орта білім бағдарламаларын жүзеге асыратын білім беру ұйымдарына мамандық бойынша кәсіптік білім беру «Қозғалтқыштарды, жүйелерді және автокөлік агрегаттарын жөндеу және техникалық қызмет көрсету», «Ауылшаруашылық техникасы мен жабдықтарын пайдалану және жөндеу» мамандықтары бойынша «Автокөлікті жөндеу және техникалық қызмет көрсету маманы» оқу үрдісінде қолдануға арналған оқулық ретінде

ҚБЖ 30.3я723

Бұл кітап Қазақстан Республикасының Білім жəне ғылым министрлігі жəне «Кəсіпқор» холдингі» КЕАҚ арасында жасалған шартқа сəйкес ««ТжКБ жүйесі үшін шетел әдебиетін сатып алуды және аударуды ұйымдастыру жөніндегі қызметтер» мемлекеттік тапсырмасын орындау аясында қазақ тіліне аударылды. Аталған кітаптың орыс тіліндегі нұсқасы Ресей Федерациясының білім беру үдерісіне қойылатын талаптардың ескерілуімен жасалды. Қазақстан Республикасының техникалық жəне кəсіптік білім беру жүйесіндегі білім беру ұйымдарының осы жағдайды ескеруі жəне оқу үдерісінде мазмұнды бөлімді (технология, материалдар жəне қажетті ақпарат) қолдануы қажет. Аударманы «Delta Consultіng Group» ЖШС жүзеге асырды, заңды мекенжайы: Астана қ., Иманов көш., 19,

«Алма-Ата» БО, 809С , телефоны: 8 (7172) 78 79 29, эл. поштасы: іnfo@dcg.kz

В68 Материалтану: арнайы орта білім беру мекемесінің студенттеріне арналған оқу құралы / С.А. Вологжанина, А.Ф. Иголкин. - М.: «Академия» баспа орталығы, 2017. - 496 б.

Оқу құралы Федералдық мемлекеттік білім беру стандартының талаптарына сәйкес «Көлік құралдары және жүйесін жөндеу және техникалық қызмет көрсету бойынша» «Техникалық қызмет көрсету және қозғалтқыштар, жүйелер мен вагондардың компоненттерін жөндеу», «Ауыл шаруашылығы машиналары мен жабдықтарын жөндеу және техникалық қызмет көрсету» және «Көліктерді жөндеу шебері және қызмет көрсету» мамандықтары (TOP-50 тізімінен). Оқу басасы «Материалтану» бойынша жалпы кәсіби пәнін оқу үшін арналған. Кітапты сондай-ақ «Автокөліктерге техникалық қызмет көрсету және жөндеу» мамандығы бойынша және «АВТОМЕХАНИКА» мамандығы бойынша СПО бағдарламасын жүзеге асыру үшін қолдануға болады. Материалтанудың физика-химиялық негіздері сипатталған. Болаттың, шойынның, түсті металдар және құйма үгінділердің қорытпаларының және олардың құрылымын қалыптастырудың үлгілерінің өңдеу технологиясы қарастырылған. Материалдардың механикалық қасиеттерін зерттеу әдістері, олардың микро және макроөңдеуін зерттеу. Төмен және жоғары температура кезінде, динамикалық және шаршағыш жүктеме жағдайында материалдардың коррозия және жұмыс істеу процестері қарастырылады. Белгілі бір өнімге арналған материалдарды таңдау мен қолданудың жалпы принциптері сипатталған

Орта кәсіптік білім беретін оқу орындарының студенттеріне арналған.

«Академия» оқу-баспа орталығы, 2017

© Дизайн. «Академия» баспа орталығы, 2017 ж

«Материалтану» курсы инженерлік мамандықтар бойынша студенттерді даярлауды анықтайтын негізгі курстардың бірі болып табылады. Бұл курста материалдардың құрылымы мен қасиеттерін анықтайтын заңдылықтар, олардың құрамына және жылу өңдеу технологиясына байланысты ережелер  қарастырылады.

Оқу құралында материалдарды өндіру мен өңдеудің негізгі әдістері қысқаша талқыланған: балқыту және құю үрдістері, қысыммен өңдеу, дәнекерлеу және кесу. Жаңа перспективті материалдар: композиттік, ұнтақ, формалық жады, сызықтық кеңейту коэффициентінің төменділігі және т.б. келтірілген.

Негізгі ақпарат . Құю - бұл белгілі бір конфигурацияның қуысын сұйық металмен толтырып, содан кейін оны нығайту жолымен немесе бұйымды дайындау әдісі. Құю арқылы алынған битумдар немесе бұйымдар құйылған деп аталады. Құю өндірісі – машина жасаудың барлық салаларының негізгі шығару базасы. Дәнекерлеушілер ең арзан және механикалық өңдеуге арналған ең төменгі жәрдемақыға ие. Құйындылар шойын және болат, алюминий, магний, титан, мыс және т.б. негізінде жасалған түсті металл қорытпаларынан жасалады. Көптеген құйма құймаларын әдетте электр пештерінде өткізеді. Бұдан басқа, күмбез құйма темірді балқыту үшін қолданылады. Құю құймаларын жоғары

Қаттыру және салқындату кезінде құйманың сызықтық және көлемдік өлшемдері төмендейді, металдар мен қорытпалар қысқарады. Күшті шөгу, шөгілтін қабықшалар,  кеуектіліктің, сызаттардың, беттерін жамаулар пайда болуына әкелуі мүмкін.

Құмды қалыптарға құю.

Құмды қалыптарға құймаларды өндіру кезінде, берілген композициялар балқытылған метал формасына құйылады, одан қатырылып, салқындатудан кейін дайын құймалар алынады. Құймадан құм құймаларын өндіру үшін модельді комплект қажет, модельдерден, айналмалы қораптардан (егер құймалардың ішкі қуыстары болса), жүйелері элементтерінің үлгілері, пайда және желдеткіштерден тұратын үлгі жиынтығы ұсынылуы керек. Құйма қалыпының нобайы № 1.1 (а) суретте берілген. Құйма қалып - бұл балқытылған металды құю кезінде, құйылған металдан жұмыс бетін құрайтын элементтер жүйесін ұсынады Қалыпты екі жарты метал рамадан жасалады, оларды шынақтар дейді (жоғарысы 3 және төменгісі 7).

1 - газдарды кетіруге арналған арна; 2 - жарылыс; 3, 7 - жоғарғы және төменгі құдықтар шақпақтар; 4, 11 - қалыптау қоспасы; 5 - құйма қалыпының жұмыс қуысы;                      6, 14 -ілмектер; 8 - құю құдықтары; 9 - ағашты негіз; 10, 17 - желдету

ұялары; 12 - фидер; 13 - қож ұстағышы; 15 - көтергіш; 16 - ыдыс

Үлгінің жартысы (1.1-сурет, б) төменгі шұңқырдың ішіне орнатылып, 11 құйма қоспасын (1.1a-суретті қараңыз) тығыз толтырады, қайта аудары жоғарғы шұңқырдың бекітді. Жоғарғы шұңқырға үлгінің екінші жартысы орнатылады,  ол кұйма жүйесінің үлгісі және қайта қалыптау қоспасын мықтап толтырыңыз. Үлгілерді алып тастағаннан кейін, екі шақпақ жалғанады. Ішкі қуысты алу қажет болса, құйма қоспасын алынып тастайды (1.1-сурет, с), оны қорапшаға орау арқылы құйма қоспасынан  дайындайды (1,1,-сурет, г).. Үлгі құймадан (1.1, d) металдың шөгу санына жоғарылығына қарай ажыратылады, сондай-ақ  штангаларды орнатуға арналған белгілермен ерекшеленеді. Жеке және кішігірім өндірісте ағаштан жасалған үлгілерді, массалық өндіріс жағдайында алюминий қорытпаларынан жасалған үлгілерді  пайдаланылады. Сұйық металды қатайтқаннан кейін пішін жойылады, құйма алынып тасталады, шыбық алынып тасталады, құйма жүйесінің элементтері бөлінеді және құйманы тазартуға жібереді. Құйма  жүйесінің элементтеріне (1,1 (а)-суретті қараңыз) көтергіш 15, бергіш 12, шлакты ұстаушы 13, газды 5 қалыпты құдықтан алып тастауға және оның толтырылуын бақылауға арналған  2 тесік, металл құюға арналған ыдыс 16 кіреді. Қалыптық және стержньді  қоспалар отқа төзімді негізден және байланыстырғыш арнайы қоспалардан тұрады. Пішіндеу қоспаларының отқа төзімділігінің негізгі материалы - кварц құмы. Кварц құмынан басқа, магнезит, хром-магнезит, шамот және басқа да отқа төзімді материалдар қосымша қолданылады. Байланыстырушы заттардың мақсаты - оларға беріктігі үшін отқа төзімді өзара бөлшектерін біріктіру. Әдетте, байланыстырғыш қоспа ретінде саз балшықтарды, сұйық шыныны, түрлі синтетикалық шайырларды және т.б. қолданылады. Арнайы қоспаларды қоспалардың технологиялық және жұмыс қасиеттерін жақсарту үшін қолданылады: газ өткізгіштігі, сәйкестігі және соққылауы. Осы мақсатта көмір шаңдары, үгінділер, шымтезек және асбест қыртысы енгізіледі және т.б.

Құйманың арнайы әдістер і. Арнайы әдістермен өндірілген құймаларды, құмды құймалар арқылы алынатын құймалармен салыстырғандағы ерекшеліктері, әдетте,  механикалық өңдеудегі олардың жоғары дәлдігі, бетінің жақсы сапалылығы, өңделу үшін аз мөлшердегі құндылықтар болып табылады. Құйманың арнайы әдістері пішіндеудің прогрессивті әдістеріне жатады.

Кокильге құю . Кокиль  - бұл металлдан жасалған құйма қалып. Құмды қалыптармен салыстырғанда көкильдің  негізгі артықшылықтары - бұл қалыпты құбылыстар көп реттік  пайдалануға жарамды, жоғары өнімділік, құймалардың дәлдігі, олардың беттерінің сапасы және өлшемдерінің тұрақтылығы.

