әсер етуі	6.10- сурет. эвтектикалық жүйелердің сұйық аққыштық қорытпасының құрамына әсер етуі

Отыру мен сұйқаққыштықтың төменгі мәндері қорытпа негізінде температуралық кристалдану интервалы максималды болғанда және қоспаның ерігіштігі жоғары болғанда емес, нолдік сұйықаққыштық сызығының (6.9 және 6.10 - суреттерінде көрсетілген үзбелі сызықтар) эвтектикалық горизонтальмен қиылысуына сәйкес концентрациясында байқалатынына назар аудару керек.

Практикалық сұйық аққыштықты температураның есептелу нүктесіне байланысты, берілген жүйедегі қорытпалар температураның біркелкі аймағында (қоспаның концентрациясын асырған сайын ликвидус температурасы көбінесе төмендейді, ал балқу мен сұйық аққыштық жоғарылайды) 6.10- сурет сұйық аққыштықтың өзгеру шарты көрсетілген.

Негізгі сұйық аққыштықты анықтау қиын болып келеді, онымен қоса ол шартты белгісінен аз өзгешеленеді, сондықтанда практикада шартты сұйық аққыштық жиі қолданылады. Эвтектика температурасында сұйықаққыштық үнемі максимум мәнге ие. Минимум концентрация интервалының ұзын кезінде болады. Кейбір бітеуіштер ерітіндінің ағынының сонында пайда болуына сұйық аққыштықтың бітуімен шарттастырылған, құю процесі кезінде қосылған қорытпалар мен тотықтар қатты бөлшектерінен тұрады.

Сұйық аққыштыққа эвтектиканың құрамын және кристализацияның температуралық интервалына әсер етуі салыстырмасынан келесілер шығады, құйма қорытпалар дайындауда, біріншіден, кристализацияның температуралық интервалына минималды легірленген элементтер таңдау қажет, екіншіден, пайда болған төмен легірленген эвтектика (бөлгіштің кіші мағынасы). Осыдан шығады, λ критериі неғұрлым үлкен көлемге ие болу керек екендігі шығады.

ҚОРЫТЫНДЫ: сұйық аққыштықтың критериі λ құю қорытпаларын дайындау үшін максимал мәнге ие болу керек.

Күй диаграммасындағы көлем критериі әр түрлі жағдайларда әр түрлі мағына береді, механикалық, эксплуатациялы, технологиялық құрылымдардың арнайы сатыларымен қамтамасыз етеді. Құрылымның өзгеруі екі компоненттің физико-химиялық құрылымдарымен анықталатын және күй диаграммасының құрылысы қиынырақ болуы мүмкін, легірлеуші концентрациялардың қосылыстарына байланысты, сонымен қатар құйманың түйіршікті құрылымына да байланысты (түйіршіктің пішімі мен өлшеміне байланысты). Мысалы, негізгі отыру коэффиценті үлкен айырмашылықтарда және эвтектикалық құйманың құрылымы секірмелі өзгереді (6.10,б- сурет), бұл құбылыс ыстық сынғыштыққа әкелуі мүмкін. Сонымен қатар, мұндай әсердің шамалы айырмашылығы ескерілмейді (6.10,а- сурет).

α және ω критерийлерін бағалауда уақыт бойынша қабылдау керек, аллотропиялық айналымға ие элементтер үшін еру критериі диаграмманың астыңғы бөлігінде болуы керек, төмен температуралық модификацияға оны анықтайтын қатынасына байланысты. Таралу критериі сұйық күйден кристалданатын жоғарғы модификацияға қатысты болуы керек, өйткені дәл осы үдеріс құрылымда таралу қосылысын анықтайды.

Ұсынылған әдебиет

Негізгі 4 [100-105]. 9 [36-43,144-148].

Бақылау сұрақтары

1. Таралу критерийі дегеніміз не?

2. Қорытпаларда кеуектіліктің түзілуі қандай факторларға байланысты?

3. Сұйық аққыштық дегеніміз не?

4. Қорытпаның құрамы отыруға қалай әсер етеді?

5. Теориялық сұйық аққыштықтың физикалық мәні неде?

7-ДƏРІС. Легірлеуші элементтердің қатарын таңдау және зиянды қоспаларды анықтау. Беріктіктің және илемділіктің элементтердің шекті концентрациясына байланыстылығы.

Материалтанудың маңызды шешімдерінің бірі легірлеуші элементтердің берікгі жоғары материалдардың қайта өңделуі, жоғары қаттылықты қамтамасыз етеді. Легірлеу кезінде қаттылықтың екі механизмі мәлім:

1. қатты ерітінді, легірлеуші элементтер көп мөлшерде қосылғанда, пайдалану температура кезінде ерігіштік шегінен аспайтын;

2. аса қаныққан фаза, концентрация қоспаның қосылған кезінде басты қорытпаның еру мүмкіншілігі артатын.

Екінші механизм шынықтыру кезінде жүзеге асады және кейінгі босатуда (ескіруде) және шекті еру сызығымен анықталады, аса қаныққан қатты ерітінділердің пайда болуын қамтамасыз етеді.

Ал бірінші механизм «толықтыру» легірлеуші атомдар компонентінің басты торын сипаттайды және ол қаншалықты жоғары болса, соншалықты қорытпаның беріктігі жоғарылайды.

Жалпы бұл қағиданың маңыздылығы қатты ерітіндінің түрімен шектеледі – қосылу немесе ену.

Легірлеуші элементтердің беріктікке әсері. Бұл дәреже мына талаптарға сәйкес (атом мөлшері, кристалдық тор түрі, тығыздықтың ұзындық модулі, валенттілік және т.б) қатты ерітіндінің беріктігі артқан кезінде жүзеге асады.

7.1 суретте уақытша қарсыласу (беріктік шегі) алюминий, мыс, титан, темір қорытпаларының қосылыс концентрациясы еру кезінде осы шектің мөлшеріне қатысты өзгерісі көрсетілген.

Ерігіштік шегінің әр түрлі болуына байланысты логарифмдік концентрацияның масштабы қолданылады. (7.1 а-г суретте) көрсетілген диаграммадан қоспалардың еруі кезінде ең азы 0,01 ат. % көптеген элементтер ерігіштік арқылы беріктікке нашар әсер етеді. Осындай элементтердің қорытпаға көп мөлшерде қосылуы кезінде, жоғары шекті ерігіштігі (қаныққан фазалармен беріктендіру), жаңа фазалардың пайда болуына сәйкес анықтау критериімен ω бақыланған беріктігі артуы мүмкін, бірақ осыған орай илемділігі бірден төмендейді,

7.1 -сурет. Екі қорытпаның алюминий (а), мыс (б), α-титан (в) және α- темір (г) негізіндегі ерігіштік шегінен және қосылыстардың анықтау критериінен механикалық қасиеттерінің тәуелділігі

Қосылыстардың құрамы 50 ат. % жоғары кезінде тәуелділік мәні жоғалады, соған сәйкес қорытпалардың негізі өзгереді. Алынған диаграммада көрсетілгендей, төменгі концентрация кезінде (<50 ат. %) әр негізге сәйкес нүкте бір тәуелділікке енеді – маңызсыз ұзындығы 0,1% және жылдам, екі не одан да көп, концентрация кезінде 0,1-10 % аралығында σ_В жоғарылауы.

Көрсетілгендей кейбір шашырауы, механикалық қасиеттердің сынау шарты тұрақсыз. Бірақта ол бірізділік тәуелділігі әр метажүйеге (meta –сыртынан, шектен тыс – күй диаграммасының жиынтығы немесе олардың параметрлері, Менделеевтің периодтық жүйесіндегі компоннеттердің орналасуына байланысты) байқалмайтындай, соншалықты үлкен емес. Бұл дерек, ең басты орынды әр түрлі компонент (жеке атомдар) емес, ал олардың берілген негізде толық ери алатынындағы мөлшері.

Ісжүзінде беріктіктің әсері бір ғана және сол қосылыстың концентрациясы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым қорытпа негізінде берілген қосылыс аз еритіні анықталған (7.2-сурет). Басты компоненттің кристалдық торы осындай легірлеуші элемент атомына қосылғанда қарсыласады деп айтуға болады, қатты ішкі күшті бақылай отырып, аса қатты беріктікке алып келеді. Бірақ, қосылыстың беріктікке әсерлесу әрекеті ерігіштіктің азаюымен көбейетініне қарамастан, соңғы әсері осы ерігіштің абсолютті өлшемімен анықталады. Жақсы еритін элементтердің әрекеті концентрацияның үлкен арылығында шоғырланады немесе олардың әсері азерігіштерге қарағанда аса қатты ықпал етеді.

Осыған орай аса үлкен ерігіштер әр жаңа қосылыс концентрациясының ұлғаюы кезінде аз мөлшерде әсер етеді. Егер легірлеуші қосылыс негізден арзан болса, онда қорытпаның бағасын көтермейді. Бірақ, егер қосылыс негізгі компоненттен анағұрлым қымбат болса, онда оның концентрациясы аса ұлғаюы экономикалық жағынан тиімсіз болады.

7.2 -сурет. Қорытпа беріктігіне 7.3 -сурет. Қосылыстың ерігіштік

нашар ерігіштік концентрация(1), шегі 1/3 дәрежеде алюминий (4),

қатты ерітінді қоспасы (2) және мыс (3), темір (2) және титан (1)

оның ерігіштік шегінің әсері негізде қорытпалардың беріктікке

әсері

Беріктік шегінің кері әсері концентрация кезінде үлкен шекті ерігіштіктен ерігіштік шегінде әр түрлі негіздегі қорытпалар мына түрде жақсы анықталады:

, (7.1)

σ_р – ерігіштік шегінде беріктік шегі; σ_о - қорытпа негізінің беріктік шегі; k_р –қорытпа негізінің табиғатына тәуелді коэффициент; α – қоспаның ерігіштік шегі (лиотектикалық нүкте).

7.1 –кесте – Түрлі негіздегі коэффициенттердің мәндері

Қорытпа негізі	σо	kр
Алюминий	6,5	9,0
Мыс	17,5	10,5
Темір (құймалы)	30	10
Темір (қалыптандырылған)	30	20
Титан	35	25

Легірлеуші элементтердің илемділікке әсері. Торлардың сырғуы, қоспалардың еруімен байланысты, көп жағдайда (бірақ әр кез емес) илемділікті және қорытпалардың соққы тұтқырлығын төмендетеді. Бірақ бұл әсер беріктікке әсеріне қарағанда, өте үлкен қиындық туғызады, әсіресе алюминий мен мысқта (7.1 а.б сурет) анық көрінеді. Мүмкін, қорытпалардың илемділігі қоспалардың ерігіштігімен ғана шектелмейтіндігінен болар, бірақ бұл қоспалардың орналасу сипаттамасы ω құрылым критериіне сәйкес.

Еру кезінде α < 0,001 – 0,01 ат. % и ω→0 элементтер, қатты ерітіндіге ене отырып, әдетте салыстырмалы ұзаруына маңызды әсер бермейді. Егер қорытпа негізі морт сынғыштыққа икемді болса, онда осы концентрация кезінде, қоспа элементтері зиянды қоспалар ретінде байқалады. Түйіршіктердің шекараларында жиналатын илемділік бірден төмендейді.

Ерігіштіктің орташа шегінде (α ≈ 0,1 — 1 ат. %) және анықтау критериінің ω=α/β үлкен мәніне қатысты беріктігі өседі. Осы жағдайда қоспа элементтері пластификаттар рөлінде болады. ω орташа мәнде ол төмендейді және қорытпаның технологиялылығы МҚӨ-ге қатысты төмендейді. Қорытпалардың әр түрлі негізінде бұл құбылыс әр түрлі дәрежеде көрсетіледі, мысалы, мыста қатты, алюминиде нашар, темір мен титанда өте нашар.

Критерийді анықтау кезінде, жақын және үлкен бірліктер (өспелі перитектикалар), ерігіштіктің маңызды шегінде (α >1 – 10 ат. %), сонымен қатар илемділіктің төмендеуі және ол аса үлкен концентрация кезінде байқалады. Элементтердің қоспалары, анықтау критериінде болатын 0,6-0,7 шекті ерігіштік 10 ат. % жоғары, ереже сәйкес, қаттылықпен қатар илемділікті төмендетеді.

Ұсынылған әдебиеттер

Негізгі 4 [100-110], 5 [90-92, 126-128], 6 [349-352].

Бақылау сұрақтары:

1. Легірлеуші элементтердің қорытпалардың беріктігіне әсері қандай тәуелділікпен сипатталады?

2. Илемділік пен беріктіктің концентрациялық тәуелділіктері өзара немен ерекшеленеді?

3. Таралу критериінің мөлшері қорытпалардың илемділігіне қалай әсер етеді?

4. Қоспаның ерігіштігі беріктенуге қалай әсер етеді?

5. Беріктенудің жоғарғы шегі немен анықталады?

8-ДƏРІС. Легірлеуші элементтердің жіктелуі. «Іріктеп алу» диаграммасы. Элементтердің құнды сипаттамалары

Кез келген метажүйедегі әрбір элемент екі негізгі параметрмен – еру критериімен және таралу критериімен сипатталуы мүмкін, сонымен бірге диаграммада нүктелермен, координат өсімен берілуі мүмкін. Мұндай диаграмма «Іріктеп алу» диаграммасы деп аталады. Оның көмегімен периодтық жүйедегі барлық элементтердің жиынтығын олардың механикалық қасиеттеріне әсерін төрт топқа бөлуге болады.

І. Негізгі легірлеуші қоспалар. Бұл элементтер жоғары шекті еру қасиетіне (көбінесе 1ат.% және одан жоғары) – α критериі және 1-ге жуық немесе үлкен ( өспелі перитектика үшін) ω таралу критериіне ие болады. Негізгі легірлеуші элементтердің тек аздаған бөлігі ғана термиялық өңдеуді жеңілдетуді қамтамасыз етеді. Оны жүргізудің міндетті шарты болып шекті ерігіштік түзуі, қатты фазада қабаттар түзуі немесе аллотропиялық өзгеруі болады. Оның тиімділік шарты γ критериі мәнінің мүмкіндігінше аз болуы болып табылады. Термиялық өңдеу шекті ерігіштіктің тік сызығы кезіндегі жоғары температуралық эвтетикалық қорытпаларда, сонымен қатар жаңа фаза құрылу жылдамдығының өте аз жағдайында төмен температуралық жасыту және ескіру кезінде қиындау болады. Барлық осы жағдайларда босату тиімді емес болып қалады. Қорытпаларды термиялық өңдеуден өткізуді жеңілдету мүмкін болатын қорытпа негіздегі күй диаграммасын құру қабілеті бар элементтер өздерінің γ критериінің төмендеу мәнінің қатарын құрады. Сонымен, олар тек негізгі легірлеуші қоспалардың қатарынан ғана шығады.

ІІ. Қосымша легірлеуші қоспалар. Бұл элементтер еру шегі жоғары емес

(α 0,01 – 1 ат. %) және 1-ге жақын таралу критериіне ω ие. Осы критерилердегі оңтайлы қатынастары қаттылықты арттырмай илемділік қасиетін жоғарылату арқылы пластификаторлардың орнына шыға алады. Оларды негізгі легірлеуші қоспалармен біріктіре отырып, олардың әректін күшейтіп немесе алмастырып тұрады. Қоспалардың механикалық қасиеттерге тигізер әсері модификациялау арқылы да болуы мүмкін. Модификация қоспаның құрылымды ұсақтау қабілетін және әрбір бөлшекке сол немесе басқа да шеңбер пішімді құрайтын құрылым беруді түсіндіреді.

Модификаторды таңдау кезінде кристалданудың жаңа орталығын құруы мүмкін, сол үшін келесі шарттарды орындау керек: қоспалардың өзінің негізгі аралық фазалары немесе жоғары температуралық байланыстары негізгі компонентттерге қарағанда жоғарырақ балқу температурасына ие болуы керек.

Мұндай элементтер аз концентрациялы қорытпалар негізінде звтектика немесе перитектика түзуі керек, сондай-ақ олардың қорытпа негізіндегі ерігіштігі минимальды болуы керек. Сонымен қатар, эвтектикаға дейінгі немесе перитектикаға дейінгі ликвидус сызығы сәйкес фазалардағы жоғарғы балқу темтпературасын дәлелдейтіндей мүмкіндігінше жоғары көтерілуі керек. Бұл жағдайда соңғы таңдау жасау үшін қоспа – модификаторларда қорытпаның компоненттермен байланысындағы балқу температурасы жайлы барлық мәліметтерді білу қажет. Олар «Іріктеп алу» диаграммасының сол жағында орналасқан.

Модификаторлардың келесі түрі – өсіп келе жатқан кристалдардың шекараларында болатын құрылымға әсер етуші белсенді-беткі қоспалар. Бұл беткі «үлдірлер» балқыма модификациялаушы элементтердің ұлғаюына және олардың келесі өсуіне тосқауыл болады. Олар «Іріктеп алу» диаграммасында негізгі қорытпаның сұйық фазадағы кішігірім еру аймағында орналасқан. Әйтпесе, олардың атомдары өсіп келе жатқан түйіршіктердің беткі аймағынан барлық аудандарына оңай шығып кетеді. Бірақ, ерігіштік өте төмен болмауы керек, әйтпесе модификатор-элементтер өте әлсіз ерітінді түзуі мүмкін және жағымсыз қоспа ретінде шығуы мүмкін.

Олар аса жоғары емес таралу критериіне ие болуы керек, бірақ аса төмен де болмауы керек, себебі, түйірлердің шекараларында жиналып, қорытпаның сынғыштығын тудырады. Олардың орындары – «Іріктеп алу» диаграммасындағы қосымша легірлеуші элементтердің төменгі жағында болады. Мұндай қосыма легірлеуші қоспалар «Іріктеп алу» диаграммасының жоғарғы ауданында негізгі легірлеуші қоспалармен бірге орналасады, бірақ аз концентрацияда жатады.

Қосымша легірлеуші элементтерге 0,1-0,001% болатын микролегірлеуші қоспалар да жатады. Олар аз концентрацияда қасиеттерін өзгертпестен қорытпа құрылымына жеткілікті мөлшерде әсер етпейді. Бұлар ену қоспаларын түзетін элементтер.

ІІІ. Бейтарап қоспалар. Бұл элементтер өте төменгі ерігіштікке (0,01 – 0,001 ат. %) ие болады және таралу критериіне тәуелсіз, қорытпалардың механикалық қасиеттеріне әсерін тигізбейді, көп жағдайларда қатты ерітінді түзу арқылы ғана болады. Бұл қасиет олардың микролегірлеуші элементтерден айырмашылығын көрсетеді. Олар легірлеу үшін қолданылмайды және олардың құрамы бақыланбайды.

IV. Жағымсыз қоспалар. Бұл элементтер төменгі таралу критериіне және аса аз емес ерігіштікке ие. Әр түрлі негізде 0,05-0,7 аралығында жататын таралу критериін жағымсыз ететін шекті мәні болады. Неғұрлым қорытпа негізі ену қоспасының әсеріне сезімтал болса, соғұрлым шекті мәні жоғары болады.

Қоспаның ерігіштігі жоғары болған сайын оның жағымсыз әсерлері де күштірек болады. Оларды бақылаудың мәні және техникалық жағдайлардағы шектеулер, өндірісте нақты жағдайларында қорытпаға түсетінін анықтау үшін жүргізіледі. Жағымсыз қоспалардың құрамын шектеу қорытпалардың механикалық қасиеттерін жоғарылату болып табылады.

Экономикалық мақсаттылығы. Қолданыс үшін негізгі сипаттамаларды жоғарылататын легірлеуші қоспалар таңдалуы керек. Экономикалық мақсаттылығы легірлеу үшін эксплуатациялық қасиеттерін жоғарылатуды анықтау бұйымның көлемін немесе салмағын төмендету үшін экономикалық әсерінен берілген элементті легірлеу қорытпаның қымбаттауын шамадан тыс асырады.

Легірлеуші элементтер ереже бойынша, негізгі маңыздысы жез болса да негізінен қымбат болады. Мырыш оның тек механикалық қасиеттерін жоғарылатып қана қоймайды, сонымен қатар, арзан болады. Сол себепті де ол жездің құрамына көп мөлшерде енгізіледі. Легірлеу үнемділігі қорытпа негізінің бағасына, енгізілетін қоспа мөлшеріне тәуелді. Қорытпа негізі неғұрлым қымбат болатын болса, соғұрлым легірлеуші қоспалар да қымбатқа түседі. Егер қоспа аз мөлшерде қосылатын болса, мүмкін бағасы да жоғары болады. Техникалық – экономикалық көрсеткіші бойынша элементтерді сұрыптауда тек қана ағымдағы бағасына көңіл аударып қана қоймай, болашақтағы қоспаның бағасының арзандау немесе қымбаттау тенденциясын да еске алып отыру қажет.

Элементтердің құнды сипаттамалары. 8.1-кестеде элементтердің салыстырмалы бірліктегі бағасы мен құнды көрсеткіштерінің топтастырулары көрсетілген. Сапа құнының эталоныны ретінде қымбат емес элементтердің бағасы қолданылған.

8.1-кесте - Элементтердің шартты бірліктегі бағалары

Сынып	Бағасы, у.е./кг	Элемент	Сыныптағы элементтер-дің саны
Арзан	0,1	C, Cl, O, N, S	5
—	0,1 – 1,0	Fe, Si, Zn, Al, Pb, Mg, Cu, Ar, Na	9
Қымбат емес	1,0 – 10	F, Mn, Br, As, P, H, K, Sb, Ti, Cr, Ni, Ca, I	13
Қымбат	10 – 100	Sn, W, Cd, Bi, Mo, Hg, Se, Te, Zr, Co, U, Ag, Ba, Sr, Li, V, Ce, He, Nb, La, B	21
Қымбат тұратындар	100 – 1000	Tl, Th, Nd, Cs, Be, Ta, In, Pr, Kr, Ga, Ne, Ge, Pd	13
Өте қымбат	1000 – 10000	Au, Xe, Re, Rb, Er, Sm, Dy, Ru, Y, Hf, Pt, Yb, Sc, Gd, Ho, Rh, Tb, Ir, Os	19
Құнды	> 10000	Eu, Lu, Tm, Pu, Tc, Rn, Po, At, Fr, Ra, Ac, Pm, Pa, Np, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr, Ku	24

Элементтің бағасы келесі негізгі факторлармен анықталады: жер қойнауындағы таралуына, химиялық тұрақтылығына (неғұрлым белсенді элемент болса, соғұрлым оны таза күйінде алу қымбат тұрады), өндіріс аймағына, шаруашылық және саясат бәсекелестігі (өнеркәсіп қажеттілігі).

1. Жер қойнауында кең таралғандар. Жер қойнауындағы элементтердің құрамына қарай, литосфера, гидросфера, атмосфераны қосқанда, оларды бес топқа бөлуге болады:

1.1 Көп тарағандар. Олардың әрқайсысы массасы бойынша концентрациясын 1%-дан асырмайды. Бұл топқа 9 элемент кіреді: оттегі, кремний, алюминий, темір, кальций, натрий, магний, калий, сутегі. Олар жер қойнауының 98,13 %-ын құрайды. Олардың ішінде алюминий, темір және магний маңызды өнеркәсіптік қорытпалардың негізі болып табылады және қазіргі уақытта арзан элементтер категориясына жатады.

1.2 Кеңінен таралғандар. Салмағы бойынша концентрациясы 1,0-ден 0,01-ге дейін. Бұл топқа көміртегі, фосфор, күкірт, титан, ванадий, хром, марганец, никель, мыс, мырыш, стронций, цирконий, барий жатады. Олардың бағасы арзаннан қымбатқа дейін ауытқып отырады. Кеңінен таралған қорытпалар негізі болып титан, никель, мыс, мырыш табылады.

1.3 Аз кездесетіндер. Салмағы бойынша концентрациясы 0,1-ден 0,00001-ге дейін. Бұл топқа литий, берилий, скандий, кобальт, германий, селен, ниобий, молибден, күміс, кадмий, қорғасын, сурьма, вольфрам, платина, қорғасын, висмут, торий, уран және басқа лантаноидтың барлығы жатады. Бұл элементтердің жалпылама тобы. Олардың ішінен тек сурьма мен қорғасын қымбат, ал иттрий, скандий, платина және аз кездесетін жер элементтері өте қымбат топқа жатады.

1.4 Өте аз кездесетіндер. Бұл элементтердің жер қойнауындағы массасы бойынша концентрациясы 0,00001 %. Топтың элементтері: инертті газдар, платина металлдары (платинаның өзінен басқасы), алтын, рений, радий, теллур, актиний. Бұл топтан тек сынап пен теллур ғана өте қымбат элементтер қатарына жатады.

1.5 Жасанды. Оларға жер қойнауында кездеспейтін, жасанды жолмен алынатын, соның ішінде, плутоний, технеций және барлық трансуранидтер жатады.

2) Химиялық тұрақтылық. Бірдей таралған кейбір элементтер бағасы бойынша үш қатарға бөлінеді. Бұл рет бойынша жер қойнауындағы элементтердің жалпы құрамы оның белгілі бір кен орнында жинақталған және өндіріс технологиясының мәнін көруге болады. Элементтер таза күйінде төрт топқа бөлінеді:

2.1 Физикалық тәсіл (қыздыру, фракциялық айдау, т.б.). Бұл негізінен арзан тәсіл болып табылады, оның көмегімен сынап, платина және платиноидтарды, алтын, күміс, азот, көміртегі, инертті газдар, күкірт, оттегін алады.

2.2 Бейметалдармен – көміртекпен, сутекпен және күкірт тотығымен қалпына келтіру. Бұл тәсіл қымбат тәсіл болып табылады,

Элементтердің бағасы тұрақты болмайды және уақыт өткен сайын өзгеріп тұрады. Бағаларының өзгеру тенденциясы бойынша элементтер үш топқа бөлінеді:

Қымбаттары: 1,2-ден 3,0-ге дейін - Bi, W, I, Cu, Mo, As, Ni, Mn, Sn, Hg, Pb, Te, C, P, Zn, V, Ta, Cl.

Тұрақтылары: Al, Ar, N, Br, B, H, He, Fe, K, Si, O, Kr, Xe, Na, S, Sb, Mg, F, Cr.

Арзандары: 1,5 ретке дейін - Re, Sc, Ba, Cd, Ca, Co, Pr, Se;

1,5-нан 3,0 ретке дейін – Be, Ge, Li, Sr, Ti, Th, La, Tb;

3,0-ден 5,0 ретке дейін – Ce, Pu, U, Gd, Hf, Ho, Dy, Nb, Nd, Lu;

5,0 реттен көп - In, Rb, Tl, Cs, Zr, Y, Eu, Yb, Sm, Ne, Fr.

Қымбаттар. Бұл топқа ескі және жер қойнауында таралмаған элементтер жатады. Қымбаттаудың негізгі себептері болып бай кен орындарының азаюы және концентрат алу үшін жасалынатын байыту операциясына қосымша шығын талап ететіндіктен мәжбүрлі түрде жұтаңдау кендерге ауысуынан тұрады.

Тұрақты. Бұл топқа өндіріс технологиясы өтелген кеңінен таралған элементтер жатады, яғни «көне» элементтер болып табылады. техникалық прогресс кендердің жұтаңдануы үлкен қор мен өндіріс аймағының бағасының тұрақтылығын сақтап қалады.

Арзандаушылар. Бұған өндірісте жақында пайда болған, негізгі бейнесі өнеркәсіптегі жаңа салалардың (атомдық, ғарыштық) және техника түрлері (оптика-талшықтық) «жас» металлдар жатады.

Кез келген элемент баға құру динамикасының жалпы сызбасына ие: бастапқы бағасы қымбат, содан соң арзандайды, одан кейін тұрақтылық кезеңі басталады және оның қайта қымбаттай бастайтыны анық. Металл тұтынудың белгіленген тенденциясында металлдардың ғана емес, сонымен қатар көптеген элементтердің аз ғана уақыт аралығында бағалары өсетіні көрсетілген. Төменде кейбір элементтердің құндылық көрсеткіші мыстың 1,0 қатынасымен алынған орташа бағалары көрсетілген.

Мыс - 1,0 Кобальт - 16,1 Қалайы - 10,3

Алюминий - 0,63 Литий - 45,5 Қорғасын - 0,67

Бериллий - 210 Магний - 0,76 Тантал - 370

Ванадий - 60 Марганец -1,24 Титан - 2,15

Вольфрам -15,3 Молибден - 19,2 Хром - 1,68

Темір - 0,175 Никель - 4,05 Цирконий - 24,3

Ең қымбат элементтер: гадолиний – 1500, гафний –1325, гольмий – 1800, европий –3000, лютеций – 10500, скандий –3000, тербий – 3500, тулий – 9500. Қазіргі уақытта іс жүзінде кеңінен қолданатын гафниийді тапты, ол ядролық реакторлардың жұмысында реттеуші серіппе жасау үшін қолданылады.

Ұсынылған әдебиет

Негізгі 3 [40-51, 111-114], 5 [160-163].

Бақылау сұрақтары:

1. «Іріктеп алу» диаграммасы дегеніміз не?

2. Барлық легірлеуші элементтер қандай топтарға жіктеледі?

3. Қандай легірлеуші қоспалар қосымшатобына жатады?

4. Қандай факторлар элементтің бағасына әсер етеді?