Кокильдерді дайындау үшін пайдаланылатын материалдар, металл толтыру кезінде туындайтын жылу соққыларына төтеп бере алуы керек, жақсы өңделген, кемшіліктері жоқ және арзан болуы қажет. Осы талаптардың көбін қанағаттандыратын кейде болат, алюминий және басқа қорытпаларда қолданылады. Шойын мен болаттың кішкентай құймасы үшін хром және никельді шойын құйылған шойын кокиль материалы ретінде қолданылады. Темір қорытпаларына орта және ірі құймаларына және басқа да қара бөренелерге арналған кокильдерді болаттардан, легирленген хромнан, молибденнен, никельден жасалған. Алюминий және магний қорытпаларын құйып алу үшін қалыптарды сұр шойыннан және алюминий қорытпалары жасалған. Металды құю кезінде кокильдің жұмыс қуысынан газды шығару қалыптың қосқышына қарай іске асады. Сонымен қатар, жазықтықта қосқышқа арнайы арналар жасалынады, ал қалыптың қабырғаларда желдеткіш саңылаулары орналасады, олар арқылы газ қосымша алынып тасталынады. Жоғары үздіксіз құйылуда кокильдің қабырғалары қызады. Оларды салқындату табиғи (ауа) болуы мүмкін және мәжбүрлі түрде (ауа, су, май). Кокильдердегі металлды салқындатқыш құюға арналған тәсілдер жоғарыдан, сифомен төменнен немесе жабылған жемдер арқылы жанынан. Металл жоғарыдан берілсе ол қалыптың қуысына түсірілуі мүмкін. Сондықтан, осындай жабдықтау қиын емес  шағын биіктіктен құйма құюға арналған. Металл төменнен берілетін болса, қалып ішіне біртіндеп пайда болады. Оқиғаның ағынының әсерін азайту үшін зигзиг түріндегі 2 көтергіштерді қолданады (1.2 сур.). Металл кірісіне бағытталған (төменнен жоғары) қаттылығын жасау жабылған жемдер арқылы жанама түрде жүзеге асырылады. Металлдың қалыппен физика-химиялық өзара әрекеттесуінің алдын алу үшін, кокильдің бетіне біркелкі қабатпен отқа төзімді жабын қолданылған.Отқа төзімді негіз жа-

Әдістің мәні төменгі балқытатын материалдардан алынған арнайы үлгілерді алу, оларды блокқа жинау болып табылады.

12        3

(қақпақ жүйесінің моделі арқылы жалғастырғыш үлгілерді біріктіру), модельдік блоктарын отқа төзімді қабықпен жабу, үлгілерді алу (балқыту, еріту, өртеу), қабықталған қалыптарды және оларға сұйық метал құюды білдіреді. Ақпалы модельдер үшін құйылманың қадірі әртүрлі қорытпалардан күрделі құймаларды алу мүмкіндігіне, оның ішінде кесу және соғу арқылы қиындықтарға тап болуына байланысты. Құймаларды қаптауға көшіруде ақпа модельдері  30 ... 80% -ға дейін өңделудің еңбекқорлығын төмендетеді, металлды пайдалану коэффициентін арттырады, өндіріс бөліктерінің құнын төмендетеді. Құймалардан ағымдық модельдеріне қарай бірнеше граммнан 100 кг-ға дейін ақпалар шығарылады. Осы қалыптастыру әдісінің кейбір кезеңдерін егжей-тегжейлі қарастырайық. Барлық модельдік материалдарды, қабықшалардан модельдерді алу механизміне байланысты, ерітілген, ерігіш және күйіп кетуі мүмкін деп бөлуге болады. Ерітілген модельдердің кеңінен қолданылатын құрамдары парафин, стеарин, қоңыр көмір және шымтезекті балауыз (битум), этилцеллюлоза, табиғи және синтетикалық керешин және т.б.. Еріткіш модельдердің негізгі компоненттері – карбамид, сілтілік металдардың нитридтері және нитраттары  және басқа заттар болып табылады. Жанғыш модельдердегі материалдарға көбіктенетін және шағын термопластикалар (блогты полистирол, көбіктенгіш, суспензиялы және т.б.) жатады. Бұл топтың модельдік материалдары  кейде арнайы органикалық еріткіштерде еруі арқылы жойылады. Алғашқы материалдан құю және қышқылдану жүйелерінің модельдерін алу үшін ғылым түрлі үлгілеу құрылымдарын дайындайды. Модельдеу арнайы шприцтермен және автоматты машиналарда жасалған престелген модельдік композицияның қысымымен пресс-фитингпен, негізінен, металдан жасалған модельдерге легирленген үлгі құрамын еркін құю арқылы жүзеге асырылады. Дайын модельдер блоктарға жинақталады (1.3-сурет), оларды моделдерге литникалық жүйепмен біріктіру немес  басқа әдістермен бекітеді. Модельдік блоктардың беткі жағында қолданылатын отқа төзімді қабықша бірнеше үзік қабаттарды (шламдар мен қаптамаларды) және электрофорезді кезекпен қолдану жолымен алуға болады. Көп қабатты жабу жағдайында суспензия этил силикатының гидролизденген ерітіндісінен және отқа төзімді толтырғыштан тұрады. Отқа төзімді қабықтарды алу процесінде модельдік блоктар суспензияға толы болып суланады, түйіршікті отқа төзімді материалмен себіліп, қатайғанға дейін кептіріледі. Осылайша, төрт-алты қабат қолданылады (үлкен құймаларды өндіруде оннан да астам). Модельдік құрамы, оның су ерітіндісі немесе жылуды жою өнімдері шпурлы шұңқырдың ашық шеті арқылы жойылады. Балқы ерітіндіде балқытылған модельдегі материалдағы (модельдегі құрамы ...

І Тип        ІІ Тип            Тип

бойынша) балқу нүктесінің температурасынан жоғары температурада жылытылады, блоктарды ыстық немесе қызып тұрған бумен үрлейді, термостатта немесе диэлектрлік қыздыруда қондырғыларды жылытады,  және басқа әдістері қолданылады. Модельдерді алып тастағаннан кейін қабықшаларды (ерітінді) ағын сумен жуылады. Қабықтың моделдер құрамынан қалдықтарын түпкілікті алу үшін, тотығу атмосферасында (жақсы жану үшін) 800 ... 1000 ° C температурада күйдіреді. Модельдер арқылы орындалатын құю барысында көптеген мөлшерде қорытпалар ыстық пішінге құйылады, бұл жұқа қабырғалы құймаларды алуға мүмкіндік береді.

Центрифугалық құю . Құйма жасаудың осы әдісімен балқытылған металл айналдыру құйына құйылады және орталықтан күш әсерінен сол жерде қатаяды. Айналмалы пішінді орталықтану машинасы деп аталатын арнайы машина арқылы орнатылады. Құрылғыны осьтердің айналуымен тік және көлденең (немесе көлбеу) осьтердің айналасында бөледі (1.4-сурет). Горизонтальдік ось айналасында айналдыра отырып айналмалы тұрдегі центрифугалық құю алады - құбырлар, сақиналар, бұталар, жеңдер және т.б. Центрифугалық күштерді металдың құйылуын жақсарту үшін және тығыз құюды алу үшін қолданады. Центрифугалық құю әдісі екі қабатты биметаллдық құймаларды (екі түрлі қорытпасынан құйылған құймаларды) шығаруға мүмкіндік береді, алдымен бір құрамның қорытпасын құйып, содан соң екіншісін құю арқылы. Ресейде центрифугалық тәсілмен диаметрі 1500 мм-ге дейінгі, ұзындығы 10 м-ге дейінгі, қалыңдатқыш машиналарға арналған салмағы 60 тонн дейінгі коррозияға төзімді болаттардан жасалған ци-

4 -шпиндель; 5 - жылжымалы пеш; 6, 7 - роликтер; 8 - редуктор;                                          9 – электрқозғалтқышы. линдрлік білік өндіріледі; биметалды жылжымалы біліктер (тозуға төзімділікке ие сыртқы қабаты және икемділігі жоғары ішкі қабаты бар) өндіріледі; сұйық үйкелу және басқа құйма мойынтіректер үшін диаметрі 1000 мм-ден астам үлкен биметальды кірпіктерді шығарады. Центрифуга құюда, негізінен, құйма қалыптарының үш түрі пайдаланылады: металл нефтерос (салқындатқыш қалыптар), металдан жасалған және көпреттік қалыптар. Жылжымайтын қалыптардағы құймалармен салыстырғанда, центрифугалық әдіс келесі артықшылықтарға ие: цилиндрлік құйма құймаларды дайындау кезінде штангаларды дайындау қажеттілігі жойылып, лайықты металдың кірістілігі жүгіртпе жүйесінің жоқтығы және пайда (құйылған құюды қоспағанда), құйылған металдың тығыздығы артып, демек, механикалық қасиеттері, металды толтырылу мүмкіндігін жақсартады және т.б. Кемшіліктерге ішкі беттің сапасының нашарлауын және құйма дәлдігін төмендігін жатқызуға болады.