5. Қорытпа негізінің бағалық динамикасы қалай өзгереді?

9-ДƏРІС. Легірлеуші элементтердің және қоспалардың қорытпаның технологиялық қасиеттеріне әсері.

Легірлеуді ең алдымен тасымалдаушылық қасиетін жоғарғы деңгейде қамтамасыз ету үшін пайдаланады. Бірақ оны технологиялық сипаттамасын жоғарлату үшін жиі колданады. Технологиялық сипаттамасын жоғарлатпаса, сапалы және сенімді өнім алу мүмкін емес. Осындай легірлеуге мысал ретінде балқу кезіндегі бояғыштарды айтуға болады, яғни газды қаяулардың түзілуін және бұйымдағы қажетті емес тотықтарды (соңында қорытпаның механикалық қасиетін төмендетеді) жояды.

Қорытпалардың технологиялық қасиеті өзінен бұйымдармен жартылай фабрикаттарды алу кезінде байқалады. Осыдан өңдірістін үнемділігі, ақаулардың мөлшері, машинаның жұмыс істеу сенімділігі байқалады. Тасымалдаушылық қасиетін жоғарлатушы қоспаларды енгізу кезінде әсіресе көп мөлшерде қорытпаның технологиялық қасиетін төмендетеді. Сондықтанда соңғы легірлеуші элементтерді тандау кезінде барлық факторлардың әсерін ескеру қажет. Технологиялық қасиеттерге қышқылдану, сұйықаққыштық, кристалдану кезінде отыру бейімділігі, құйма және шынықтыру кезінде жарықтар түзілуіне бейімділігі, пісірілу, кесумен және қысыммен ыстық өңделуі жатады.

Тотығу. Балқыманың тотығуы балқыту және құю үдерістерінде байқалады. Кейде ол термиялық өңдеу үдерісінде арнайы ақау тудыру арқылы әсер етеді. Балқыманың әр түрлі компонеттерінің қышқылдану уақыты олардың тотық энтальпияларына пропортционал болады. Метал шығынынан басқа, тотықтар бұйым көлеміне ене алады, олардың тегістігін бұзады, қабыршақ, бүліну тудырады, қорытпаның сұйықаққыштығын төмендетеді.

9.1-кестеде балқыманың қарапайым компоненттері берілген. Элемент тотықтарының энтальпиялар шамалары ұсынылған мыс және темір қопаларының негізінде қабыршақ түзбейді және тотықсыздану жеңіл өтеді. Титан мөлшері көп болаттарда және алюминий селен қоспалары бар қорытпаларда легірлеуші элементтер әсерін қабыршақ түзіледі. Никельді ыстыққа төзімді қортпаларында үнемі титан, хром, алюминий, тантал қоспалары көп мөлшерде болады және қышқылдануға бейім, сондықтан оларды вакуумде балқытуға тура келеді.

9.1–кесте- Химиялық элементтердің тотығу тұрақтылығы

Элемент	Тотық	ΔН	Элемент	Тотық	ΔН	Элемент		Тотық		ΔН
Қабықша түзбейтін (ΔН < 400 кДж/моль)			Орташа қабықша түзетін (ΔН = 400 ÷ 800 кДж/моль)			Күшті қабықща түзетіндер (ΔН > 800 кДж/моль)
C	CO	111	Sn	SnO2	581	Si	SiO2		912
Cu	CuO	157	Li	Li2O	597	Ti	TiO2		944
Co	CoO	239	Be	BeO	599	Cr	Cr2O3		1141
Ni	NiO	240	Mg	MgO	602	P	P2O5		1531
Fe	FeO	265	Mo	MoO3	745	V	V2O5		1553
Zn	ZnO	351	W	WO3	843	Al	Al2O3		1776
Mn	MnO	385				Nb	Nb2O5		1899
						Ta	Ta2O5		2049

Алюминийлі қортпаларда қабықшалар негіздер есебінен түзіледі. Магнийлік қотпаларда, ереже бойынша, алюминий қоспасы болады, магний де қышқылдануға белсенді қатысады. Титанның өте белсенді қышқылдануы сонша, оны тек вакуумде балқытуға болады. Сұйықаққыштығы – бұл құю қорытпаларының пішінді толтыруына қабілеттілігін сипаттайтын негізгі технологиялық қасиет. Ол арнайы технологиялық сынамаларда аз қималы (7-8мм) канал ұшын (басын) толтыру ұзындығымен анықталады. Сұйықаққыштық төмен құймаларда құю қиындай түседі. Қорытпаларда құйманың тұрақты температурасы кезінде анықталатын іс жүзіндегі сұйықаққыштығы және ликвидус нүктелерінде тұрақты температурамен құймасы кезінде шартты аққыштығын ажыратады.

Эвтектикалы қорытпалар максимал аққыштыққа ие. Аралық күй таза металдар мен химиялық байланыстарға тән.

Техникалық қорытпалар үшін ісжүзіндегісұйықаққыштық маңызды. Пішінді толтырудың аяқталуына дейінгі металл ағынның тоқтатылуы (аққыштықтың төмендеуі) балқыма компоненттерінің жоғары қышқылдануы әсерінен соңында (аяқ жағында) тығын түзіунебайланысты болуы мүмкін. Бұл фактор оның тотықтың энтальпиясымен өлшенетін қоспаның қышқалдануға бейімділігімен бағалануы мүмкін. ΔН < 400 кДж/моль кезінде қышқылдану ббайқалмайды.

9.1 а суретінде ісжүзіндегі сұйықаққыштықтың Λ_р критериінен және ΔН қоспасынан ерігіштігі Λ_р шегінде тәуелділік сұлбасы ұсынылады.

Жоғары тармақтары сұйықаққыштықтың жоғарлауын көрсетеді, ол қорытпаның ликвидус температурасының төменденуімен байланысты, төменгі тармақ қоспаның күшті қышқылдануымен байланысты сұйықаққыштығы төмендейді. Қорытпа құрамының эвтектикаға жакындауы кезінде және бірінші қатты ерітінді шегінде аз деңгейде және негізгі металға жақындауы кезінде аққыштық жоғарылайды.

9.1-сурет. Қорытпралардың ісжүзінлегі сұйықаққышығының критерийі және қоспа тотығы. Жылу түзілу шегіне тәуелділігі. ₀ – қорытпа негізінің аққыштығы

Шөгу ақаулары құймаларда қорытпаның қатаюынан түзіледі. Оның екі түрі бар: шөгілген қалқан – ірі, олар құймалар жоғарғы бөліктерінде орналасқан, шөгілген кеуектік.

9.2 суретте α критерийі және кеуектік критерийі ергіштік шегінен кеуектілік көлемінің өзгеру сұлбасы ұсынылған. Кеуектілік көлемі α-ға да, δ-ға да тәуелді. Δ критерийі ерігіштік шегінде кристалдану интервал шамасын қосалқы көрсетуші болып табылады.

9.2 -сурет. П қорытпасының кеуектілік тәуелділігі Құю және пісіру кезінде түзілетін ыстық жарықтар және салқын дайындамадан кейінгі қалдық кернеу нәтижесі болып табылады. Салқын жарықтар екіге бөлінеді. Біріншілері көп таралған және қалыпты. 9.3 -суретінде α критерийінің ергіштік шегінде және ω критерийінің әртүрлі мәндерінде жарықшаларға қарсы әсер ету ету сұлбасы ұсынылған. Ерігіштік шегі үлкен, таралу критерийі төмен болған сайын қорытпада жарықшаны түзілу бейімділігі артады. Сонымен қатар критерий мәні τ = od/oa.

9.3. -сурет. Ыстық жарықшаға бейімділік тәуелділігі 1 – ω < 0,01; 2 – ω < 0,5; 3 – ω > 0,5 Ұсынылатын әдебиеттер Негізгі 2 [52-57], 3 [118-127], 5 [163-167] Бақылау сұрақтары: Қандай қасиеттер технологиялық деп аталады? Аққыштық деген не, ол неге тәуелді? Шөгу қуыстары неліктен туындайды? Қорытпаларда туындайтын жарықшаларды бейімділігін қалай төмендетуге болады? Технологиялық илемділіктің байқалу ерекшелігі неде?

10-ДƏРІС. Легірлеуші кешендерді таңдау ұстанымдары. Қорытпалардың құрамын ғылыми-тәжірибелік және оңтайландыру әдiстері арқылы алу.

Қорытпаларға бiрнеше легірлеушi элементтердi енгізу кешенді легірлеу деп аталады. Кешендi қоспалауды қолдану келесi себептермен шартталады:

1 Бiрнеше талаптар немесе қажетті тапсырмалардың шешiмiнiң бiр уақыттағы қанағаттандырылу қажеттiлiгі:

 Берілген деңгейі бойынша илемділігінің және тұтқырлығының беріктігі.

1.2 Қорытпаның берілген деңгейі бойынша илемділігінің және беріктігінің төменгі құны.

1.3 Қорытпаның берілген құндылығы бойынша максимальді ыстыққа төзімділігі немесе жемірілуге қарсыласуы.

1.4 Берілген деңгейі бойынша беріктігі және құндылығының максимальді электр өткізгіштігі.

1.5 Берілген деңгейі бойынша созымдылығы және қорытпаның технологиялық сипаттамасының максимальді беріктігі.

1.6 Берілгені бойынша механикалық немесе арнайы қасиетінің және т.б. максимальді технологиялық қасиеттерінің деңгейі.

Қасиеттердің әр қайсысы өздерінің қатарындағы легірлеуші қоспаны және шектеулі қосындыны қамтамасыз етеді. Бұл қатарлар жиі жабылуы мүмкін, бірақ әрқашан өзара сәйкес келе бермейді. Осыдан бірнеше қатардан тұратын легірлеуші элементтердің (негізгісі, көмекшісі  модификатор немесе пластификатор және т.б.) кешенін енгізу қажеттілігі туындайды.

2 Кейбір легірлеуші элементтен зиянды қоспаларды немесе зиянды қоспалардың әсерін төмендету үшін.

2.1 Хром және никельдін бір уақытта болатқа енгізілуі босатылған морт сынғыштықтың болуына әкеп соқтырады. Оның әлсізденуі үшін молибден енгізіледі, сонымен бірге бұл элемент механикалық қасиетке әсер етпейді, бірақ легірленген цементиттін (Fe,Mo)₃C бөлінуін алдын алады. Сонымен қатар, мартенсит түйіршіктерінің аумағы молибденмен бірікпейді және әлсіремейді. Сондай ақ, молибден фосфордың зиянды әсерін төмендетеді және түйіршік көлемінде және олардың аумағы бойынша атомдардың диффузиялық қозғалысын теңестіреді. Нәтижесінде мұндай болаттарда босату мортсынғыштығы дамымайды.

2.2 Қорытпалардағы көптеген беріктендірулер созымдылықпен тұтқырлықтың төмендеуіне әкеледі, төмендетпеу үшін талап етілген деңгейде пластикаторлар енгізіледі, яғни өздігінен беріктігін жоғарлатпайтын. Алюминий қорытпалары үшін  Ti, Zr, Cr, Mo, олар қорытпада эвтектиканың құрамын төмендетеді, сонымен қатар беріктігін жоғарлатады.

2.3 Қоспалардың қатарына қорытпаларды енгізу, эвтектиканың түзілуімен және технологиялық қасиетін жоғарлатуына әкеледі, бірақ созымдылығы мен тұтқырлығын төмендетеді (мысалы, Si силуминде). Осы сипаттамаларды жоғарлату үшін модификаторлар қолданылады (Ca, Cd, Na, K) яғни техникалық қасиетіне әсер етпейтін, бірақ созымдылығын қайта қалпына келтіреді және көбінесе беріктілік мортты кремнийдің майдалануына әкеп соқтырады.

2.4 Никель қорытпаларындағы күкiрттiң бар болуы олардың ыстыққа төзiмдiлігін төмендетедi; қорытпаларда оның әсерiнiң әлсiретулерi үшiн цезий немесе басқа қосымшалар жүргiзiледi, сонымен бірге ыстыққа берік қорытпаларды төмендетпейтін берік қиын балқитын сульфидтерде күкiрттердi байланыстырады.

2.5 Болаттың құрамында қалдық күкірт болса, көміртегімен өзара әсерлесіп, газды қабыршақтар түзілуіне немесе созымдылығын төмендететін түйіршік шекараларына тотықтар жиналып қалуына алып келеді. Болатқа оттектiң байланысуы үшiн (Mn, Si, Al) қышқылдансыздырғыштарды ендiредi.

 Қорытпаның қасиетін жоғарлату мақсатында легірлеуші элементтердің өзара әсерлесуі арқылы үлкен әсер қалдырады, қорытпаның негізгі легірлеуші элементтердің булы өзара әсерлесуінің қосындысынан қарағанда. Бұл легірлеуші кешеннің эффектісі әлде қайда қызықты. Әдетте ол термиялық өңдеу нәтижесінде пайда болады және күрделі құрамды жаңа фаза бөлшектердің бөлінуімен болады.

Мұндай аналиткалық өзара әсерлесуі кейбір полиноммен немесе математикалық үлгімен көрсетуге болады. Беріктігі үшін оның мынандай түрі бар (5.1)

σ = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x1x2,

σ – қорытпаның қасиеті, құрамында концетрациямен екі компонентті қоспалары бар х₁ и х₂; b₀ –қорытпаның негізгі қасиеті ; b₁, b₂, b₃ – әсер етуші коэффициентке сәйкес келетін. Өзара әсерлесуші бірнеше нұсқасын қарастырамыз.

) b₁= b₂= b₃ = 0. Қоспалар қорытпаның негізгі қасиетіне әсер етпейді.

b₃ = 0. Қоспалардың әр қайсысы басқаларға тәуелденбей қасиетке әсер етеді және өз концентрациясына пропорционал. Мұндай қоспалардың әсерін аддитивті деп атайды

) b₃ < 0. Егер қоспаны бірге енгізетін болсақ, кері әсер береді. Мұндай екі қоспаны бір уақытта енгізуге болмайды.

3) b3 > 0. Қоспаның бірлесіп енгізілуі кері әсердің тууына әкеледі.

4) b3 > 0; b1 >> b2. Қоспаның бірі (b₁) екіншісіне қарағанда күштірек әсер етеді. Егер қорытпадан тек қасиеттің көлемінің максимальділігі σ, сонымен бірге олардың біреуін ғана енгізіу мақсаты.

5) b3 >> b1, b2. Егер екі қоспанын әсерлесуінен біріккен эффект көбінде жақсырақ болып келеді.Дәл осындай қоспалардың бірігуі кешенді легірлену кезінде оптимальді болып табылады.

Егер екі қоспаның концетрациясы олардың негізгі қорытпаның үш еселеген еріткішінің шегінде жатса ғана бес аталған жағдайлар іске асады.

Егер қоспалардың біреуі шекті ерігіштікке жеткен жағдайда, екінші фазаны енгізуі  әдетте жаңа фазаның түзіліуне және пластикалық қасиетінің төмендеуіне әкеледі. Егер де екі қоспаның шекті ерігіштік негізде түзу сызықты диагоналмен сипатталса, булы өзара әсерлесу кезінде шекті ерігіштікті біріктірсе, екі қоспаныда орынды енгізеді. Осылардың жоғарғы ерігіштігі бар біреуін енгізген кезде максмальді әсерді береді.

Қазіргі кезде үштік диаграммалар аз орнықтырылғаннан кейін, талдау құралдарды ұтымды легірлеушi кешен туралы физика-химиялық есеп шығару, ереже бойынша мүмкін емес.

Тәжірибеде көрсеткендей біріккен ерігіштіктің шекарасы қосалқы химиялық жүйеде немесе негізгі қоспаның қатысуымен түзіледі. Мұндай жағдайда қоспаның екі элементі жеке түрде қорытпа негізінде айтарлықтай ерігіштікке ие.

Қазіргі кезде легірлеуші кешендерді іздей келе бірнеше эмпирикалық әдістерді қолдана келе, өзара әсерлесетін кешен кезіндегі беріктенудің максимальді деңгейін қамтамасыз етіледі.

1. Эксперттік бағалау. Тәжірибелі композициялардың көптеген жиынтығы негізгі әдіс болып табылады, сонымен бірге интуициясын басқара отырып және маманның негізгі ақпаратына байланыстырып. Содан кейін негізгі қасиет зерттеу барысында қысқарған ақпарат түрінде болады (бірінші этап). Олардың нәтижесі бойынша жақсы композициялар таңдалады (екінші этап). Үшінші этапта ең жақсы қорытпалар таңдалады, яғни табиғи сынауға жеткізілген фундаментальді сынау зерттеуге ұшырайды. Осылардың ішіндегі ең жақсы қорытпаны әдетте соңғы нәтиже деп алады.

2) Бiртiндеп жуықтау әдiс, сараптық бағалау әдiстiң одан әрi дамуы болып табылады. Ереже бойынша бірнеше зерттеулер жүргізіледі, олардың әр қайсысы шектелген құраммен жұмыс істейді, өздерінің жақсы нәтижелерін келесі топқа жіберіп отырады яғни жаңа элементтер енгізеді және т.б. Мұндай жұмыстың нәтижесінде бірнеше жыл бойы жеткілікті дайындалған қорытпаны ала аламыз. Көптеген қорытпалар (осындай жолмен алынған) қазіргі заманғы техникада кең қолданылуда.

3) Пассивті-статистикалық әдіс. Өндiрiстiк шарттарда берiлген, бұл ауытқулардың жүйелеуiнен құрам және қасиеттердiң жақсартуына тенденцияның анықтауы кездейсоқ ауытқуда негiзделген. Дегенмен маңызды ауытқулар ағымдағы өндiрiс шарттарындағы сирек ұшырасады, сондықтан әдiс қосалқы, жаңа нәтижелер сияқты қолданыла алады iс жүзiнде бермейдi.

4) Жаппай асып кету. Құрамының концентрациялы аймағы яғни оптимальді композиция ізделетіні, кейбір интервалдарға тор болып бөлінеді. Мұндай әдіс оптимальді аймақтан шығуға мүмкіндік береді,бірақ көп ғылыми  өндірістік шығын болады.

5) Үлгілерді тану әдісі, компьютер пiшiндеуiнң қолдануда салыстырмалы күрделi математикалық әдiстердiң көмегiнiң жанында ақпарат өңдеуге сүйенеді. Тәжiрибеден бұрын тәжiрибелердiң саны, есептеулердi өткiзу үшiн 100 құрады жеткiлiктi түрде.

 Тәжірибені жоспарлау әдісі. Бұл әдіс қазіргі металлтануда көп қолданылады. Ол физика химиялық әдістің көмегімен таңдалған легірлеуші элементтердің аз саналған жағдайда ғана жақсы жұмыс істейді. Егер легірлеуші қоспаның саны бестен көп болмаса, онда айтарлықтай шығу әдісі қолданылады (концетрацияны ең төменнен белгілі бір интервалға дейін жоғарлату). Дегенмен, легірлеуші элементтердің көп мөлшерде және қорытпаның құрамының басқа оптимизация жүргізу қажет болғанда эволюционды жоспарлау жүргізіледі. Есептеуі дұрыстау болады, бірақ сыңаулардың саны өседі.

Аталып кеткен әдістерді қолдану априорнды мәліметтерді өңдеу деңгейін және легірлеуші кешендерді тікелей таңдауға мүмкіндік береді. Қорытпалардың компоненттерінің көп болған жағдайда сенімділігі болмайды яғни табылған кешен оптимальді болуына. Дегенмен ол соған жақынырақ болуы мүмкін.

Ұсынылатын әдебиеттер

Негізгі \128-132\

Бақылау сұрақтары:

1. Легірлеу кешені дегеніміз не?

2. Кешенді легірлеу дегеніміз не?

3. Қорытпаның құрамын таңдауда қосымша қандай сұрақтар шешіледі?

4. Жекеленген қоспалардың зиянды әсері қалай төмендетіледі?

5. Кешенді легірлеу қандай полиноммен сипатталады?

11-ДƏРІС. Болаттардың легірлеуші элементтерінің жалпы сипаттамасы және олардың қасиеттерге әсері.

Легірлеуші элементтердің қатарын таңдау методикасын көрсету және темірдің зиянды қоспаларын анықтау үшін легірлеуші элементтер және темір негізіндегі (болаттар) қорытпалар қасиеттеріне әсері жөнінде мәліметтерді қолдану керек.

Көміртекті болаттардың қасиеттері заманауи талаптарға толық жауап бермеуіне байланысты оларды қосымша легірлейді. Легірлеу үшін келесі элементтер қолданылады: Cr, Ni, W, Mo, V, Mn, Si, Nb, Ti, Al, В, Co және т.б. Болаттардың құрамында Mn және Si тұрақты қоспалар болғандықтан, олардың мөлшері 1,0 және 0,8 – ден астам болса, онда олар легірлеуші компоненттер болып саналады. Басқа легірлеуші элементтердің шектеулі концентрациясы келесідей болады (%): Cr, Ni >0,3; Cu >0,25; W, Co >0,2; Al >0,1; Mo, Ti, V, Nb >0,05; B >0,001.

Легірлеу нәтижесінде болаттың тұтқырлығы сақталып, беріктігі және қаттылығы жоғарылайды. Шынығу қабілеттілігі де жоғарылайды, нәтижесінде жарықшалар мен шалыстықтардың (коробление) түзілу мүмкіндігі төмендейді. Легірлеу нәтижесінде болаттардың ерекше қасиеттері байқалады: ыстыққа беріктік, отқабыршығына төзімділік, қышқылға төзімділік және т.б.

Легірленген болаттардың негізгі ерекшеліктері термиялық өңдеуден кейін байқалады. Термиялық өңдеуден кейін микроқұрылымы өзгермейтін легірленген болаттар илемді деформациядан кейін беріктенеді.

Қажетті деңгейде құрылым мен қасиеттерді алу үшін қажетті элементтер нақты мөлшерде әсеріне қарай енгізілді.

Cr – кең қолданыстағы әмбебап легірлеуші материал (конструкциялық материалдарда 3% Cr), шынығу қабілеттілігі жоғарылайды, болаттың илемділігі мен тұтқырлығын бір уақытта шамалы төмендету нәтижесінде қаттылық пен беріктікті жоғарылатады. Хромның мөлшері 13% - дан асқанда болат жемірілмейтін, ал хромның мөлшері 13%-данн жоғары болса, онда ыстыққа және магниткетөзімді болады.

Cr 3d қабаты толмаған ауыспалы металдарға жатады (3d⁵4s¹ ). Параметрлері α-Fe жақын, көлемге шоғырланған текше торға ие (кс 8), сондықтан олар бір-бірінде шексіз ериді (11.1.- сурет). Хромды темірге енгізгенде A_C4 нүктесі A_C3нүктесіне қарағанда жылдам төмендейді, нәтижесінде γ- аймақ хромның мөлшері 13% мөлшерінде аяқталады.

Егер хромның мөлшері 42 – 48 % болса, онда тұрақсыз FeCr (σ-фаза) химиялық қосылыс негізінде қатты ерітінділер түзіледі. Гомогенді σ-аймағының екі жағында да екі компонент жағынан екіфазалы аймақтар алып тұр. Темір жағында (α + σ) аймақ хромның 28% концентрациясына дейін созылады (11.1. сурет).

Ni – бағалы легірлеуші элемент (конструкциялық болаттарда 1 - ден 5 %), болаттарға беріктік, болатқа жоғары илемділік және тұтқырлық қасиеттер береді. Егер магнитті қасиетке ие емес және жемірілуге тұрақтылығы жоғары болатты алу керек болса, онда Ni көп мөлшерде қолданылады. Ni болаттың сұйықтайсынғыштық күйіне өту температурасын төмендетеді. Аспапты болаттарды легірлеуде ол қолданылмайды.

Ni (3d⁸4s²) кристалдық торы – жағына шоғырланған текше тор (кс 12), γ-Fe жақын. Мұндай жағдай γ-Fe – ден Ni-ге дейінгі аймақта үздіксіз қатты ерітінділер қатарының түзілуіне алып келеді. Темірге қарағанда 3d қабаты толығырақ болуына байланысты карбидтер түзбейді. А_С4 нүктесін жоғарылатады және А_С3 нүктесін төмендетеді, бөлме температурасына дейін γ кеңейтеді. 1512° С перитектикалық нонвариантты айналым байқалады.

Салқындату кезінде Ni – дің Fe – дегі диффузиясы қиындай түседі және γ → α айналымы мартенсит (диффузиясыз) айналымы түрінде өтеді. Кері айналым α → γ диффузиялы түрде өтеді.

11.1-сурет. Fe – Cr күй диаграммасы

11.2-сурет. Fe – Ni күй диаграммасы

Құрамында Ni% көп болған жағдайда FeNi₃ химиялық қосылыс негізінде реттелген қатты ерітінді түзілуі мүмкін. Құрамында 78 % Ni бар FeNi₃ қорытпасы үшін реттелу температурасы 612°С тең (11.2 сурет).

W – бағалы легірлеуші элемент (конструкциялық болаттардағы мөлшері 1,5 %). Қаттылық пен беріктікті жоғарылатады, майдатүйіршікті құрылымды түзуге бейім. 22 %–ға дейін W аспапты болаттарға кесу қасиеттерін жақсарту үшін енгізіледі және жылдам кескіш болаттарының міндетті қосымы болып саналады. Ыстыққа берік болаттарда W міндетті легірлеуші элемент болып саналады.

W – кристалдық торы көлемге шоғырланған текше тор, ауыспалы металл, карбидтер түзеді,бөлме температурасында α фазаны тұрақтандырады және оның аймағын кеңейтеді. Изоморфтылығына және W мен Мо торларының параметрлері бір-біріне өте жақын болуына байланысты Fe – W және Fe – Mo күй диаграммалары өте ұқсас келеді.

γ- фазаның аймағы 6,5 % W көлемінде түзіле бастайды. W көлемі 6 до 32 % аралығында қорытпалар дисперсті қатаюға бейім. Fe мен W екі химиялық қосылыс түзеді: 1040°С температурасында Fe₂W (ε-фаза) және Fe₃W₂ (ξ-фаза) (11.3 -сурет).

Мо – тапшы легірлеуші элемент (конструкциялық болаттарда 0,2 – 0,6 % молибден болады), болаттың беріктігін және қаттылығын жоғарылатады, илемділік пен тұтқырлықты шамалы ғана төмендейді. Аспапты (жылдамкескіш) болатарда Мо қызылғатөзімділікті жоғарылатады. Мо бағалы қасиетіне болаттарға ыстыққа беріктік қасиетін беруді жатқызады.

Мо (4d⁵5s¹) кристалдық торы көлемге шоғырланған текше тор (кс 8). Мо параметрі α-Fe салыстырғанда әлдеқайда жоғары болуына байланысты шексіз қатты ерітінділер қатарын түзуге кедергісін тигізеді. Cr және V сияқты Мо де А_C3 нүктесін жоғарылатады, ал A_C4 төмендетеді, сөйтіп γ аймағын толық тұйықтайды және α-фазасының аймағын кеңейтеді. Вольфрамның 5d⁴ қабыршағына қарағанда млибденнің 4d⁵ қабыршағы толығырақ болуына байланысты карбид түзу қабілеті төмен және хромникельді болаттардың жоғарғытемпературалы босатуынан екіші реттік босату морттылығын төмендетеді.

11.3 –cурет. Fe – W күй диаграммасы

11.4- cурет. Fe – Мо күй диаграммасы

20 °С- да Мо – нің α-Fe ерігіштігі 5% құрайды және 1450 °С, 26 % максимумына жетеді (11.4-сурет). Нәтижесінде босату мен ескіру кезінде жылдам беріктенуін қамтамасыз етеді.

V – конструкциялық (аз мөлшерде 0,1 – 0,3 %), аспапты (0,15 – 0,65 %) және жылдамкескіш (2,5 % дейін) болаттарға енгізу қаттылықты жоғарылатады, майдатүйіршікті құрылымның түзілуіне септігін тигізеді. Майдатүйіршікті құрылымның түзілуіне біріншілік дисперсті (майда) карбидтердің бөлінуіне әсер етеді және ол дисперсті қатаюды туғызады. Нәтижесінде серпімділік және қажуға қарсыласу жоғарылап, асақызыпкетуге бейімділік төмендейді.

11.5 – сурет. Fe – V жүйесінің күй диаграммасы	11.6 – сурет. Fe – Mn жүйесінің күй диаграммасы

Ванадийдің электронды құрылысы (3d³4s²), кристалдық торы көлемге шоғырланған текше тор (кс 8 және темірмен Fe – Cr ұқсас жүйе түзеді; γ- аймағы шамамен 2 % шамасында түзіледі. Fe мен V атомдары тең қатты ерітінділерде реттелу реакциясы, немесе FeV (ε-фаза) тұрақсыз қосылыс түзілуі мүмкін. Оны 11.5 суретте үзбелі сызықтар түрінде көрсетуге болады. Үзбелі сызықтар ε-фазасының және көрші екіфазалы α + ε аймақтарды шектейді. Ванадий белсенді карбид түзуші элемент. Оның карбидтерінің қаттылығы өте жоғары. Мұндай асапаты болаттардың кесу қасиеттерін әлдеқайда жоғарылауын қамтамасыз етеді.