Қысыммен құю . Процесінің мәні - сұйық металдың металды қалыптың (прес-форма)  жұмыс қуысына 30 - 300 МПа қысыммен енгізілуінде. Металлдың қалып қуысына ену жылдамдығы 0,5140 м / с құрайды. Қысыммен құюды қорғасын, кальций, мырыш, алюминий, магний, мыс, темір негізіндегі бірнеше граммнан бірнеше ондаған килограмм қорытпаларға дейінгі замок элементтерінен бастап автоколіктерге арналған цилиндр блоктарына дейін шығарад. Өндірісте жаппай  күшпен құю өте тиімді болып табылады. Осы әдіспен өндірілген құймалар  металлды кәдеге жаратудың ең жоғары коэффициентіне ие болады. Күшпен құю арқылы бірқатар бөліктерді алу прокат өнімдерінің  механикалық өңдеу арқылы  өндіруге қарағанда 50 есе немесе одан да арзанырақ. Күшпен құйып қалыптау кезінде ыстық немесе салқындатқыш камерасы бар автоматты немесе жартылай автоматты поршеньді және компрессорлық машиналар қолданылады. Камералардың орналасуы көлденең немесе тік болуы мүмкін. Суық тік поршенді тығыздау камерасы бар машинаның жұмысы (Сурет 1.5, а) келесідей. 3  машинаның камерасының осі пресс-форманың қалың қуысының жазықтықына параллель орналасқан. Металл 2 камераның төменгі поршеніне құйылады, ол металды гравитация арқылы қалыпқа енуіне мүмкіндік бермейді. Сұйық металл 1 поршенді төмен түсіргеннен кейін қақпақ пен қалыптың қуысына кіреді, оның негізінде төменгі поршень төмен қарай итеріліп, ақпалы тесікшені ашады. Металл қалыптың қабырғаларымен байланысып, қатты бола бастайды. Күштеуіш поршень жоғары қарай көтеріліп, төменгі поршенді босатады, ол көтерілгенде, оны қысқыш камерадан басу арқылы қақпаның қалдықтарын кесіп тастайды. Қалыпты ашады, құйманы алады, қалыпты тазартады,  майлайды және жабады. Циклді қайталайды. Салқын көлденең қысымды 4 камераның осі (сурет 1.5, б) қалыптың  жазықтығында перпендикуляр орналасқан. Көлденең камера 4 қалыпты бөлігіне бекітіледі.

3 — қысу камерасы; 4 — қалыптың жылжымайтын бөлігі; 5 — қалыптың жылжымалы бөлігі; 6 — құю өндірісі; 7 — пятка; 8 — шелек ±1

а

б

Сұйық метал 2 арнайы терезе арқылы көлденең камераға құйылады. Поршень 1, солға жылжу арқылы, металлды қалыптың қуысына тығыздайды. Баспа қалдықтары поршеньді бос тұрған кезде ұстайды және қысым камерасынан шығарады. Салқын (тік немесе көлденең) тығыздау камерасы бар машиналарды негізінен алюминий, магний және мыс негізіндегі құймалардан жасалған ерінділер үшін қолданады. Ыстық тығыздау камерасы бар машиналар негізінен мырыш, қорғасын мен қалайы негізінде төменгі балқымалы қорытпалардан жасалған құймаларды жасау үшін қолданылады.

Қабықшалы қалыптарға құю . Бұл құйма әдісінің формасы - отқа төзімді базалық материалдан (толтырғыштан) жасалған қаптаманың қалыңдығы 6 ... 10 мм және байланыстырушы зат ретінде синтетикалық шайырды білдіреді. Кабықшаларды алу принципі қыздырылған кезде қайтарылмайтын түрде қатаюға  қабілетті байланыстырғыштың қасиеттеріне енгізілген. Қабықшалы қалыптарға құюға арналған сұйықтықтар кез-келген қорытпаның салмағынан 5,15 кг (сирек ≥ 100,150 кг) құймаларды құрайды. Отқа төзімді негіз ретінде кварц құмы кеңінен қолданылады. Кірлердің құмда аз болған сайын оның сапасы да артады. Қоспалардың құрамының көбеюі байланыстырушы материалды тұтынудың артуына, қоспаның газдың құрамын ұлғайтуға және құйманың бетінің сапасының нашарлығына әкеледі. Байланыстырушы материал фенол-формальдегидті синтетикалық термосетс шайырлары болып табылады. Қабықшаларды жасаудың бірнеше әрекеттері бар - бункерлі, құмды және т.б. Бункер әдісінде (сурет 1.6) алдын ала қыздырғыш 5-тен 5 қоспамен

а—в

2 — мұқаба;

6 — «шикі» қабық

Бункер әдісінде (сурет 1.6) алдын ала қыздырғыш 5-тен 5 қоспамен 1 үлгісі бар модельдік метал пластинасы (сурет 1.6, а) 200 ... 270 ° С дейінгі температураға дейін балқытылған, содан кейін бункер 180 ° айналады. Араластыру үлгі тақтайшасында орналасқан, оның үстіне бүкіл жұмыс беті (1.6-сурет, б (1.6-сурет, б). Бұл қоспа модельді плитаға орналастырылады оның барлық жұмыс алаңын жабады. Қоспаның синтетикалық шайыры, модельді плитаға орналастырылады, жылытылады, балқытылады, содан кейін қатаяды. Қабаттың қалыңдығы қоспаның модельдегі, оның температурасына және толтырғыштың термофизикалық қасиеттерін ұстап тұру уақытына байланысты. Қажетті қалыңдыққа жеткенде, бункер бастапқы орнына бұрылады (Сурет 1.6, в). Модельдік тақтайшадағы қатпарланбаған қоспасы төменге төгіледі.  Жақсырақ және жылдам араластыру үшін қоспасы бар үлгідегі пластиналар, 280.320 ° С дейін қыздырылған пешке беріледі. Қайнатылғаннан кейін қабықша модельдік тақтайшасынан алынып, пішіндердің жинағына жіберіледі. Сонымен қатар, дәл осы технологиямен (қабық) бірдей уақытта екінші жартылай қалапты дайындайды, сондай-ақ қатты немесе шұңқыр болуы мүмкін шыбықтарды да өндіреді. Соңғы жылдарда шұңқырлар немесе қабықшалы құймалар қабығы тек қалыптарына ғана емес, сондай-ақ құмды құюға арналған дәстүрлі құюға да қолданыла бастады. Осындай шыбықтар массасы қатты салмаққа қарағанда 40,80% -ға аз, олар жоғары сапалы бетті құрайтын құймадан оңай сындырылады. Құюдан бұрын жиналған қалыптарды металл қораптарға (контейнерлерге) орналастырады, мұнда нысанның беріктігін арттыру үшін қабықшалар арасындағы еркін кеңістікті - құм немесе шойын құю материалдарымен жабады. Қалыптарға құю конвейерде құйып кетуде жиі кездеседі. Металлды құйып болғаннан кейін, құйма қабығының қалыптары мен шыбықтары оңай жойылады. Қабықтардың қалыпты құймалары құмды қалыптарға құйылғаннан гөрі, жоғары дәлдікпен және бет сапасын жақсартады.

Процестің жалпы сипаттамасы . Металлды қысыммен өңдеу (МҚӨ) процесі – бұл,  материалға талап етілген қалыпты беру және физикалық-механикалық қасиеттерін оның тығыздығын иілгіштік деформациясын береді. Бастапқы пішін мен дене өлшемдерін қалпына келтірудің толық күшіне қарай, сыртқы күштердің әрекетін тоқтатқаннан кейін, серпімді (толық қалпына келтіру) және иілгіштік деформациялар бөлінеді. Иілгіштік деформация процесінде бастапқы құрылым өзгереді, ал материалдың механикалық қасиеттері күрт артады. Қазіргі заманауй металлургиялық зауыттар мөртабандарды, илектеуді, сурет салуды және басуды қолданады.

Қысыммен өңдеу процестері екі топқа бөлінеді - ыстық және суық деформация.

Металдарды шаппен өңдеу арқылы ыстық және суық таңбалаулар еркін өңделетін соққы процесті кіргізеді.  Таңбалауда арнайы сипатталған құралдар пайдаланылады – таңбалаулар. Еркін соққымен бір немесе кішігірім ораулар жасайды. Шамамен 1 тоннаға дейінгі шағын және орташа кескіш орамаларды балғамен, ал үлкеніректерін – тығыздау машиналарымен шығарады. Металлды жылыту - МҚӨ технологиялық процесінің маңызды операциялардың бірі болып табылады. Жылыту режимін қатаң сақтау, дайын профильдің геометриялық өлшемдерінің сапасына және дәлдігіне, өңдеу жабдығының күйіне және өндірістің техникалық-экономикалық көрсеткіштеріне айтарлықтай әсер етеді. Металл өңдеудің басқа түрлеріне қарағанда МҚӨ көмегімен дайын өнімдерді алудың маңызды артықшылығы, құйылған металлдағы МҚӨ ақауларын түзеткенде, құрылым өзгереді. Материалдың қасиеттері айтарлықтай жақсарды. Себебі шөгу кезінде булануы жойылады, шөгілетін раковиналар, тіпті кішкене сызаттар да дәнекерленетін болады.

Илемдеу.

МҚӨ-нің ең кең таралған түрлерінің бірі - илемдеу орамдарының арасында қажетті кескінді және өлшемді беру мақсатында кескінді азайту үдерісі. Ұзындықты илемдеу үшін (1.7, а суреттегі) металл 1 бір-біріне қарама-қарсы айналатын екі орамның арасында деформацияланады. Үлкен сұрыпты, профильді және қалың беттерді ыстық бойлық илектеу әдісімен шығарады, жұқа бетті, лентаны, дәл өлшемдердің майда профилдерін - суықтай илектеу әдісімен шығарады. Металлды жылдам салқындатудың арқасында ыстық илеуге арналған жұқа беттер(қалыңдығы 1,5 мм)  қиын шығады. Ыстық илеу суықтан гөрі тиімді және үнемді, бірақ суықтай илемдеу әлдеқайда жоғары дәлдікпен қамтамасыз етіледі және көбінесе беттерді, құбырларды және профильдерді өндіруге арналған соңғы қадам болып табылады.

Көлденең (сурет 1.7, с) және көлденең-спиральды (көлбеу) илемдеу үшін (1.7-сурет, в) орамалар бір бағытта айналады. Көлбеу илемдеу кезінде металл тек көлденең емес, сонымен қатар орамалардың қисаюына байланысты бойлық деформацияны да алады. Екі жағдайда да, роликтердің айналуына байланысты дөңгелек айналады. Көлбеу илемдеу – жіксіз ыстық  илектелген құбырлардың  өндіріс процесі, ал көлденең – мерзімді бөлімдердің арнайы профильдері. Бұл илектеу түрлері, әдетте, ыстық өңдеу әдістеріне жатады. Суретте. 1.7, в – жеңнің илемденуі көрсетілген, одан сосын жіксіз құбырлар алады. Штанг (дайындық) 1 бір бағытта айналған біліктердің 2 арасындағы кеңістікке құлайды, бір-біріне қатысты бұрылып орналасқан шағын бұрышпен (8-24 °) беріледі. Бұл жағдайда штанг қызады. Роликтердің арасында, жылжымалы штангаға арналған жолда, әдетте,

дорн деп аталатын конустық жиек 3 орнатылды. Дорн цилиндрлік пішіннің ішкі қуысын қалыптастырады. Одан қалың қабырғалары шұңқыр профиль шығады – жең. Бұл үдеріс м

икробағдарлама деп аталады. Жең микробағдарламадан соң қалың қабырғалы болады (құбырдың диаметрінің 20%-ы), болғаннан кейінгі жеңнің бетінде бұрандалы сызықтар түрінде орамның іздері мен дорн қалады. Басқа прокат зауыттарында өңдеу арқылы микробағдарламадан кейін тегіс беткі қабаты бар жұқа қабырғалы құбырлар алынады. Белгілеу бойынша диірмендер ұзын өнімді өндіруге арналған бастапқы дайындама болып табылатын жартылай фабрикаттарға арналған роликті фабрикаларға және дайын прокат шығаратын диірмендерге бөлінеді.

кіреді – блюмингтер және слябингтер. Олар салмағы 25 тоннаға дейін құймалар үшін қолданылады. Блюмингтерден блюмдар алады - тіктөртбұрышты қималық дайындық (200 х 200 және 350 х 350 мм) және слябтар – тік бұрышты қималық дайындық  (ені 1 600 мм және қалыңдығы 300 мм). Екінші типіне ұзақ өнімдер алу үшін темірбұзды диірмендер жатады,  сым диірмендер – диаметрі 5 ... 10 мм дейін сымдар алу үшін, парақты және түтікті диірмендер, сондай-ақ прокаттың арнайы түрлерін өндіруге арналған диірмендер.  . Диірменнің ассортименті фабриканың диапазоны пішінде, бөлікте және өлшемде алынған өнімдердің жиынтығы болып табылады. Ұзындықты илектеу станоктарында дайындалған жылжымалы өнімдердің негізгі ассортименті күріш. 1.8. Сортты және профильді жылжыту калибрленген (роликті) роллдарда жүргізіледі, парақтар мен жолақтар тегіс бөшкелермен басылып шығарылады. Кесілген кесек ағын деп аталады, екі ағын калибрді құрайды. Калибрлеу - деп ағындардың орамдарында дәйекті орналасуды айтады, бұл белгілі бір өлшемдердің дайын профилін жасауды қамтамасыз етеді. Ресейде прокат бұйымдары бар, әртүрлі мақсаттар үшін қолданылатын анықтамалар, техникалық шарттар мен каталогтар бар.

Барлық илемдеу өнімдері әртүрлі болып бөлінеді; жапырақ (4 мм - жұқа, 4 мм-ден қалың); құбырлар (ыстықтай басылған және суықтай басылған); профильдер (қарапайым және фланецті); прокаттың арнайы түрлері.

Жіксіз құбырларды өндіру . Құбырлы жылжымалы станоктар, әдетте, толық өндірістік циклге ие және суықтай илектелген, сондай –ақ ыстықтай илектелген, тартылған және дәнекерленген құбырларды жеткізеді. Центрифугалы құйылған құбырлар дайындама ретінде пайдаланылады және дайын өнім ретінде аз жеткізіледі. Ыстықтай илектелген құбырлар екі әдіспен - прокат және басу. Ыстықтай илектелген құбырлар суықтай илектелген және суықтай тартылған құбырлардың барлық түрлерін дайындауға мүмкіндік болып табылады. Көптеген құбырлардың дөңгелек көлденең қимасы бар, сонымен қатар бейінді және көлденең қиманың құбырларын шығарады (1.9-сурет). Жіксіз құбырлардың ассортиментінде жиі сыртқы (650 мм-ден бірнеше миллиметрге дейін) және қабырғаның қалыңдығы (75 мм-ден миллиметрдің оннан біріне дейін) сипатталады. Механикалық, физикалық және пайдалану қасиеттеріне арналған жіксіз құбырлар құюға және дәнекерлеуге қарағанда жоғары, бірақ әлдеқайда қымбат.

Иілген  профильдерді өндіру.

Арнайы диірмендердің ерекше түрі - роликті диірмендер. Бұл диірмендерде профильдер жолақтың суық иілу әдісімен жасалады (1.10-сурет). Осындай профильдерді ыстық илеу арқылы алу көбінесе жұқа қабырғалардың тез суып қалуынан және олардың пішіндерінің қиындығынан мүмкін емес.

Сурет. 1.9. Жіксіз құбырлардың негізгі профильдері Иілген  профильдерді қысымдап басу арқылы шығаруға болады, бірақ бұл әдіс өнімділігі төмен және профильдің ұзындығын шектейді. Көп ұялы иілгіш диірмендері үздіксіз түрдегі 6-20 реттік ұялық диірмендерін  (орамдағы жұп) қамтиды. Әрбір жұқа иілу орамында жолақ бөлімі өзгереді, бірте-бірте қажетті пішінді соңғы диірменге біртіндеп енеді. Иілу фабрикаларында көлденең қимада іс жүзінде өзгеріс болмайды, тек оның пішіні өзгереді. Жылжымалы профильдерді құрылыста және машина жасауда пайдалану  жылжымалы металды 40% дейін үнемдеуге мүмкіндік береді.

Дәнекерленген құбырлардың өндірісі.

Дәнекерленген құбырлар құбырлардың дәнекерлеу машиналарында әртүрлі тәсілдермен жасалады, оның ішінде ескіден келе жатқаны пештің дәнекерлеуі де бар.

а б в

Сурет. 1.11. Электр дәнекерлеу құбырларының өндірісінің технологиялық процесінің құрылымы:

1 - таспалы жолақ; 2 – жолақты шетін тазалау; 3 - қалыптастыру (илектеу); 4 - шеттерін қысу; 5 - шеттерін дәнекерлеу; 6 – үгітін тазалау; 7 – құбырды диаметрі бойынша калибрлеу; 8 - салқындату; 9 - қозғалысты кесу Заманауи әдістердің ерекшелігі электр дәнекерлеудің, оттегі-ацетиленді дәнекерлеудің, дәнекерлеудің әр түрлі әдістерін пайдалану болып табылады. Дәнекерленген құбырларды өндіру процесі роликтен немесе тығыздауды қалыптастырудан тұрады - түпнұсқалық жолақты (сызықтарды) құбырға дәнекерлеу арқылы кейіннен бірлескен жері арқылы дәнекерлеуді жүргізеді. Құбыр дәнекерлеуші агрегат құбырларды өндіру, оларды кесу, тасымалдау, бақылау, өңдеу және тасымалдау үшін өндірістік желі түріндегі механизмдер мен машиналардың жиынтығын ұсынады. Сызыққа бірнеше көп ұялы диірмендер кіреді: пішіндеу және дәнекерлеу, калибрлеу, азайту. Суық деформацияланған құбырларды электр дәнекерлеу процесінің заманауи және кең таралғаны болып табылады (1.11-сурет). Бастапқы материал - процестің соңында дәнекерленген жікпен алты немесе одан да көп торлы диірменде құбырға жасалған суықтай илектелген сызық немесе жолақ. Бастапқы жолақтың енінен үлкенірек диаметрі бар құбырларды жасау үшін спиральды жару әдісі қолданылады. Дәнекерленген құбырлар диаметрі (5 ... 1 620 мм және одан да көп) қабырғасының қалыңдығы (0,5 - 40 мм және одан көп) диаметрі бойынша шығарылады.

Сүйрету.

Сүйрету процесінің мәні металлдың деформациясынан оны ұзындығы бойымен дөңгелек, квадрат немесе күрделі профильді траекторияның арна арқылы тартуында (1.12-сурет). Сүйреу құралы, сүйреуіш (өлшеу, өлшеу) қатаңдалған болаттан, қатты қорытпалардан және дәл бұйымдардан - алмастан (металл сақинаға салынған) жасалған.

1 2

Сурет 1.12. Сүйрету процесінің негізгі құрылымы: a - дөңгелек үздіксіз профиль; б - пішінді тұрақты профиль; в - майы жоқ дөңгелек түтік (азайту); г,д - дөңгелек түтік диаметрі мен қабырғасының жұқаруы аз қысқа және ұзын муфталарда; 1 - сүйрету; 2 - созылмалы өнім; 3 - штаттық жиек; 4 - қысқа штатты жиек; 5 - жиек; F - тарту күші Жиекке сүйрету жасау диаметрді азайтуға ғана емес, сонымен қатар құбыр қабырғасын әлдеқайда жұқа етіп жасауға мүмкіндік береді.

Тығыздау . Металлдың экструзиясы (экструзия) процесі контейнердің қуыс бөлігіндегі розетка арқылы ашылады - матрицаның нүктесін тығыздау деп атайды Ыстық тығыздау әдісімен қазіргі уақытта өнімдердің кең ауқымы дайындалады: диаметрі 3...250мм пруткалар, диаметрі 20...560 мм (қабырғасының қалыңдығы 1,5...15 мм) құбырлар және күрделі көлденең қиманың түрлі профильдері. Тығыздауды көбінесе түрлі металлдарды өңдеуде қолданады, сонымен қатар балқуы қиын (вольфрам, ниобий және т.б.) және оларға негізделген қорытпаларды болаттан азырақ қоса алғанда.  Тығыздауға құймалар да, деформацияланған метал да басылады. МҚӨ басқа процестерімен салыстырғанда, өңделген металдың күйзеліс жағдайының ең қолайлы схемасы, басқа, бұзылу қаупі жоқ төмен иілгіштік және тіпті мыжылған металдарды өңдеуге мүмкіндік береді. Деформацияланбаған шойын үтіктерін белгілі өңдеу қысымның өңдеудің басқа әдістерімен (құбыр өндірісі) белгілі. Тығыздау тәсілі арқылы өте кең ауқымты ассортиментті дайындайды тұтас және жартылай профильдерді, құбырлар мен панельдердің өте кең ассортименті, соның ішінде илектенген профильдер басылады.