Mn – қымбат емес легірлеуші элемент, болаттың міндетті қоспасы. Конструкциялық болаттарда 2% - дан аспайды. Болаттың шынығу қабілетінің тереңделуіне әсер етеді. Және болаттың механикалық қасиеттерін жақсартады. Mn мөлшері жоғары болған жағдайда оның төзімділік пен магниттелуге төзімділікті туғызады. Болаттың негізгі қышқылсыздандырғышы және десульфураторы.

Mn (3d⁵4s²) төрт полиморфты айналымға және тұрақты интервалы бар аллотропияға ие: 727 °С (α) дейін; 727 – 1100 °С (β); 1100 – 1135 °C (γ) және 1135 – 1245 °С (δ). γ-Mn тетрагоналды жағына шоғырланған торға ие. Параметрлері бойынша жағынашоғырланған текше тор, кс12 (γ-Fe)- ге жақын. Нәтижесінде γ-Fe –ден γ- Mn дейін үздіксіз қатты ерітінді түзіледі.

Fe – Mn күй диаграммасы Fe – Ni күй диаграммасына (11.6 сурет) ұқсас. 400 °С- дан төмен құрамында 15 – 25 % Mn қорытпаларында ε-фазасының Г6 кристалдық торы түзіледі. ε-фазасы γ- және α фазаларының аралығында байқалады, өйткені айналым келесідей болып өтеді: γ→ε→α. ε-фазасының түзілуі мартенситті түрі бойынша өтеді.

11.7– сурет. Fe – Si күй диаграммасы	11.8 – сурет. Fe – B күй диаграммасы

Si марганец сияқты болаттың міндетті қоспасы болып саналады. Конструкциялық болаттардың құрамында 2 %-ға дейін болады, нәтижесінде болаттың тұтқырлығын сақтай отырып беріктік пен серпімділікті жоғарылатады (рессорлы және серіппелі болаттар). Si мөлшері жоғары болған жағдайда (2– 4 % дейін) болаттардың электркедергісі мен магниттік өткізгіштігі жоғарылайды.

Si – кристалдық торы алмаздікіне ұқсас. 20 °С Si-дің α-Fe ерігіштігі 15 % және 1030 °С – 18,5 % құрайды. Бұл қорытпалар дисперсті қатаюға бейім емес, өйткені шекті еру сызығы вертикалды және шынықтырудан кейін қажетті ерігіштікті алу мүмкін емес. Кремний А_C4 нүктесін төмендетеді, ал А_C3 жоғарылатады. Si мөлшері 2 % болғанда γ-аймағы түзіледі. Si темірмен қосылыстар қатарын – силицидтер (11.7 сурет) түзеді.

Nb және Ti болаттарға аз мөлшерде қосылады (0,1 – 0,2 %). Хромникелді тотбаспайтын болаттарда Nb және Ti кристаларалық жемірілудің түзілуінен сақтайды, механикалық қасиеттерге жақсы әсер етеді, майдатүйіршікті құрылым түзеді. Сәйкесінше (4d⁴5s¹) және (3d²4s²) d-қабатты құрылымды белсенді карбидтүзуші элементтерге жатады.

Al азотталатын болаттың қаттылығын жоғарылату үшін қосылады. Сонымен қатар болаттың құрамында 5 – 6 % Al болса, онда ол отқабыршығына ие болады. 12 – 15 % алюминийді күшті тұрақты магниттер алу үшін қосады.

В (бор), 1% Ni, 0,5%Cr және 0,3% Мо алмастыру үшін аз мөлшерде (0,002 % дейін) қосқанда болаттың шынығу қабілеттілігі ерекше жоғарылайды. Төменгі босатудан кейін бор болаттың соққы тұтқырлығын жоғарылатады. 0,01 % мөлшердегі бор қорытпалардың ыстыққа беріктігін жоғарылатады. Бұл қорытпалардың кемшілігіне түйіршіктердің өсуге бейімділігі жатады.

Жоғарыда берілген мәліметтер элементтердің болаттардың легірлеуші кешендерін таңдаудағы алатын орнын темір негізіндегі қорытпалардың физика-химиялық синтезі негізінің позициясынан бағалауға мүмкіндік береді.

Ұсынылатын әдебиеттер

Негізгі 6 [341-359].

Бақылау сұрақтары:

1.Ауыспалы элементтердің электронды құрылысы карбидтүзуші қабілетке қалай әсер етеді?

2. Хром болаттың қандай қасиеттеріне әсер етеді?

3. Болаттың құрамына алюминий қандай масатпен енгізіледі?

4. Никель болаттың суықтайсынғыштығына қалай әсер етеді?

5. Болаттардың қасиеттеріне марганец пен кремнийдің әсерінің жалпы ұқсастығы?

12-ДƏРІС. Темір негізіндегі қорытпаларға легірлеуші элементтердің қатарын және легірлеуші кешендерді таңдау.

Темір қызметтік тағайындалуы әртүрлі – конструкциялық, арнайы техникалық қорытпалардың басты негізі болып табылады. Полиморфтық металлдарға жатады, екі фазалық айналулары байқалады:

– α (КШТ) →911°С-да γ (ЖШТ)

– γ (ЖШТ) →1392°С-да δ (КШТ) және Кюри температурасы 768°С болатын магниттік түрленуі бар. Оның күй диаграммалары күрделі болып саналады және негізгі және қосымша легірлеуші элементтер мен зиянды қоспаларды таңдауда базалық модель ретінде жеке қарастыруды талап етеді.

12.1-суретте сәйкес қорытпалардың қасиеттерін қалыптастыруда легірлеуші элементтердің рөлін бағалауға мүмкіндік беретін темірдің қос қорытпа күй диаграммаларының сыныпталуы келтірілген. Темір жақын орналасқан эелементтермен: Mn, Со, Ni, Тс, Rn, Rh, Pd, Os, Ir, Pt δ-Fe үшін үйлеспейтін перитектикаларын түзеді және бөлме температурасына дейін γ-қатты ерітіндісінің аймағын кеңейтеді. Мұндай элементтер саны 10 және оларды аустенит аймағы алшақтаған күшті γ-тұрақтандырғыш ретінде қарастыруға болады (12.1-сурет, Б тобы).

«В» тобында балқу нүктесіне жақын жоғары температураларда перитектикалық түрлену түзетін элементтер орналасқан және эвтектикалық – орташа температуралар аймағында. Бұл Cu, Zn, Ag, Cd, Au, С, сондай-ақ, лантанидтер мен актинидтер. Олар аустенит аймағы тұйық болатын әлсіз γ-тұрақтандырғышқа жатады. Элементтердің көптеген тобымен темір үздіксіз ерітінділер мен γ-Fe тұйық аймағын түзеді. Бұл W, Mo, Cr, V, Ti, Sc, Be, Li, Al, Si, Р, Ga, Ge, As, In, Sn, Sb (12.1-сурет, А, Г топтары). Бұл темірдің күшті α- және δ-тұрақтандырғыштары.

Жоғары температуралар аймағында эвтектика түзетін элементтер жеке топты құрайды, ал төменгі – перитектиканы түзеді. Олар әлсіз α- және δ-тұрақтандырғыштар. Олар: Re (Д тобы), Zr, Nb, Та, Hf, Ku В, N, О, S, Se, Те, Cl, Br, I.

Қалған элементтер эвтектикалар түзеді. Оларды γ-аймағы тұйық және α-аймағы шектелген әлсіз δ-тұрақтандырғышы ретінде қарастыруға болады (12.1-сурет, Г тобы).

Легірлеуші элементтердің жалпы сипаттамасы. «А» тобына жататын диаграммалар (мен элементтер) салқындату жылдамдығы кәдімгі болғанда қалыпты температураға дейін δ-Fe феррит сақталатын аймақтары бар. Бұл топқа кіретін элементтер термиялық өңдеу кезінде беріктенбейді және бастапқы құрылымында біртекті таралуға ие. Олар ферриттік класстың ыстыққа берік және коррозияға төзімді қорытпаларды легірлеу үшін қолданылуы мүмкін.

«Б» тобына жататын диаграммалар (мен элементтер) γ-Fe күрт кеңейтілген аймағы және аустенит сұйық темірден түзілетін аустенит аймақтары болады және кәдімгі салқындау жылдамдықтарында қалыпты температураға дейін сақталады. Олар сондай-ақ, бастапқы кристалданудың біртекті құрылымына ие, бірақ термиялық өңдеу кезінде беріктенуі мүмкін. Бұл элементтер ыстыққа төзімді және жемірілуге тұрақты аустенит класының қорытпалары ретінде қолдануы мүмкін.

Жоғары температуралы перитектикалық және төмен температуралық эвтектикалық түрленулері бар «В» тобына жататын диаграммалар (мен элементтер) термиялық беріктенетіндерге жатады. Ең күшті беріктендергіш болып көміртегі саналады. Берілген топ конструкциялық болаттардың негізі болып табылады.

«Г» тобына ең алдымен, темңр қорытпаларының бейтарап немесе зиянды қоспалары болып табылады. Олардың сипаттық ерекшелігі – жоғары температураларда эвтектикалық түрлену болып табылады. Бұл топтың кейбір элементтері арнайы қорытпалар үшін модификатор немесе қосалқы легірлеуші элементтер болуы мүмкін.

12.1-сурет. Темір қорытпаларының қос күй диаграммаларының жіктелуі

12.2-сурет.Темір қорытпаларының легірлеуші элементтерін және зиянды қоспаларының қатарын таңдау

Осылайша, элементтердің ұсынылып отырған темір қорытпалары құраушылары ретінде технологиялық сыныпталуы бірінші үйлестіруде-ақ тағайындалуы әртүрлі қорытпалар үшін легірлеуші қоспаларды анықтауға мүмкіндік береді.

12.2-суретте элементтердің темірге қатысты негізгі сипаттамалары келтірілген. Келесі шартты белгіленулер қолданылған: тұтас сызықтармен негізгі легірлеуші элементтер, үзік сызық және тікбұрыштармен – қосалқы; дөңгелектермен – экономикалық тиімді; ромбтармен – зиянды қоспалар.

1. негізгі легірлеуші қоспалар. Темірдің конструкциялық қорытпалары үшін негізгі қоспаларына келесі талаптар қойылады: α ≥ 1 ат. %; ерітінділер мен перитектика үшін ω ≥ 0,2; эвтектикалар үшін ω ≥ 0,5. Ерігіштік принципі бойынша көміртегі негізгі қоспалар санына кіруі мүмкін еместігі қызық. Бұл топқа 24 элемент кіреді. Олардың ең маңыздыларының сипаттамалары 12.1-кестеде келтірілген. Болаттарды термиялық өңдеу арқылы беріктендіру қабілеттігі бойынша бағалай отырып, көміртегі үшін γ критериінің бірегей мәнін атап өту керек. Дәл осы арқылы оның темір қорытпаларындағы өзіндік мәні анықталады.

12.1-кесте- Болаттың жұмыстық қасиеттеріне әсерін бағалау үшін темір қорытпалары күй диаграммаларынығ критериі

Кри-терилер	C	Mn	Si	Cr	Ni	Ti	V	Co	Cu	Al	Mo	W	N
Α	0,10	4	4,2	13,5	10	0,8	1,6	45	1,9	2,0	1,8	2,1	0,05
Ω	0,20	0,25	0,96	1	0,55	0,5	1	0,55	0,90	105	1	0,3	0,42
Γ	0,029	0,18			0,15			0,96					0,047

Көміртегін беріктендіргіш ретінде алу мүмкіндігі болмағанда оны белгілі бір шамада азот алмастыра алады. Мартенситтік ескіретін көміртексіз болаттарда беріктендіргіш рөлін никель, марганец және титан қосылыстары мен ерітінділері басады.

Барлық конструкциялық болаттарда C + Mn + Si үш элементтен тұратын легірлеуші кешеннің болуы міндетті. Егер басқа элементтер болмаса, болат көміртекті деп аталады. Сонымен, болат үшін негізгі легірлеуші элементтер болып табылады:

С, Mn, Si, Cr, Ni, Ti, V, Со, Cu, Al, Mo, W.

2. Қосалқы легірлеуші қоспалар. Негізгі легірлеуші қоспалардың арақатынасындай таралу критериі үшін қосалқы қоспаларда α = 1 ÷ 0,5 ат. % деп қабылданады. Ерігіштігі жоғары емес қосалқы қоспалардың бір бөлігі қосымша беріктендіргіш және күшті тұрақтандырғыш болып табылады. Бұл Zr және Nb. Лантанидтер аз мөлшерде пластифицирлеуші және тмодифицирлеуші әсер тигізеді. болаттарда темірдің модификаторлары – Mg, Са, В, Y.

Сонымен, болаттардың қосалқы легірлеушілері болып саналады

Zr, Nb, Mg, Са, В, Y, La–Ce, N, Pb.

Магний шойындарда көміртегінің модификаторы болып табылады.

3. Зиянды қоспалар. Олар үшін δ-Fe-да таралу критериінің шегі жоғарыда аталған екі топтарға қарағанда төмен. Болаттарда кездесетін бұл типті элементтерге:

S, Р, Se, As, Sn, Sb, Те, О, Н жатады.

Күкірт пен фосфор ерекше қатаң бақыланады. Оттегі мен сутегі олардың тікелей анықталуының күрделігіне байланысты жанама көрсеткіштер бойынша бақыланады. Қалған қоспалар болатта кездейсоқ болады. Болатты ең күшті морт сынғыштыққа ұшырататын қалайы. Болаттарда көп мөлшерде лантанидтер, итрий, бордың болуы қасиеттеріне теріс әсер тигізеді.

Жоғары температурада жұмыс істейтін болаттар үшін аса зиян болып τ ≥ 0,80 кезінде оңай балқитын эвтектикалар түзетін элементтер жатады. Олар: As, S, Sb, Р, Ge, Sn.

Қалған элементтер темірге қатысты бейтарап.

12.2-кестеде болаттардың технологиялық қасиеттеріне негізгі легірлеуші қоспалардың әсерін сипаттайтын крителилер шамасы келтірілген.

12.2-кесте-Технологиялық қасиеттерге әсерін бағалайтын темір қорытпалары күй диаграммаларының критерилері

Кри-терилер	C	Mn	Si	Cr	Ni	Ti	V	Co	Cu	Al	Mo	W	S	P
Δ	1,00	15	10,6	1,6	6,6	24	1,7	2,1	12	5,8	3,5	1	550	112
Τ	0,79	0,98	0,82	0,99	0,99	0,89	0,97	0,98	0,97	0,84	0,96	1	0,70	0,73
Λ	17,6	0,23	9,9	1,3	3,7	12,1		1,7	6	5,2	3,2	1	8,6	28
ΔH	94	92	210	270	58	225	372	57	37	400	131	136	71	360

Келтірілген мәліметтерден, көміртегі, күкірт және фосфор кеуектіліктің артуына әсер етеді. Көміртегінің теріс әсері оның механикалық қаситтерге маңызды әсерімен басылып кетеді. Күкірт пен фосфор кеуектілікті едәуір өзгерту үшін тым аз мөлшерде.