1 2 3        4        5 Сурет. 1.13. Қатты (a) және қуыс (b) профильдерді басып шығару құрылысы және

F —  қысқыш күші Іс жүзінде профильді жылжытудың кез-келген түрін тығыздау арқылы байындауға болады. Үдеріс өлшемінен өлшемге және профильдің бір түріне екіншісіне көшу бойынша әмбебап. Тығыздаудың екі әдісі бар - тікелей және кері (сурет 1.13). Тікелей тығыздау кезінде металл 1-ші бұрылыс қозғалыс бағыты бойынша қысылады (18-ден 20-ға тығыз-қалдық), ал артынан - металл контейнерден 2 қимылға қарама-қарсы соққыға 1 қадамға (5,6% -ы тығыз-қалдық) жылжу бағытына қарай жылжытылады. Тікелей тығыздауда бетінің сапасы жоғары, кері тығыздауға қарағанда, бірақ кері тығыздау аз күш жұмсауды талап етеді.. Тығыздауға арналған құрал контейнер 2, матрица 4, соққын 1 (мөртаңба), ине 5 және ине ұстағыштан тұрады (бос профильдер мен құбырларды тығыздау үшін).

Еркін соғу.

Мерзімді әсердің немесе құралдың статикалық әрекеттерінің әсерінен металлдың еркін ағыны процесі еркін соғу деп аталады (1.14-сурет). Еркін соғудан  бірнеше грамнан 250 тоннаға дейін және одан да көп өлшемдерде бірнеше сантиметрден оншақты метрге дейінгі бөлшектерді құрап шығарады. Еркін соғу қолмен және машинамен деп  бөлінеді. МҚӨ-нің ескі әдісі (қолмен соғу) қазіргі кездеде  кішігірім жөндеу цехтарында сақталып қалды.

Таңбалау - бұл арнайы құралдың (мөртабанның) көмегімен күштеу ақылы  өнімді дайындау тәсілі, оның жұмыс қуысы түпкілікті таңбалаудың (өнімнің) конфигурациясын анықтайды. Өз өлшемдері, дәлдігі, рұқсаты мен жеңілдіктері бойынша маркалар еркінн соғу арқылы алынған өнімдерге ұқсас бөліктерге қарағанда әлдеқайда жақсы. Бедерлі пішіндер дайын пішінге және қалыпқа қарай

Сурет. 1.14. Дайындаудың бір бөлігін еркін соғу арқылы құрастырудың негізгі операцияларының құрылысы:

Рис. 1.14. Схемы основных операций свободной ковки части заготовки: а - материалдың ағып кетуінсіз шөгінді; б, в - материалдың ағып кетуімен шөгінді; г - екі жақты микробағдарлама; д – өтпелі микробағдарлама; е - иілу; ж, з - жалпақ шабуылшылары бар брошюра; и - браконьерлік шабуылдаушылар; к - шабуылшыларды ұрыстыру; л - мөртабанымен саңылау; м - мөртаңбаға илектеу; н - кесу; 1 - жоғарғы пластина; 2 - дайындық; 3 - соғу; 4 - төменгі пластина; 5 - жалпақ ереуілшілер; 6 - қысқыштар; 7 - ұшы; 8 - конустық майлау; 9 - цилиндрлік майлау; 10 - қойғыш; d

к

Бейімделіп, бұйымдар формасы мен өлшемі аяқталған бөлігіне қарай жылжиды. Көлемді және бетті басып шығаруды ажыратады. Көлемді басып шығару үшін, профильді немесе кескінделген дайын материалды қолданады, бетті дайын материалды  шығаруда бет тәрізді металл қолданылады. Көлемді басып шығару  әдістері бойынша күрделі конфигурацияларлық дайын материалдардан (тісті доңғалақтар, муфталар, кронштейндер, тетіктер және т.б.) дайындайды. Беттік басып шығарудан үшін әртүрлі корпус өнімдерін алуға болады (жеңіл және жүк көліктерінің сырты мен корпусы, кеме соғудың иілмелі корпустық бөлшектерін, күрделі конфигурациядағы қорап тәрізді бұйымдар және т.б.).

Күрделі басып шығару ыстық және суық болады. Ыстық көлемді басып шығару процесінің мәні, оптималды температураға дейін қыздырылған дайындықты жарты басып жығарулардың бірінің ішіне құяды, ол жерде ол қолданысында қалаған пішінге ие болады. Ашық басып шығаруларда бөренелердің қалыптасуы жүреді, сондықтан дақылдың көлемін есептеу кезінде дайын басып шығару көлемін шөгінділер саны бойынша ұлғайту керек. Бұзба басып шығаруды металлмен толтыруды жеңілдетеді және басып шығарманы алу кезінде біршама көлемде айырмашылығы бар бірдей жұмыс бөлшектерін пайдалануға мүмкіндік береді. Жоғарғы ағынның алауына қол жеткізу үшін арнайы аралық кесіледі. Ашық басып шығаруда, дайын басып шығармаларды алуды жеңілдету үшін ағындарда арнайы иілмелі штамптау бейімділігі жасалады. Жабық қаптамаларда басып шығаруларды  жалынсыз жүзеге асырылады. Бұл жағдайда басып шығарма және иілмелі беткейлердің қатысуымен басып шығарудың еркін шығарылуына кедергі болады, сондықтан арнайы шығару құрылғысы қолданылады. Бұзылмалы басып шығаруларға жікті басып шығармалар және пресстеу типіндегі сықпалы басып шығарула жатады. Ыстық көлемді басып шығаруға арналған басып шығарулар типінің негізгілері 1.15. суретте ұсынылған.

Сурет 1.15. Көлемді басып шығаруға арналған басып шығармалар түріштамповки: а

в

соққы; 6 — итергіш

б а в

Суық күйдегі басып шығаруды, ыстық күйде  қолданылатын өңдеумен бірдей тіректерде жүзеге асырылады. Суық тай басып шығарудың белгілерінің негізгі артықшылығы шағын қалыңдығын (жолақты) және көлденең қиманың (бар, сым) дайындықтарын деформациялау мүмкіндігінен тұрады. Суық көлемді басып шығару процесінің мысалдары болттар, шегелер, бұрандалар және шарлар тәрізді бар өнімдерді дайындау үшін салқындатқыш процестер болып табылады.

Бетті басып шығарудан автомобильдер, тракторлар, ұшақтар, ауылшаруашылық техникалары, тоңазытқыштар үшін өнімдер шығарады. Әсіресе, беттік басып шығарудың кеме жасаудағы (корпустың өндірісі, есіктері, палубалары, қалқандары) қолданылуы өте үлкен. Машинажасаудың негізгі салаларында және халық арасындағы  өндірісте тауарларды тұтыну материалдардың қолданылуында арналған беттік басып шығару үлес салмағы 60 ... 98% құрайды.

Беттік басып шығарудың негізгі операцияларының схемасы. 1.16. сурет Әдеттегі МҚӨ процестерінде деформация жылдамдығының жоғарылауы металлдың төзімділігін төмендеуіне көмектеседі. Алайда, жоғары жылдамдықтағы өңдеу кезінде, беріктігін арттыру ғана емес, сонымен қатар металлдың төзімділігі де артады. Жоғары деформация жылдамдығының оң әсерін қолдану жарылыспен электр гидравликалық басып шығару  арқылы жүзеге асырылады (1.17-сурет). Жарылғыш заттардың жарылыс толқыны сұйықтық арқылы беріледі.

г

Электр доғалы дәнекерлеу . Дәнекерленген  құрылымның материалына, оның жалпы өлшемдеріне, дәнекерленген металдың қалыңдығына және дәнекерленген өнімнің басқа да ерекшеліктеріне байланысты электр доғалық дәнекерлеудің әртүрлі түрлері пайдаланылады. Сондай-ақ, көміртекті және төмен қорытылған құрылымдық болаттан жасалған конструкцияларды өндіру үшін, қалың жабындысы бар жоғары сапалы электродтармен қолмен дәнекерлеу, автоматты және жартылай автоматты суасты доғалы дәнекерлеу, сондай-ақ көміртегі қос тотығындағы дәнекерлеу кеңінен қолданылады; жоғары легирленген болаттардың, оларға негізделген түсті металдар мен қорытпалардың дәнекерлеу конструкцияларында аргонды дәнекерлеуді қолданады, бірақ белгілі бір жағдайларда электр дәнекерлеудің белгілі бір басқа түрлерін қолдануға болады.

Дәнекерлеудің барлық әдістерінен қалың қапталған электродтарды балқыту арқылы қолмен дәнекерлеу доғалық дәнекерлеудің кең тараған түрі. Дәнекерлеу процесі 1.18, а. суретте келтірілген. Доға 2 дәнекерлеу генераторынан немесе түзеткіштен дәнекерлеу трансформаторынан ауыспалы токпен және тұрақты токпен қуатталады. Ең көп қолданылатын тұрақты ток. Қазіргі уақытта қалың жабық электродтар ғана пайдаланылады, яғни, белгілі бір өлшемдердің металдық штангасы (шыбықтың) жақпамен жабылады (электродты жабу). Балқытумен бірге еріту кезінде жабынның құрамы дәнекерленген металлдың жігінің тотығуынан және азоттануынан қорғайды және дәнекерленген металлды қажетті механикалық қасиеттерге, сондай-ақ доғаның жануға тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Егер доға тұрақты тоқпен берілсе, онда электродтың түріне байланысты тікелей немесе кері байланыс полярлығы пайдаланылуы мүмкін. Тікелей полярлық - қуат көзідеп, қуаттың теріс полюсі электродқа, оң полюсі өнімге қосылған болса, ал керісінше полярлықта керісінше кері байланыспен байланыстырылады. Көптеген сапалы электродтар маркасы үшін, кері полярлық ұсынылады. Тікелей әсер доғасы арқылы тұтынылмайтын (көміртекті) электродтарды қолмен доғалық дәнекерлеу жіңішке беттік көміртекті құрылымдық болатты дәнекерлеу, сондай-ақ оларға негізделген кейбір түсті металдар мен қорытпаларды дәнекерлеу үшін қолданылады. Дәнекерлеу процесінің схемасы  1.18, б. суретте келтірілгін.  Дәнекерлеу доғасы тікелей полярлықтың тұрақты тоғын қамтамасыз ететін кезде орындалады, бұл процестің үздік тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Қазіргі уақытта дәнекерлеудің бұл әдісі сирек пайдаланылады.

Көмір электродтарына жанама әсер ету арқылы қолмен дәнекерлеу болаттың жіңішке бөлшектерін дәнекерлеуге, солардың негізіндегі кейбір түсті металдар мен қорытпаларды дәнекерлеу үшін ғана пайдаланылады. Дәнекерлеу процесінің схемасы 1.18, в, г суретте келтірілген.

Сурет 1.18. Электр доғасын дәнекерлеу схемалары a,б  - еритін және ерімейтін электродтарға сәйкес қолмен доғалай дәнекерлеу; в, г - тұрақты немесе үш фазалы токпен, тиісінше, жанама әрекет ететін әрекеттің доғалы қолмен дәнекерлеу; д - автоматты түрде су құйылған доғалық дәнекерлеу; e, ж - толтырғыш материалды қолмен және механикалық беру арқылы тиісінше вольфрам электродымен аргонды доғалы дәнекерлеу; 3 - плазмалық дәнекерлеу; 1 - электрод; 2 - доға; 3 - негізгі метал; 4 - толтырғыш сым; 5 - беру механизмі; 6 - электродты сым; 7 - ағымдық қорғасын; 8 - сұйық шлак; 9 - ағын; 10 - қожды қыртысы; 11 - дәнекерленген жік; 12 - сұйық металл; 13 - қыздырғыштың тұтқасы; 14 - саңылаулар; 15 - қорғаныс газдың атмосферасы; 16 - саңылаулар; 17 - қыздыру корпусы; 18 – сымы бар кассета; 19 - дайындық

Бұл жағдайда дәнекерленген тігіс, әдетте, толтырғыштың (қосымша) металдың қатысуынсыз екі жақты жиектердің балқуына байланысты қалыптасады. Электр доғасының тұрақты қуат көзінің тоғымен тұтынғанда электродтардың тұтылуы бірдей болмайды (электрод анод болып табылатын, ол үлкен жылуды жіберудің арқасында әлдеқайда жылдам пайдаланылады) доғаның электродты біркелкі разрядтау қамтамасыз етілуі үшін, бұл жағдайда доғаның қуат көзі кезекпен орындалады.

Автоматты және жартылай автоматтандырылған су асты доғалы дәнекерлеу көміртекті төмен қосылған және жоғары легирленген болаттардың кейбір сорттарын дәнекерлеу үшін қолданылады. Шағын көлемде бұл әдіс белгілі бір түсті металдар мен оларға негізделген қорытпаларды дәнекерлеуде қолданылады. Су астында дәнекерлеу кезінде (1.18, д. сурет) доғаның қалың қабаты (40 ... 60 мм) дәнекерленген металдардың қосылысына құйылған балқытылған ағынның көпіршігінде күйдіреді. Дәнекерлеу кезінде, доға балқытылған және балқытылмаған ұнтақталған ұнтақ ағынымен жабылады, металды шашырамай қорқынышсыз ашық доғалық дәнекерлеумен салыстырғанда ток тығыздығы бірнеше есеге көбейтілуі мүмкін, бұл өнімділік процесін айтарлықтай (бірнеше есеге) арттырады. Қолмен доғалық дәнекерлеумен салыстырғанда қалыңдықтардың жолақтары кеңейтіліп, екі жақты тістелмейтін дәнекерлеудің, дәнекерлеуге арналған бөліктерді дайындау уақытын азайтады. Доғаларды тоқпен қуаттандыру қалай ауыспалы токпен іске асса, дәл солай  тұрақты токпен де қуаттауға болады. Дәнекерлеу бассейнінің көлемі (балқытылған металл және ағын) жеткілікті үлкен болғандықтан, олардың ағызуын болдырмау үшін бұл әдіс төменгі позицияларда ғана орындалады. Дәнекерленген жікс көлденең жазықтықта немесе дәнекерленген беттің өте аз қисықтарында орналасады, әдетте, горизонттағы 7° аспайды. Бұл осы дәнекерлеу әдісінің көлемін бірнеше  шектейді.

Вольфрамды электродпен аргон доғалық дәнекерлеу келесідей орындалады (1.18-сурет, е, ж сурет). Вольфрамды электродты арнайы қыздырғыштың ағымдық тасымалдағышына тіркейді, оған ток-тасымалдағыш және инертті газ-аргонды тіркейді. Шанышқылардың саптамасынан 16 шығып, аргон ағыны ауаны шығарады және электродты, доғаны және дәнекерлеу бассейінін тотығудан және азоттанудан сенімді қорғайды. Осылайша, прцесс дәнекерлеу аймағының ауамен байланысынан реактивті қорғаныспен жүзеге асырылады. Жікті (роликті) нығайту үшін қосымша (толтырғыш) метал қажет болса, дәнекерленген металл сияқты бірдей немесе ұқсас құрамды толтырғыш сымды доғаға жіберіледі. Процестің осы схемасы бойынша ауаның оттегі мен азотынан дәнекерлеу бассейнінің (және, қажет болғанда, салқындатқыш жіктің) өте сенімді изоляциясы бар, бұл әдіс, негізінен, металдар мен қорытпа-

лардың дәнекерлеу өнімдері үшін пайдаланылады, олар газдарға үлкен жақындығы бар - ауа компоненттері (мысалы, титаннан, цирконийден, алюминийден, магнийден және басқа да химиялық белсенді металдардан) немесе коррозияға төзімді болаттан және басқа да материалдардан жауапты құрылымдарды өндіруде.

Плазмалық дәнекерлеу (1.18, з - сурет) - аргон доғалық дәнекерлеудің бір түрі. Аргонды доғалыдан айырмашылығы, электрод пен өнім арасындағы доғаның шүмегінің шүмегінен еркін ағатын аргон ағынында жанып тұрған кезде, плазмалық дәнекерлеу кезінде доға, шырақтағы жіңішке бұрғылаудан өтетін - плазмотрон  деп аталатын газ ағыны қысылады. Доғаны  қысу оның бағанының температурасын арттыруға әкеледі: еркін жалынмен жанып жатқан доғада, бұл температура шамамен 5 730 °C, қысыңқы доғаны жағу кезінде температура 14730 ... 24730 °C дейін көтеріледі. Соның салдарынан газдың иондалу дәрежесі артады, бұл өз кезегінде дәнекерленген металды жергілікті қыздырудың тиімділігін арттырады. Сонымен қатар плазмалық генератордан басқа, қорғаныш газы дәнекерлеу аймағын ауамен байланыста сенімді оқшаулауды қамтамасыз ететін қыздырғыш арқылы қамтамасыз етіледі. Плазмалық дәнекерлеу аргонды доғалы дәнекерлеуде қолданылатын дәл сол материалдарды қосу үшін қолданылады.

Көмірқышқыл газымен дәнекерлеу көбінесе көміртекті және төмен қорытпаланған құрылымдық болаттан жасалған жалпы конструкцияларды өндіруде және машина жасауда қолданылады. Әдетте дәнекерлеу электродтық сыммен жасалады, оның құрамында деоксидизаторлардың жеткілікті саны - кремний және марганец бар.  Бұл жоғары температурада көміртек диоксидінің көміртек тотығы мен оттегіге бөлінетіндігімен және дәнекерлеу аймағында соңғысы 20% немесе одан да көп мөлшерде болуы мүмкін. Осылайша, дәнекерлеу аймағындағы көміртегі диоксиді күшті тотықтырғыш болып табылады және шын мәнінде пісіру бассейнін азитритден қорғайды. Дәнекерлеу бассейнінде жеткілікті мөлшерде кремний мен марганец болған жағдайда, бұл элементтер деоксидизаторлар ретінде жұмыс істейді және осылайша қажетті композицияның дәнекерленген металын алуға мүмкіндік береді және дәнекерлеу бассейнінің контактісінен газ ағынын сенімді қорғап, нитраттардың пайда болу мүмкіндігін болдырмайды.

Газды дәнекерлеу . Газды дәнекерлеу кезінде (1.9, а - сурет), дәнекерленетін металдың екі жағы экзотермиялық реакцияның жылуында ерігенше қыздырылады, содан жанғыш газдың (әдетте С

ацетилені) және оттегі арасындағы дәнекерлеу шанышының 4 жалынына дейін жылытылады. Ацетилен судың өзара әрекеттесуімен кальций карбидінен алынады. Ацетиленді оттегі қоспадағы жану құрылымы үш аймақты құрайды - ядро (І), орташа аймақ (ІІ) және алаудың (ІІІ) (1.19, б - сурет) болуы арқылы

Сурет. 1.19. Газ дәнекерлеу процесінің (а) және ұзындығы бойынша жалынның t температурасының схемасы:

сипатталады. Ең жоғары температура (2 730 ... 2,300 ° C) ІІ аймағында орын алады, сондықтан пештің дәнекерлеуі жалынының ядросын дәнекерлеу бассейінінің бетіне тиіп тұратындай етіп орналастырады. Газды дәнекерлеу жұқа тақтайлы болаттан жасалған бұйымдар өндірісінде қалай қолданылса, дәл солай шойынды дәнекерлеуде (жөндеу жұмыстары үшін) және оларға негізделген кейбір түсті металдар мен қорытпаларда да қолданылады.