Күкірт, титан, фосфор, мыс, көміртегі жарықтарға тұрақтылығын төмендетеді.

Темірдің сұйық аққыштығына қоспалардың теріс әсері λ төмен мәнімен және ΔH жоғары мәнімен анықталады. Бұл көрсеткіштер бойынша Р, С, Si, S, Cu болаттардың сұйықаққыштығын арттырады, Ni, Со, Mn бейтарап болады, Mo, W, Ti, Cr, А1 тотықтардың түзілуіне байланысты сұйықаққыштықты төмендетеді.

Тәжірбиеден болаттар үшін кешенді легірлеуші кешендерді пайдаланумен кешенді легірлеу қолданылатыны белгілі. Болат классы негізгі легірлеуші элементпен анықталады, мысалы, аустениттік және ферриттік.

Ұсынылатын әдебиеттер:

Негiзгi 3 [144-149], 2 [132-136], 5 [90-138].

Бақылау сұрақтары:

1. Қандай элементтер негізгі легірлеуші элементтерге жатады?

2. Көміртегінің ерекше әсері неде?

3. Қандай факторлар сұйықаққыштықтың төмендеуіне әсер етеді?

4. Қандай элементтер γ – тұрақтандырғыштарға жатады?

5. Болаттарды легірлеуде азоттың әсері қандай?

13-ДƏРІС. Өнеркәсіп өндірісіне қажет материалдарды таңдау принциптері.

Белгіленген тұжырымдаманың негiзiнде барлық кезеңдерде қасиеттер талап етiлетiн деңгеймен материалдарды әзiрлеудiң басқарушы параметрлерiн оңтайландыру дәйектi түрде орындайтын рәсiмi жатады. Бұл ретте келесi жағдайлар ескерiлуi керек:

1. Оңтайландырудың әр кезеңінде сипаттамадан бұрын берілу керек және материалдар, технологиялық маршруттар, операцияларды параметрлер, тағы басқалар, сапаға деген әсердiң ең үлкен көрсеткіші және түпкi өнiмнiң (материалдар) тұтынушы қасиеттерi.

2. Құюды технологиялық операцияларды оңтайландыру жанында, МҚӨ, дәнекерлеу, кесу, қыздыру және химия-термиялық өңдеу технология талабын сипаттауы керек және қолдану кезiндегi қасиеттерге, сонымен бiрге статистикалық сынақтарды тиiстi әдiстердi таңдау.

3. Көп кәсiпорындардың ғылымды материалөнімі күрделi түрлерiн шығаруда пiшiннін ғана емес, сонымен бiрге шығарылған өнiм туралы ақпараттың мазмұныда, сонымен қоса жобалық, технологиялық және қолдану кезiндегi құжаттаманы бейiмделген бiртұтас бiркелкi ақпараттық ортаны жасау керек.Дұрыс таңдау үшiн және әр түрлi мақсаттың материалдарын тиiмдi пайдалану оның (бұйымдарды келесi өңдеу, жасау дайындамаларды шикiзаттың өңдеуi, алу, және шикiзат және т.б.) өмiрлiк циклының барлық кезеңдерi туралы ең толық ақпарат қажеттi. Материалды дұрыс таңдау талаптары өндiрушiнi алдында орындауды қамтамасыз етедi:

- тапшы материалдарға қауiпсiздiк, шектеу берiлген техникалық шарттар, техниканы сақтау сәйкестiк және т.б.;

- материал шындығында ең кiшi шығындар және оның өңдеуiмен байланған шығында;

- пайдалануда бұйым (жұмысқа қабiлеттiлiк ) жоғары сапа тағы басқалар.

Таңдау және материалдың тиiмдi пайдалануы жасаушының алдында тұратын негiзгi есептері және материалөнімдері тұтынушысы жатады. Қажеттi өндiрiстiң кезеңi бұл ретте таңдаудың оптимизациясы болып көрiнедi, өйткенi пайдаланылатын материал бұйымның көрсеткiштерiне әсер етедi:

- құрылым шешiмi және сапа;

- қосындыларды тәсiл және монтаж;

- жүктеуге кедергi;

- бұйым жұмысының төзімділігі;

- бұйым массасы;

- өнiмнiң құны.

Көрсеткiш тап сол бұйымның жұмысқа қабiлеттiлiгi, сапалы өнiмдi алуды және биiк өндiрiстiң тиiмдiлiгiн қамтамасыз етедi.

Әдеттегiдей, таңдау екi кезеңде өткiзіледi:

1) қолдану кезiндегiге физикалық-механикалық берiлген талаптарына қанағаттандыратын материалдар, техникалық - логикалық қасиеттерді,қатарды және бұйым сырт пiшiнiн таңдайды.

2) төмендету шығыны үшiн талдау техникалық-экономикалықтың әдiсiмен өндiрiсте және бұйымның пайдалануы туралы шешiм қабылдайды –бұл материалдың денелiк таңдауы. Материалдың таңдауының процесіне келесi талаптар ескерiледi:

- басты қасиет қамтамасыз ететiн алғашқы, (тоттану төзiмдiлiгi, ыстыққа берiктiк, ыстыққа төзiмдiлiк тағы сол сияқтылар) бұйым негiзгi қажетті шарттарға сүйенеді;

- сонымен,шектеушi - (пiсiрушiлiк, сұйық ағыны, иiлгiштiк)қасиеттері- өндiрiстiң технологиялық шарттарымен анықталады. Осы шешiм үшiн конструкторлық-технологиялық және конструкциялық материалдың ақырғы таңдауы, пiшiннiң анықтамасы және шектi күйлердi білу керек,бұйымның өлшемдерi сонымен бiрге берiктiк критерий және берiлген (жүктемелердiң әрекетiн мiнез, температура, қоршаған орта тағы басқалар) қажетті шарттар үшiн ұзақ мерзiмде болады. Бұл сипаттамалар жат қасиет «табиғи» және үлкен жүктемелердiң режимдерiндегi жылдамдықтар өнеркәсiптiк сынақтарды жүргізгенде анықталады. Бұл ретте материалдың технологиясында барлығы ескерiледi: майысқақ деформацияланумен және кесумен, пiсiрушiлiк, құю қасиеттерi және т.б. Одан басқа, келесi ең маңызды параметрлерi материалдарды таңдауда ескерiледi немесе олардың кешенін сипаттайды:

физикалық - құрылым, (берiктiк, иiлгiштiк) механикалық, (сызықты кеңейту) жылулық, (естiлудiң деңгейi) акустикалық, (өткiзу қабiлетi ) электр, (коэрцитивтiк күш ) магниттi тағы басқа қасиеттер;

технологиялық - дайындама өндiру тәсiлi - құйма немесе шыңдалу, қысумен өңдеу.Кесумен, құюмен, монтаж, қаптама қабат жалату тағы сол сияқтылар.;

химиялық - (қышқыл, сiлтi, мұнай өнiмдерi) агрессивтi әрекет, атмосфералық әсерге қарсы орнықтылығына қарсы т.б.;

биологиялық - (зең, саңырауқұлақтар, шыбын-шiркейлер) ширақ организмдер әсер орнықтылыққа қатысты;(көлiктiң түрi, алшақтық, масса, көлемдер, пiшiн және материал күй) өнiм (экономикалық белгiлерде кейде кiредi) көлiгi,экономикалық - (қыздыру, жылу - механикалық, химия-қыздыру) өңдеудiң баға, құны және өңдеу, қызмет көрсету, табылмайтындық;, жеткiзуге қатысты; экологиялық - өндiрiстiң экологиялық тазалығы, материалдың зиянсыздығы орта, технологиялық өңдеудi қалдықтарды кәдеге жаратудың мүмкiндiгi қоршаған орта үшiн.Конструкциялық материал дұрыс таңдау жұмыстың ресурсы, минималды материал сыйымдылығы, технологиялықтық берiлген қолдану кезiндегi талаптарды жан-жақты, кешендi есептеуде негiзделедi және бұйымның ақырғы өзiндiк құнымен анықталады. Нақты материалдарды кешен қасиеттері ұқсас бұйымдарды жасауда барлық тәжiрибесі негiзделген,сынау нәтиженде конструкциялық материал көрсетiлетiн талап және оның iшiнен құралым элементтерi, ұқсас машиндар, құрылымдарды пайдаланудың процесiнде, жабдық, тетiк алынған мәлiметтерлерге және т.б.Сапаның негiзгi сипаттамаларының бiрi, ресурсқа, минималды шығындарды жасауда берiлген мақсаттық тағайындауға бұйымның сәйкестiгiн көрсетеді және пайдалану және пайдалану,бұйым жасалған (материалдар ) конструкциялық материал тиiмдiлiкке қатысты бөлiнбейтiн (машина, жабдық, құрылым, құрылым) кез-келген техникалық жүйесі тиiмдi: бөлшек, құрылым, тетiк, машина тағы басқалар. Конструкциялық материалдың тиiмдiлiгiмен құралым элементi берiлген қажетке жарату шарттарында жұмысқа материалдың қабiлеттiлiгiн ең кiшi құнды қамтамасыз етуде жасалған,соның iшiнде ағымынды орнатылған уақыт (берiк ) қалыпты жұмыс істейді. Материалдар туралы бастапқы мәлiметтерді анықтама әдебиеттерiнен алады. Алайда, атау бөлшектiң жасауы үшiн ылғи бiр әр түрлi кеңес бере алғанын және материалдардың маркасы жылдамдықтарын ескеру керек.Бөлшек нақты жұмыс iстеу жағдайларында есептеуi материалдың таңдауында аралап шығу керек. Онының (талап етiлетiн ) мөлшерлейтiн қасиеттеріне байланысты материалдың таңдауы бойымен жұмыс істеу:

1. Жұмыс iстеу жағдайларының талдауын өткiзедi және мүмкiн бөлшектiң iстен шығуы процесiн де пайдаланады. Материалға бұл талаптарды қанағаттандырудың технологиялық әдiстерiн белгiлейдi.

2. Анықтамалары бойымен немесе басқа ақпараттық көздерiне материалдардың маркаларымен анықталады және құралымдық берiктiктiң деңгейiн қамтамасыз еткен өңдеулер оларды талап етеді.Себебi механикалық қасиеттерді талап етiлетiн көрсеткiштері әр түрлi материалдарда болады, онда оңтайлы таңдау олар үшiн бәсекеге түсе алатын таңбаларды кемiнде 4-5-ті талдайды. Келесi салыстырмалы талдау үшiн болаттардың таңдап алуы, келесi тiзбекте жүзеге асырады:

1) болаттардың iшiнен қарапайым қанағатты материал табады. Берiктiк көмiртектiң санын онда көбеюмен болғандығын ескере отырып, бiрақ қыздырылатындық бұл ретте аз, тағы жиюды және қоспасы төмен болат тиiстi етіп алады ,талап етiлетiн қасиеттер жағдайда қыздырылатындық Д50, Д95 сипаттамаларына байланысты,олардың бойымен болаттарының таңдауы жүргiзедi.Болаттардың таңдауы механикалық қасиетке арналған талаптарды қаталдандырудың өлшемi бойымен легирлеушi элементтердi ұстаудың оларында өсумен перлит жүргiзедi немесе қоспаланған болаттарды мартенсит таптары, сонымен бiрге арнаулы болды:

2)Талданатын материалдардың маркаларының құрамына олардың алмастыратын таңбасы қосады. Осылай материалдарды пайдалану үшiн қажет.

3) Технологиялық қасиеттер және бөлшектiң жасауының (технология ) өндiрiстiк мүмкiндiктерiн бағалайды.

4) Салыстырылатын материалдарды пайдаланудың тиiмдiлiгi экономикалық көрсеткiштердi анықтайды. Конструкциялық материалдың тиiмдiлiгiн бағалау белгiлi дағдарыстық теңдеу бойымен анықталады:

C_э ≈ С_н·R_ср.·t_н + С_м·m_м + С_пр. (13.1)

Сэ қайда - (бөлшек ) құралым элементiнiң өзiндiк құны; СНО - негiзгi өндiрiстiк қызметкерлер бағамдық құрылымы; Rcp - өндiрiстiк қызметкерлердi негiзгi еңбекақыдан қосымша шығындарды үлес ескеретiн еселiк; tн - элементтi құрылымды осы элементтiң жасауы, массаға байланыстыны еңбек сыйымдылығы және материалдың свойствы; См - конструкциялық материалдың меншiктi құны немесе осы сортаменттiң материалын масса бiрлiктiң құны; mм - құралым элементiнiң дайындамасын материалдың массасы; Спр - жұмыстанылатын (тұтынылатын қуат, отын, суды құн және тағы басқалар) материалдан анық тәуелдi болып тұрмаған басқа шығындар. Жауапкершiлiктiң дәрежесiн материалдың оңтайлы таңдауында және бөлшектiң жүктелгендiгiн деңгейін ескередi. Жауапты бөлшектер немесе зақымдануы бұйым қиратуға барлығы құралым элементтерi - немесе адамдарға елеулi зиян келтiретiн апатқа, және қоршаған ортаға алып келеді. Таңдалған материал жауапкершiлiк берiктiк, дәрежеге байланысты тағайындалатын сақтық еселеуiшi қамтамасыз етуi керек және машинаның қаралатын құралым элементiнiң жүктелгендiгiн деңгейi, тетiк немесе құрылым. Инженерлiк тәжiрбеде номиналды негiзделген материалдар кедергiлерi материалдарды таңдауда дәстүр бойынша әдiстердi және жергiлiктi кернеулер пайдаланады. Бiрақ қысылтаяң жағдайлардағы әдетте жұмыс iстейтiн ең жауапты құралым элементтерi үшiн және әбден үлкен жүктемелерде, берiктiктiң конструкциялық материалдың таңдауы, анықтамасы және ұзақ мерзiмдiлiгi жүктеме шектердi белгi бойымен жүзеге асырады.

Ұсынылатын әдебиеттер:

Негiзгi 1 [71-75, 137-143].

Бақылау сұрақтары:

1. Конструкциялық материалдың тиімділігі қалай бағаланады?

2. Материалдың салыстырмалы анализі қандай сипаттамалар арқылы өткізіледі?

3. Материалдың тиімділігі деген түсінікті қалай түсінесіз?

4. Материалды таңдауды оңтайландыруда қандай факторлар ескеріледі?

5. Материалды таңдауда қандай талаптар ескеріледі.

14-ДƏРІС. Конструкциялық материалдар және бұйымдардың сенiмдiлiгiнiң ұғымы. Сапа және өнiмнiң тұтынушы құны.