Термитті дәнекерлеу . Дәнекерлеудің бұл түрі термит компоненттерінің алмасу реакциясы кезінде босатылған жылу энергиясының арқасында жүзеге асырылады - темір оксидтерінің қоспасы (шамамен 80%) және ұсатылған алюминий (шамамен 20%). Термитті дәнекерленген қосылыстың пішінімен (рельстер, темір дөңгелектер, кемелердің пропеллерлік біліктері және басқа да бұйымдар) байланыстыратын және магний немесе электрлік сақтандырғышпен жылтыратылған арнайы пышақпен жүктеледі. Жану нәтижесінде қатты қызып кететін металл қосындыға ағып кетеді Термитті дәнекерлеуден басқа қосымша, кейбір жағдайларда термитті дәнекерлеуде қысымды пайдаланады, онда ол, қылшықпен жылытылған біріктірілген бөліктердің қыздырылған шеттері арнайы құрылғы арқылы қиылысатынымен ерекшеленеді.

Байланысты дәнекерлеу . Орындалатын қосылыстардың түріне сәйкес, байланысты дәнекерлеудің үш негізгі түрі термитті де бөледі: түйісу нүктесі, дәл нүкте және жікті немесе роликті дәнекерлеу (1.20-сурет). Бөлшекті дәнекерлеу кезінде (1.20. а - сурет) біріктірілетін бөлшектер арқылы  қосылған бөліктердің түйісінен  электр тогын өткізеді. Дәнекерлеу аймағын жылытқаннан кейін  түсіруді іске асырады.

Нүктелі дәнекерлеу кезінде (1.20, б), біріктірілетін бөліктер, көбінесе парақтар, ішінен ағатын су арқылы салқындатылған екі мыс электродтарының арасында дәнекерленген және қысылып, дәнекерлеу нүктесіне әкеліп, қиылған конустың

Сурет 1.20. Байланыстыру дәнекерлеуінің түрлері: а

б

в

дәнекерлеу трансформаторы;

Ағым бір электродтан екіншісіне металдардың қалыңдығы арқылы қосылып, олардың арасындағы байланыста болады және оларды жергілікті қыздыруын (балқу нүктесіне дейін) іске асырады.  Электродтарға қолданылатын F күшінің көмегімен, шөгінділер жоба жасайды. Нәтижесінде пайда болған дәнекерленген қосылыс, нүкте деп аталады, жоспарда диаметрі бірнеше миллиметр болатын пішіні бар. Жікті дәнекерлеу кезінде электродтар ағымды токты өнімге алып келеді ол шөгуді іске асырады, олар өнімде жүретін роликтердің пішініне ие, сондықтан байланысты дәнекерлеудің осы түрі де роликті дәнекерлеу деп аталады (1.20. в - сурет). Жіктік дәнекерлеу кезінде беттер үздіксіз, тығыз жікпен біріктіріледі. Электр байланысының дәнекерлеулерінің барлық түрлері өндірісте кеңінен қолданылады және бірқатар салаларда (мысалы, автомобиль өнеркәсібінде) басқа дәнекерлеу әдістерімен салыстырғанда ең көп табуға болады.

Дәнекерлеу материалдары .

Қолмен доғалық дәнекерлеуге арналған электрод

Кез-келген электродты жабу құрамына тиісті функцияларды орындайтын материалдар кіреді: шлакты құрастыру (мысалы, марганец рудалары, гематит, гранит, мәрмәр, рутил және т.б.); ағын, яғни қылшықтың ағуын қамтамасыз ету (флуоресцентті); газды құрайтын (мәрмәр, магнезит, органикалық заттар); деоксидизирлеу (оттегі үшін үлкен жақындығы бар элементтердің ферроқорытпалары); қоспалау (түрлі элементтердің ферроқорытпалары). Ең көп қолданылатын электродтар - УОНИ-13/45.

Автоматты және жартылай автоматты дәнекерлеуге арналған ағындар дәнекерлеу ваннасының ауамен байланыста болуын, дәнекерлеу бассейнінің металды легирлеуін, буындардың қажетті қалыптасуын және доғалық жануды тұрақтандыруды қамтамасыз етуі тиіс Шамамен тек қана тек қана пайдаланылатын тотығу ағындары, олар түрлі оксидтер мен фторидтердің қорытпасынан тұратын дәндер болып табылады. Көбінесе көміртекті және легирленген құрылымдық болаттарды дәнекерлеу кезінде OCЦ-45 және AН-348A маркасының ағындары қолданылады.

Көміртектің қос тотығы қуаттылығы 7 МПа болатын 40 литр қара цилиндрлерде жеткізіледі. Бұндай цилиндрге 25 кг салмағы бар сұйытылған көміртегі қышқылы булану кезінде шамамен 12,5 м3 газды беретін газ құйылады.

металдарды металға қатты күйде дәнекерлеген күйдегі ерітінді температурасында ұстайтын, суланған ерітінділердің беттерін толтырып, кристалдану нәтижесінде пайда болатын жікті қосындылармен толтырады. Дәнекерлеуге барлық көміртекті және легирленген болаттар, қатты қорытпалар, шойын, мыс, никель, алюминий және т.б. беріле береді. Дәнекерлеу әдісі пайдаланылатын қыздыру көздерімен, түйіннің түрі мен дәнекерленген буындарды алу технологиясымен анықталады. Жылытуға кеңінен қолданылатын әдістерге электрлік пештер, газ оттығы пештері, жылытылатын қондырғы (мезгілді қыздыру дәнекерлегіші, электр дәнекерлегіш), электролитикалық ванналарда (белгілі бір құрамның балқытылған тұздары), балқытылған тұзды (иммерсия) жылыту жатады. Индукциялық пештерді, жоғары және өнеркәсіптік жиіліктердің токтарының, байланыс (дәнекерлеуші) машиналарда, газ қыздырғыштарында, дәнекерлеу лампаларында айтарлықтай жиі пайдаланылады.

Металлдарды газды оттегі кесу - таза оттегі ағынымен қатты металды жандыру арқылы алу. Техникалық таза оттегіде, кесуді бастауға қажетті температурада металды тотықтыру жылдамдығы соншалықты үлкен болатындығы сонша, металлдың жануы басталады. Жану үрдісінің үздіксіздігі үшін белгілі бір шарттар орындалуы тиіс: тотықтырғыштың беткі қабатсыз металмен байланысуы; қышқылданбаған металды тұтану температурасына үздіксіз қыздыру; металмен байланыста болатын газ тәріздес ортада оттегінің жеткілікті жоғары концентрациясы. Жоғары сапалы (тегіс) кесу бетіне қол жеткізу үшін металлдың кесілуі белгілі бір талаптарға сәйкес болуы керек: • металдарды күйдірудің температурасы оның балқу температурасынан төмен болуы тиіс, жану кезінде металлдың өзі еріп кетпес үшін; • металлдың жану өнімдері кесілгеннен кейін оңай алынып тасталуы үшін сұйық болуы керек, кескіш кесу сызығының бойымен қозғалатындықтан, металл бетін оттегі ағынымен үздіксіз байланыста болу үшін ашуы керек. Мұндай талаптар төмен көміртекті құрамы бар темір, көміртекті және төмен легирленген құрылымдық болаттармен орындалады: темірдің балқу температурасы - 1 536 ° С, жану температурасы - 1 200 ° С, темір оксидінің балқу температурасы - 1 370 ° С. Ең нашар сипаттамаларға - никель мен мыс ие; осылайша мыс балқытушы температура 1 083 ° C, мыс оксиді 1230 ° С болады. Жоғарыда келтірілген талаптарды қанағаттандырмайды, алюминий, магний, балқу температурасы бар, ° C: алюминий - 658; алюминий оксиді - 2 050; магний - 651; магний оксиді - 2 500. Инжекторлық газды қыздырғыштың схемасы 1.21 суретте келтірілген. Металлдың тұтану температурасын кесуді қыздыру үшін клапандар 7 және 6 ацетиленді және оттекті жеткізуді қамтамасыз етеді, тиісінше, отынның жалынының қоспасын отындық арнадан

Сурет 1.21. Инжекторлық газды қыздырғыштың схемасы: 1 - саңылаулар; 2 - ұшы; 3 - араластыру камерасы; 4 - инжектор камерасы; 5 - инжектор; 6 - оттегі клапаны; 7 - ацетиленді клапан; 8 -

ацетилен арнасы

1-бөліктен тұратын қоспадан шығару кезінде пайда болады.   Кесудің басталған жерін қажетті температураға дейін қыздырғаннан кейін, оттегі кесу ағыны беріледі. Жалпы ақпарат. Барлық дерлік сызбамен тапсырылған машина бөлшектері және аспаптары соңғы өлшемдері мен пішіндерін механикалық өңдеуден өткен сон, яғни кесумен өңдегеннен кейн  алынады.  Өңдеудің алдында бөлшек дайындама деп аталады; өңдеу кезінде дайындамадан артық металдарды алып тастау керек, оны өңдеу әдібі деп атайды. Дайындамадан әдіпті кесу немесе өңделген қабаттың куйінің өзгеру қозғалысы негізгі немесе кесу қозғалысы деп аталады. Негізгі қозғалыс екеу: басты қозғалыс және беру қозғалысы. Басты қозғалыс жоңқаның бөліну жылдамдығын анықтайды. Оның жылдамдығы беру қозғалыс жылдамдығынан тезірек. Беру қозғалысы жаңа метал қабатын кесу құралының тоқтамай кірекесумен және барлық өңделетін қабаттан жоңқалардың алынуын қамтамасыз етеді.

Кесумен өңдеудің мынандай түрлері бар:

а

д

ж

r

Sn

кесу құралы ретінде кесу қабілеті өткір абразивті түйірлі қырлармен  және олардың байланыстарымен, және де абразивті құрал құрылымын қамтамасыз ететін шлифтеу домақтары (1.22 сурет, д, е) және қайтақтар қолданылады; • тартылу, тесіктерді, ойықтарды кесуде, оймакілтектерді және жырашықтарды көпжүзді құралмен - созу (1.22, ж сурет) өңдеуде жоғарыөнімділікті береді. Созудың кесу жиегінің әр кезекті тісі алдыңғыға қарағанда жоғарырақ, сондықтан оның жіңішке жоңқалар орамы үлкен болады және өңделген беттің тазалығы жоғары болады. Жонумен өңдеу. Кесумен өңдеудің кең таралған тәсілдерінің ішіне жонумен  өңдеу жатады. Жалпы металкескіш жабдықтар паркінде жонғыш білдіктің үлесі  30...40%.