Сенiмдiлiк және ұзақ уақытқа жарамдылықтың мәселесiнің негiзi машина жасауда және өнiмнiң берілген көрсеткiштерi, оның сапасын сақтау ғана емес, пайдалану қорын үлкейтуге мүмкiндiк бередi. Машина жасаудағы (машина жасау өнiмi) кез келген нысанның сапасы кешендi көрсеткiш болып табылады және оның элементтерiнiң сапаларының жиынтығымен анықталады: пiшiлген зат, бөлшектер, түйiндер, жиынтық бiрлiктер, олардың өндiрiсi және материалдың үдерістерi. Нысанның сапасын түсiнуде оның мәнi болып табылады, яғни ол жұмыс iстейдi және басқа нысандардан оны айыруға болады.

Нысанның сапаларының екi түрлері белгілі - нақты (тиiстi) және тұтынушы. Нақтысы - ол өзіне тән, не бiр (сандық немесе сипаттама) пішім бейнеленген қасиеттердiң жиынтығымен өрнектеледi. Тұтынушысы - тиiстi қасиеттер және қабiлеттiлiктi оған өз тағайындауларын орындауға қамтамасыз ететiн шамалардың нысанын тағайындауы кешенді анықталады. Оның тұтыну сапасын анықтайтын нысандардың қасиеттерi келесідей болып ажыратылады:

1 ) өз тағайындауын орындаудағы қабiлеттiлiк;

2 ) тиiстi сенiмдiлiк;

3 ) тиiстi қауiпсiздiк.

Нысанның тағайындалуы - бұл регламент белгiленген қор, немесе қызмет мерзiмi нысандарменмен орындалатын функциялардың жиынтығы және функциялардың көрсеткiшi, оны пайдалану шарт болып табылады.

Нсыанның қабiлеттiлiгi өз тағайындалуын өз кезегiнде орындайды, ол материалдың тұтынушы сапасымен қамтамасыз етiлген нысанның тұтынушы сапасын анықтайтын нормативтiк құжат болатын техникалық талаптармен қамтамасыз етiледi.

Сапаның ортақ бағасы оның жұмысқа қабiлеттiлiгiмен түсіндіріледі. Жұмысқа қабiлеттiлiк - бұл нысанның (машина жасау өнiмi, материал) жанында нормативтiк-техникалық құжаттама қойылған шектердегi функцияларды орындауға болатын күйi. Нысанның жұмысқа қабiлеттiлiгiнiң негiзгi мiнездемелерiнiң бiрi сенiмдiлiк және нысанның қасиетi берілген функцияларды уақыттың ағымына тиiстi аралықта немесе тиiстi жұмыс нәтижесiн сақтай отырып орындау болып табылады.

Сенiмдiлiк дәстүрлi түсiнуде - бұл техникалық нысанды (құрал, құрылым, машина, бұйым, жүйе) оның қабiлеттiлiгiнде берілген функциялар мөлшерлеріндегi (пайдалану шарттарының нақтылы күйiнделерi) негiзгi мiнездемелерiн сақтай отырып, оның жұмысқа қабiлеттiлiгiн қамтамасыз ете орындайтын қорытушы кешендi қасиет. Сенiмдiлiктердің мiнездемелері - кiдiрiссiздiк, ұзақ уақытқа жарамдылық, жөндеуге келетiн, сақталатындық болып табылады. Сенiмдiлiк көрсеткiштерге - ақау, техникалық қор, қызмет мерзiмiне жұмыстың ықтималдылығы, жұмыс нәтижесi, тағы басқалар жатады.

Ақау - бұйымның жұмысқа қабiлеттiлiктi бұзу оқиғасы. Бұйымның сағатта бейнеленген жұмыс тоқтауына дейінгі уақыты жұмыс нәтижесінің уақытына жетпей тоқтауы деп аталады және ол кездейсоқ мән болып табылады.

Шектi регламент белгiленген (шектi тозу, тағы сол сияқтылар) күйде жұмыс нәтижесінің табысы анықталатын бұйымдардың қызмет мерзiмi қор деп аталады.

Пайдаланылған сағаттарда (күнтізбе сағаттарында) немесе бұйымның мүмкiн қызмет мерзiмi қорда болады, ол жұмыс нәтижесiне қарағанда үлкен (бұйымның жұмысының кесімді уақыт белгiленген уақыты, оның ұзақ уақытқа жарамдылығын анықтайды) шама детерминделген кездейсоқ емес шама болып табылады.

Бұйымның сенiмдiлiгi - бұл кiдiрiссiздiктiң ұғымы және ұзақ уақытқа жарамдылық қасиеті.

Кiдiрiссiздiк - бұл бұйымның уақыт аралығы немесе кейбiр жұмыс нәтижесi ағымында жұмыс қабілеттілігін үздiксiз сақтау қасиеті. Сонымен бiрге жұмысқа қабiлеттiлiктiң сүйемелдеуi (яғни реттеу және жөндеусiз) бұйымның үздіксіз жұмысы қандай болсада есептейдi.

Демек, ұзақ уақытқа жарамдылық - бұл бұйымның жұмыс қабілеті белгілі бір уақытқа дейін сақталатын қасиеті, яғни техникалық байқаулар мен жөндеу жұмыстары жүргізілген жағдаймен қоса айтқанда.

Кез келген техникалық нысанның сенiмдiлiгі материалдың сенiмдiлiгiмен анықталады.

Бұйымның (бөлшектің) сенімділігі R_бөл екі топтың тіркесімен анықталады, ол материалдың сенімділігі R_м және конструкцияның сенімділігі R_к деп санауға болады:

R_бөл = R_к + R_м

Бұйымдардың сенiмдiлiгiнiң мәселесi техникалық механикада жақсы жасалған, материалдың сенiмдiлiгі әлi өңдеу сатысында болады. Сәттi талпыныстардың бiрі Д.И.Береновпен ұсынылды, ол материалдың жұмысқа қабілеттілігі (негiзiнде - статикалық тұтқырлық) жөнінде ұғым енгізді.

Материалдың сенiмдiлiгi берiктiк және созымдылық тiркесiмен анықталады:

Δ = кσ_укδ,

Мұнда к - σ – ε диаграммасының толтыру коэффициенті.

Σ_ук - берiктiк шегi (уақытша кедергi) созылғанда, δ - салыстырмалы ұзару. Берiктік мiнездемелердiң жоғарылатуымен (НВ қаттылығы және тағы басқалар) илемділік және тұтқырлықтың көрсеткiштерiнiң төмендеуi байқалады (салыстырмалы ұзару δ, салыстырмалы тарылу ψ, KCV және тағы басқалар).

Механикалық, технологиялық, физикалық, химия және қызметтiк (қолдану кезiндегі) қасиеттер металлдар және балқымаларды таңдағанда есепке алынуы керек.

Қыздыру өңдеуiнiң белгiлi әдiстерiн пайдалану қарама-қарсы механикалық қасиеттердi берiктiктiң нақтылы деңгейiндегi материалды бөлуге мүмкіндік береді. Қыздыру өңдеуi және температуралық шарт күш беретiн металдық материалдардың жұмысқа қабiлеттiлiгiн нақты жоғарылатады, бiрақ берiктiк және илемділік әдетте бiр уақытта жоғарылауы мүмкін емес болып келеді. Бұл металдың берiктiгiмен анықталады, негiзiнен, (табалдырықтар тежеуi, құлыптар тежеуі, Коттрелл бұлтарының тежеуi, дисперсиялық бөлшектер, үшiншi тектi кернеулер және Петчтiң тетiгi тежейдi) дислокациялардың тоқтатуының тетiктерiнен тәуелдiлiктiң түзуiне болатын дислокациялардың қозғалысына кедергi болғанын ұғындырады. Мысалы, дислокациялардың қабiлеттiлiгiн еркiн жылыссын және субмикроскоптық деңгейдегi илемділіктің мәнi құрайды (феррит - перлит құрылымындағы ферриттiң түйір түрi), сорбит берiктiкті жоғарылатады, бiрақ майысқақ топсаларды қызметінен шығарады.

Шынықтыру үшiншi тектiң кернеулерiн өсуге шақырады, құрылымның дисперсиялығы троостит немесе сорбитке босатылады, сондықтан дисперсиялық қасаңдау тетiк iске қосылады. Босатумен шынықтыру бiрге балқыманың гомогендiлiктерiн жоғарылатады, бiрақ аздау, өйткені құрылымда оның созымдылығы еркiн ферриттi болмайды. Күйдiру және нормальдау гетерогендi перлит - феррит құрылымдарын бередi, бiрақ сонымен бiрге түйір (бiр жағынан бiр қалыпты) бағдарсыз орналастырылған ортақ шамалы және орташа қасиеттердi бередi. Және созымдылықты iс жүзiнде жоғарылату және берiктiкке мүмкiн емес уақытта жететiнi осыдан шығады. Демек, конструкциялық материалдың сенiмдi жұмысының қамтамасыз етуi үшiн берiктiк және созымдылықтың мiнездемелерiнiң кешендi жоғарылатуына және бұйымның өзiне тиімді.

Бөлшектердiң механикалық қасиеттерiн жақсарту бойынша басқа әдiс химия-қыздыру өңдеу әдісі болып табылады. Бiрақ легірлеушi элементтердi жұмыстанылатын материалдың диффузиялық қанығумен негiзделген, бұл әдiсте өз кемшiлiктерi бар. Бiрiншiден, химия-қыздыру өңдеуі тек қана шала қатайтуды бередi, және екiншiден берiктiктiң мәндерiнiң үлкеюi не тұтқырлықтың бекiтiлген созымдылығының төмендеуінде шынықтырудың қатысы болады.

Қатайту өңдеуiн дамытудың қарапайым жолдарына сенiмдiлiктің батыл жоғарылатуының мәселесi шешiлмейтiн көрiнедi. Екiбастан, бұл мәселенi жасау кезiнде қыздыру және химия-қыздыру өңдеулердiң тиiмдiлiгінің үлкеюiнiң резервтерiн iздеуге, белгiлi технологиялар керек болады. Аз тиiмдi терiс әсер етулер сапалы өзгерiстердi кiргiзбейдi емес, керiсiнше қазiргi технологияларды жетiлдiредi.

Дәстүрлi емес шешiмдердiң iздестiруi мұндай шарттарда маңызды. Тiптi перспективалы бағытпен тiптi жүйелi гетерогендi макроқұрылымы бар конструкциялық материалдардың жасалуында көрiнедi. Жұмыс беттерiнде жүйелi гетерогендi макроқұрылымды қолдану қазіргі әдістерді жасауға бағытталған жасау бағытталған: машиналардың болаттан жасалған бөлшектерiн ұзақ уақытқа жарамдылығын жоғарылатуға едәуiр мүмкiндiк бередi, жоғары қаттылықты және созымдылықтың жеткiлiктi қоры бар металының берiктiгiн тiркестiруге болады.

Бiр уақытта жоғары қаттылық және созымдылық материалына жүйелi гетерогендi макроқұрылымы бар материалдың өзi мүмкіндік ретінде берілген. Морт қирату созылулар жұмсақ және илемді бөлімшелерді (HRC 25-27 ) қабылдайды, пластикалық деформацияларды қабылдамайды. Ортаның байлауымен жан-жақты қысу шарт болатын (HRC 58-63 ) морт және қатты бөлiмшелерде мықты бөлшек ретiнде болады және ол берiктiктiң жоғарылауына алып келедi.

Ұсынылатын әдебиеттер:

Негiзгi [8-14 ] негiзгi 5, [83-85 ] 6

Бақылау сұрақтары:

1.Жұмысқа қабiлеттiлiк дегеніміз не?

2.Материалдың сенiмдiлiгі және жұмысқа қабiлеттiлiгiдегеніміз не?

3.Материалдың сенiмдiлiгi қалай анықталады?

4.Материалдың жұмысқа қабiлеттiлiгiн термиялық өңдеудің қай түрі жоғарылатады?

5.Бұйымның сенiмдiлiгi қандай параметрнен қалыптасады?

15-ДƏРІС. Арнайы қасиетке ие (серпінді, ыстыққа берік, ыстыққа төзімді) материалдарды таңдау ұстанымдары. Негізгі шектеуші қасиеттер.

Берілген қасиетттерге ие материалдарды жасауда әрекеттердің келесі реттілігін орындау қажет:

1) механикалық, физикалық және химиялық қасиеттерін ескере отырып, материалға қойылатын негізгі талаптарды қалыптастыру;

2) пайдалану сенімділігі мен жұмысқа қабілеттілігін қамтамасыз ететін қасиетті анықтау;

3) дәлелсіз ақпарат негізінде термиялық (термомеханикалық, химия-термиялық) өңдеу технологиясын ұсыну;

4) қызметтік тағайындалуын ескеріп, техника-экономикалық негіздемесін жүргізу.

Аса берік қасиетке ие материалдар. Мұндай материалдарға қойылатын талаптар:

1) беріктік модулі төмен, бұл жүктеу кезінде беріктік деформациясының үлкен дәрежесін қамтамасыз етеді;

2) беріктік (аққыштық) шегінің жоғары болуы, яғни, серпімді деформациясының туындауына қарсыластығы жоғары. Болаттар үшін көміртегі мөлшері 0,6% аспауы тиіс.

3) шыдамдылық шегінің жоғары болуы (жүктеу циклдарының шексіз санында материал қирауға ұшырамайтын циклдың максимал кернеуінің ең үлкен мәні), себебі материал ауыспалы жүктеме әсеріне ұшырайды.

4) материалды морт қираудан сақтайтын жеткілікті серпімділік пен тұтқырлық.

5) беріктік деформациясының соммалық мәні жоғары (бұйымның құрылымы бойынша анықталады, негізінен, серіппе орамдарының саны және диаметрімен).

Ауыспалы жүктеуге ұшыратылатын материалдардың пайдалану сенімділігін қамтамасыз етуші негізгі талап – шыдамдылық шегі болып табылады, бұл ұсақ түйірді алу арқылы, өңдеудің жоғары сапасы мен бұйым (серіппелер, рессорлар) бетінің беріктігі жоғары болғанда қол жеткізіледі. Ұсақ түйірлілік магистральды жарықтар мен морт қираудың дамуына кедергі болады. Бұйым беті сапасының жоғары болуы кернеулер концентраторларының жергіліктену орындарының туу мүмкіндігін жояды. Бетті беріктендіру болашақ жарықтардың туындауын бөгейді, олар ауыспалы жүктеу кезінде материал бетінде туындап, тереңірек бойлайды.

Осыған байланысты, материалды жоғары шыдамдылыққа өңдеу технологиясы жасалып жатыр. Болаттар үшін ол келесідей:

1) ұсақ түйір алу үшін термиялық өңдеу – шынықтыру, жоғарғы босату; мұның нәтижесінде босату сорбиті немесе трооститті құрылым түзіледі, мұндай құрылымның серпімділігі төмендетпестен, беріктігі жоғары болады. Нәтижесінде дислокациялардың қозғалысы үшін бөгет болатын артық дисперсті фазалардың бөлінуі жүреді.

2) бетін ажарлау немесе жылтырату, серіппе өлшеміне қарай тазалық классы 7-10.

3) беттік беріктену, нәтижесінде дислокациялар тығыздығы артады. Бұл олардың жылжуын қиындатады, серпімді деформацияның дамуын бөгейді және серпімді деформациясын қоздырады.

3.1) бетінің қасиеті жақсаратынғ ал қызмет ету мерзімі 5-8 есе жоғарылайтын ұнтатқыш өңдеу түріндегі қақтау.

3.2) патенттелген аспалы У7,У8,У9, У10 болаттарын көп ретті суықтай созу.

Патенттеу – нәтижесінде жұқа табақшалы сорбит алынатын аса салқындатылған аустениттің изотермиялық ыдырауымен жүретін шынықтыру. Өңдеу режимі – өткізгішті А_С1 немесе А_С3-тен 50-100°С жоғары қыздыру, температурасы 450-550°С ыстық суы бар ваннада салқындату. Бұл кезде цементит пен феррит түйірлері ең үлкен дәрежеде ұсақталады, бұл жоғары соққы тұтқырлықты, беріктік пен серпімділігін шарттайды.

Серпімділікті анықтау әдісі – үлгінің қирауға дейінгі шыдайтын иілулер мен бұралулар.

Ыстыққа берік қорытпаларды таңдау ұстанымдары. Ыстыққа берік материалдарды қолдану тәжірбиесі көрсеткендей, балқу температурасы жоғары болған сайын, металдың ыстыққа беріктігі жоғары болады, өйтекені балқу температурасы қайта кристалдану температурасын анықтайды, ал қайта кристалдану және бұл кезде беріксіздену үдерістері жылжыпсырғымалық пен ыстыққа берітік жылдамдығын анықтайды. Бұл қажетті, бірақ жеткіліксіз шарт болып табылады және қорытпа құраушыларының балқу температураларының айырымы үлкен болған жағдайда орындалады. Балқу температураларының мәндері жақын болғанда оғай балқитын металл қосымша факторлардың әсерінен ыстыққа берігірек болуы мүмкін. Мысалы, перитектикалық реакциялары үдеп келе жатқан жүйелерде.

Демек, ыстыққа берік қорытпалар ретінде қайта кристалдану температурасын арттыратын элементтері бар қатты ерітінділерді пайдаланған дұрыс. Егер бұл кезде балқу температурасы никельді мыспен легірлеу сияқты көрінерліктей төмендемесе, қатты ерітіндінің түзілу шекарасында қорытпаны осылайша легірлеу барлық температураларында беріктіктің жалпы деңгейін жоғарылатады, бұл әдетте, ыстыққа беріктікті арттырады (15.1-сурет).

Алайда легірлеудің рөлі жойылмайды. Т_{қайтакрист} арттыратын жоғары концентрацияланған қатты ерітінді элементтерін алумен қатар, дисперсті қату есебінен қосымша беріктенуге қабілетті аса қаныққан ерітіндіні алу да едәуір маңызды (15.2-сурет). Мысалы, шынықтыру температурасы t_шын болатын С₁ қорытпасы үшін аса қаныққан ерітінді аламыз, ол бөлме температурасында ΔВ₁ тең болса, жұмыстық температурада ΔВ₂ тең болады.

Аса қанығу нәтижесінде дисперсті қатаю жүреді, оның әсері беріктену тұрғысынан қорытпа түрі мен ыдырау процесінің даму дәрежесіне байланысты әр түрлі болуы мүмкін. Осылайша, тұрақты фазалардың бөлінуіне дейін ыдыраудың бастапқы сатыларында қорытпаның қатаюы дисперсті қатаю нәтижесінде жоғары болады (ескіру дамуының типтік қисығы), қайта құрылу сатысы мен бөлінген бөлшектердің коагуляциясы кезінде күрт түседі, сәйкесінше, ыстыққа беріктік төмендейді.

Бұдан шығатын қорытынды:

1. Егер қорытпа салыстырмалы түрде қысқа мерзімге арналған болса, қарапайым термиялық өңдеумен: t_жұм жақын температурада шынықтыру және босатумен (ескіру) алынатын екінші фазаның жоғары дисперсті таралуы болуы тиіс, 15.2-сурет. бұл мақсатқа А–В жүйесінде С₁ қорытпасы сәйкес болады. Берілген жағдайда екінші фазаның коагуляция жылдамдығы маңызды болады, ол беріксізденуге әкеледі: бұл процесс тез жүрген сайын, қорытпаның қызмет ету мерзімі қысқа және жұмыстық температурасы төмен болады. қорытпаның құрамы күрделірек және ерекше бөлінетін фазалар ыстыққа беріктіктің үлкен мәнін қамтамасыз етеді.

2. Егер қорытпа ұзақ қызметке арналған болса, құрылымдық тұрақтылық үлкен рөлге ие болады. фазалық және құрылымдық өзгерістер кезінде қорытпа беріктігі төмендейтіні белгілі, сондықтан жүріп жататын коагуляция процесі қорытпаның ыстыққа беріктік қасиеттеріне теріс әсер етеді. Ұзақ мерзімді қызмет ету үшін дисперсті қатаюға бейім қорытпаны таңдаған жөн, А–В жүйесі үшін концентрациясы С₂ қорытпа болады (15.2-сурет).

15.1-сурет. Темірдің жылжыпсырғымалық шегіне еріген элементтердің ықпалы	15.2-сурет.Легірлеуші элементтің (ЛЭ) ерігіштігі жоғары күй диаграммасының бөлігі	15.3-сурет.ЛЭ ерігіштігі төмен күй диаграм масының бөлігі

В құраушысының концентрациясы жоғары қорытпаны алуға болады, бірақ ол тұрақты құрылымдық күйде болуы тиіс, яғни, онда екінші фазаның коагуляция процестері өткеннен кейін. Тәжірбие көрсеткендей, алайда, екінші коагулирленген фазаның бар болуы ыстыққа беріктікке әсер етпейді. Бұдан артық легірлеу (ұзақ мерзім жұмыс істейтін қорытпалар үшін С₂ концентрациясынан жоғары, С1 – қысқа мерзімді) қажет емес екені шығады. Құйма қорытпаларын пайдалану ерекше жағдай болып саналады. Мүнда, легірлеудің жоғары дәрежесі мен эвтектикалық құраушы – эвтектиканың (морт скелет түрінде) түзілуімен жүруі мүмкін, ол қорытпаның беріткігін жоғарылатып, созымдылық қасиетін төмендете отырып, армирлейді.

Негізгі металда аз ертитін элементтерді қорытпаға енгізу арқылы, қатты ерітіндінің легірленуімен және дисперсті қатаю процесстерімен түсіндірілетін беріктену байқалмайды. Мұнда эвтектикалардың және бөлінетін фазалардың балқу температурасы ерекше маңызға ие болады. осылайша, 15.3-суретте екі құраушы да (В мен С) А металлында аз ериді, бірақ В қорытпасы жұмыстық температурасы едәуір жоғары балқу температурасымен эвтектиканы құрады, қорытпа С құраушысымен жұмыстық температура маңайында балқитын эвтектиканы түзеді. Бұдан, С құраушысының бар болуы қорытпаның ыстыққа беріктігіне теріс әсер етеді, бұл құраушыны зиянды қоспа ретінде қарастыру керектігі шығады.

Егер ыстыққа берік қорытпаның негізі бірнеше аллотропиялық түрөзгеріске ие болса, онда қайта кристалдану температурасы жоғарырақ түрөзгеру негізін алу едәуір маңызға ие болады. Құрылымы бүйірге шоғырланған текше тор (К12) болатын қорытпа құрамы жағынан жақын көемге шоғырланған текше тор болатын қорытпаға қарағанда қайта кристалдану температурасы жоғары болады, яғни, аустениттік құрылым ферриттік құрылыммен салыстырғанда ыстыққа беріктігі жоғары, бұл бүйірге шоңырланған текше тордың тығыздығының үлкен болуына байланысты. Осыған сәйкес, Ti_α негізіндегі (текше торы Г12) қорытпалар Ti_β (К8 текше торлы) негізіндегі қорытпаларға қарағанда ыстыққа берігірек болып табылады.

Ыстыққа төзімді қорытпаларды алу ұстанымдары. Қорғаушы әсер беретін легірлеуші элементтерге қойылатын негізгі талап олардың негізгі металлға қарағанда оттегіне көбірек химиялық тектес болуы. Ыстыққа төзімді легірлеуші элементтердің қосымша талаптары келесідей:

- элемент мөлшері мен оның диффузиялық қозғалғыштығы барлық қорғаныш қабатында тотықтың түзілуне жеткілікті болуы тиіс;

- тотық тығыз болуы қажет, жарық пайда болмайтындай, негізгі металл бетімен жақсы бекуі тиіс;

- химиялық белсенділігін арттыру үшін қатты қыздыру кезінде ток өткенде жоғары электр кедергісіне ие болуы тиіс;

- балқу және сублимация температуралары жоғары болуы қажет;

- оңай балқитын эвтектикалар түзбеуі керек.

Ыстыққа төзімділікке сәйкес металлдар мен легірленген болаттарды пайдаланудың шекті температуралары анықталады:

- Al – 400 °C; Cu – 450; Fe, Ti – 500; Mo – 600; Ni, W –800; Cr – 100 °C;

- Fe-8-10% Cr – 700-750 °С; - Fe-7-9% Cr–1,5-2,0%Al – 900 °С;

- Fe-12-14% Cr – 750-800 °С; - Fe-12-20% Cr–3-4%Al – 900-1000 °С;

- Fe-16-18% Cr – 850-900 °С; - Fe-18-20% Cr–3-4%Al – 1100-1200 °С;

- Fe-25-30% Cr – 1050-1100 °С; - Fe-20-25% Cr–3-5%Al – 1200-1250 °С;

- Fe-30% Cr–5%Al – 1300 °С.

Ыстыққа төзімді материалдарды алу ұстанымдары. Ыстыққа төзімділікке легірлеудің негізгі үш принципі бар.

1) легірлеуші элементтің иондары негізгі металл тотығының кристалдық торына енеді, оның ақаулылығы төмендеп, сәйкесінше, (AB)_mO_n тотығын түзе отырып, диффузия жылдамдығы да төмендейді. Мұнымен төмен легірленген болаттар мен қорытпалардың ыстыққа төзімділігінің жоғары болуы түсіндіріледі. Осылайша марганец пен берилий де әрекет етеді.

2) легірлеуші құраушы өзінің B_mO_n тотығын түзеді, оның негізгі металлдың А_mO_n тотығына қарағанда қорғаныш қасиеттері жақсырақ. Өзіндік тотықты– Al, Zn, Si, Cr түзеді.

3) легірлеуші элемент негізгі металмен A(B)O·A₂O₃ қос оксидын (шпинель түрінде) түзеді, онда легірлеуші элемент иондары бөлшектей немесе толығымен негізгі металл иондарын алмастырады. Мұндай оксидтің кристалдық торы тығыз орналасуымен және периодының аз болуымен сипатталады, бұл өтпелі металлдар қорытпаларының ыстыққа төзімділігінің жоғары болуына әкеледі. Осылайша қалайы, қорғасын, хром әрекет етеді.

Легірлеуші элементті таңдаудың жалпы ережесі бар, оған сәйкесғ түйін аралығында иондары артық болатын оксиды бар металлдарды валенттілігі жоғарырақ элементтермен легірлеген жөн, ал иондардың жетіспеушілігі – валенттілігі төмен элементтермен. Алғашқы жағдайда электр бейтараптылықты сақтау үшін А құраушысының иондарын 3А²⁺= 2В³⁺ схемасы бойынша В құраушысының иондарымен алмастыру болады, екіншісінде – А²⁺ =2В⁺.

Қышқылға төзімді материалдарды алу ұстанымдары. Қышқылға төзімділік деп материалдардың қышқылдар мен олардың қоспаларының қиратушы әсеріне қарсыласу қабілетін айтады. Бұл сипаттама қатаң түрде анықталған шарттарға жатады: өңдеу ұзақтығы, реактив температурасы мен концентрациясы. Қышқылға тұрақтылық жоғары дәрежеде сондай-ақ, түйіршікті құрамынан, кристалдық құрылымы мен үлгінің (ұнтақтың) беткі бөлшектерінің кеуектілігінен, рН шамасынан қышқыды ортаның аниондық құрамы мен оның тотықтырғыш-қалпына келтіргіш потенциалынан тәуелді.

Қорытпаға әсері бойынша қышқылдарды тотықсыздырғыш сипатты (HCl, H₂SO₄ ерітінділері) және тотықтырғыш сипаттағы қышқылдық орталар (НNО₃) деп ажыратады.

Көптеген қышқылға төзімді бейтараптандырылған қорытпаларды алуда ең маңызды болып хром мен титан саналады. Тот баспайтын және қышқылға төзімді болаттарда хром 13% кем болмауы тиіс. Алайда бұл қорытпалардың қышқылға төзімділігі кейбір белсендіргіш йондар (Cl^-,Br^-,F^-) болғанда жеткіліксіз болады, ол сондай-ақ, потенциалдары +1,0 қарағанда жоғарырақ аса тотықтырғыш орталарда төмендеуі мүмкін (қайта бейтараптандыру құбылысы). Тот баспайтын болаттар мен хромға қарағанда титан бейтараптанумен сипатталады, хлор-иондарына тұрақты, қайта бейтараптануға ұшырамайды, тот баспайтын болаттар, тіпті асыл металлдар тұрақты болмайтын «патша арағына» тұрақты.

Алайда толықтай сусыз белсенді орталарда (метанолдың тұзды-қышқыл ерітіндісінде, буланатын азотты қышқылда, сусыз хлорда) титан тұрақсыз, өйткені оның бейтараптылығы су оттегісінің есебінен бейтарап үлдір түзілу мүмкіндігімен байланысты.

Оргганикалық қышқылдар қорытпаларға минералды қышқылдарға қарағанда белсенділігі төменірек әсер етеді, мұнда көміртегі атомдары аз болған сайын, молекулада қышқыл аз болады.

Ұсынылатын әдебиеттер:

Негізгі 6 [403-406, 451-463 ,497-498]

Бақылау сұрақтары:

1 Серіппелік қорытпаларға қойылатын негізгі талабы қандай?

2 Материалдардың беріктігі түйір өлшеміне қалай байланысты болады?

3 Ыстыққа берік материал негізін таңдаудың негізгі талаптары қандай?

4 Жоғары қышқылға төзімділікті қамтамасыз ету үшін тотық табиғаты қандай болуы тиіс?

5 Материалдардың қышқылға төзімділігі қандай факторлардан тәуелді?