Сурет 1.23. Жонғыштың сұлбасы:

І — жұмыс бөлігі (кескіштің басы); ІІ — жалғау бөлігі(ұстағыш, кескіштің денесі);

Кезкелген кесу құралының кесу жұмысы дайындаманың денесіне ендіретін және кейіннен берілген бөлікті басатын сынаның әрекетіне негізделгенөңдеу әдісіне байланысты (қайрау, бұрғылау,фрезерлеу және т.б.) кесу құралдары конструкциясы бойынша біршама өзгеше, бірақ кесу элементтерінің қалыптастырылуы бірдей. Сондықтан, кесу құралдарының геометрикалық параметрлерін зерттеу ең қарапайым  жону өтпелі кескіш мысалында қарастырған оңай. Жону кескіші (1.23 сурет) екі бөліктен тұрады: жоңқаны кесуді істейтін – жұмыс бөлігі және құралды білдекке бекітуге арналған білік – жалғағыш  бөлік. Кескіштің жұмыс бөлігі бірнеше элементтерден тұрады: жоңқаны кесу үрдісінде жасалатын – алдыңғы бет, кесу бетіне қаратылған – негізгі артқы бет; өңделген бет жаққа қаратылған –

Басты кесу жиегі алдыңғы және негізгі артқы бет қиылыстарында құрылады. Көмекші кесу жиегі алдыңғы және көмекші артқы бет қиылыстарында құрылады. Басты және көмекші кесу жиектерінің қиылысу нүктесі кескіш шегін құрады. Үшкір кескіш шек морт болғандықтан, қолданыста оны біршама мұқалтады. Кесу үрдісінде үш түрлі жоңқа пайда болуы мүмкін:ағызу, уату, жару(1.24 сурет). Ағызу жоңқасы (1.24, а сурет)

Сурет 1.24. Жоңқа түрлері: а

иілімді материалдарды (жұмсақ болат, мыс, алюминий және т.б.) өңдеуде құрылады және тұтас тегіс таспа түрінде болады. Жоңқаның бөлек элементтері бір-бірімен берік байланысқан. Уату жоңқасы (1.24, б сурет) тұтқырлығы жоғары материалдарды (қаттылығы жоғары болат, жездің кейбір түрлері) өңдеуде құрылады. Оның жеке элементтер арасанда уату жазықтығы анық көруге болады, ал жоғарғы жағы ара сияқты пішінде болады. Үрдістің басты сипаттамалары болып, кесу жылдамдығы, кесу тереңдігі және беру жылдамдығы болып табылады. Кесу жылдамдығы құралдың кесу жиегімен жүріп өткен нүктесімен басты қозғалысқа бағытталған уақыт бірлігінде дайындамаға қатысты ұзақтықпен анықталаты. Жоңқамен кескі бетінің арасында жылытуға әкелетін және кесу жиегін осалдандыратын үйкеліс пайда болады. Сондықтан, құралхана материалдарында қаттылық, тозутөзімді және жылуға төзімді болу керек. Қызудың кері әсерін азайту үшін майлап-суыту сұйықтығын қоладады. Фрезермен өңдеу. Фрезер көмегімен тегіс беттерді, ойықтарды, кертпештері, жырашықтарды өңдейді. Фрезерлеуде кесу құралы (фреза) айналмала қозғалады, ал дайындама беру ілгермелі қозғалады.  Фреза көпжүзді құрал болып табылады. Фреза тістері өңделетін бөлшектен жоңқаларды бөледі. Фрезаның әртүрлі түрлерін 1.25 суретте көрсетілген.

а

сурет ) цилиндрлік тесіктерді өңдейді. Құралдың айналмалы қозғалуына (басты қозғалыс) байланысты

тесіктің осін белгілі  бағытта ұстау үшін әдетте кезеулеткіш пешін 2 төлкемен 3 қолданады. Төлкені 3 қолдану тесіктің белгіленген осінің жылжуын  азайтады. Әдетте бұрғының 4 кесу жиегінің саны екіге тең, ал шиыршық жырашық жоңқаны әкету жұмысын атқарады.

деп

(1.26, б

кесу жиегінің саны  6 — 12. Ұңғылау кезінде металдан өте жіңішке қабаты алынады.

өңдеу берудің тіксызықты негізгі қайталма-іргелмелі қозғалысымен және үзілісті қосғалыспен ситпатталады. Негізгі қайталма-іргелмелі қозғалыс қос жүрістерден тұрады. Тік жүрісте дайындамадан жоңқа (жұмыс жағдайындағы жүріс) кесіледі, ал қайталмада (бос жүріс) орындау мүшелерінің (үстел немесе кескі) қайта орнына келеді және жоңқа алынады. Құрылымды орындалуына қарай көлденең- және бойлай- сүргілеу білдегі деп бөледі. Көлденең-сүргілеу білдегінде (1.27, а

сурет ) басты қайтарма-ілгері қосғалысты кесетін құрал жасайды, ал дайындама басты қозғалыс бағытына көлденең мерзімді қозғалыс жасайды. Тік және көлбеу беттерді өңдеу кезінде кесу құралына мерзімдіқозғалыстың берілуін хабарлайды. Көлденең-сүргілеу білдегінің кіші және орта дайындамаларын өңдеуде қолданады. Көлденең-сүргілеу білдегінде өңдеу сұлбасы (1.27, б сурет) дайындаманың негізгі қайтарма-ілгермелі  жылжуын және тік, көлденең және көлбеу бағыттарында кесу құралының мерзімді қозғалыста берілуімен сипатталады.

Сурет 1.26. Бұрғылау (а), үңгілеу (б), ұңғылау (в):

Сурет. 1.27. Көлденең беттеудегі (а), бойлық-(б) және қаттылықты өңдеу машиналары (в):

r

Сәндеудің бір түрі - шиеленіс болып табылады (сурет 1,27, в),  ол басты қайтқыш-құйма әрекетімен кескіш аспаптың басты тік бағытында көлденең жазықтықта дайындаманың мерзімді қозғалысын сипаттайды. Тегістеу. Абразивті құралының көмегімен кескіш материалдарды кесу процесі абразивтік материалдардың дәндері болып табылады, олар тегістеу деп аталады. Тегістеу шикілей, аяқтау және өңдеу үшін қолданылады. Тегістеу кезінде басты қозғалу кескіш аспаптың айналуы болып абылады (жиі тегістеу дөңгелегі) өте жөғары жылдамдықпен. Әрбір абразивтік ноқатты байланыстырушы материалмен ұсталынып тұрады, чиптерді алып тастайтын кескіштің тісі ретінде жұмыс істейді. Табиғи абразивтік материалдарға Алмаз, Корунд, Зығыр және т.б. кіреді. Алайда, осы материалдардың қасиеттері тұрақсыз және олардың қорлары шектелгендіктен, өнеркәсіпте негізгі пайдалануда жасанды абразивтік материалдар бар: электрокорунд, бор карбиді, синтетикалық алмаздар және өте қатты материалдардан, кубикалық нитрид борының негізінен алынған. Тегістеу үшін кесу сызбасы 1.28. суретте көрсетілген. Тегістеудің бірнеше сызбалары бар.

° з-

при шлифовании: в р

атно-пост у

ботка ведется с помощью вращающегося                                                                                                              шлифовального -

материалы;

движе- -                                                     ние; D^p — движение подачи        круга. Сурет. 1.27. Көлденең беттеу (а), бойлық-

Жайпақ тегістеу магниттерді тарту арқылы әдетте жұмыс үстеліне бекітілген, қозғалысқа келтіретін қайта өңдеуден кейінгі дөңгелекке қатысты айналып тұратын шеңбердің перифериясымен жүзеге асырылады. Жайпақ тегістеу үшін айналып тұрған тегістеу дөңгелегіндегі соңғы беттегі дайындықты да қолданылады. Бұл жағдайда, алдыңғы бөлігінде болғандай, дайындау материалы өзара әрекеттеседі. Тегістеу әдістерінің сипаттамалары аяқтау операцияларын  қамтиды. Олар өңделген беттің жоғары дәлдігі мен кедір-бұдырын алу үшін орындалады. Аяқау операцияларына құрғақ, суперфинализация және жылтыратуды жатқызады. Құрғату арқылы жоғары дәлдікті және өте аз көлемде кедір-бұдырды алуға болады. Құрғату арқылы өте кішкентай сопылықты және тесіктердің конустықтарын жояды, бірақ тесіктердің осьтерінің орналасуын түзете мүмкін емес. Құрғату ішкі беттерді тазалау үшін абразивтілігі барлармен көмектеседі. Құрғату схемасы 1.29, а суретте көрсетілген.  4 дайындамадағы тесіктер арнайы құрғату құралдардарымен өңделеді Құрғату бір мезгілде екі қозғалыс түрін орындайды: айналмалы және рециркуляторлық. Өңделетін бетіндегі қозғалыстарды біріктіру нәтижесінде қиылысатын сызаттардың тамаша торы пайда болады - абразивті ноқатшалардың кесу іздері. Бұл тор жағылған майды жақсы ұстайды. Кедір-бұдырлық параметрлерін азайту және сыртқы цилиндрлік бетінің дәлдігін арттыру үшін супер-әрлеу қолданылады (Cурет 1.29, б). Дайындаудың жоғары сапасына ұшыраған 4 дайындаманың беті ұсақтаумен байланыста

Сурет 1.29. Құрғату  (а)  және суперәрлеу (б):

ос

3 арнайы ұстағышта, 5 арнайы ұстағышқа бекітілген. Сонымен қатар, жолақтар аздық күшпен басылады. Өңдеу жолақтардың тербелгіш қозғалыстарымен орындалады. Қолданылатын бетінің кедір-бұдырын азайтудың ең көп таралған әдістерінің бірі

жылтырату болып табылады. Бұл жағдайда бетіне айна нұры беріледі. Жиі жылтыратуды жұмсақ (мысалы, киізден немесе киізден) шеңберлерге арнайы паста қолдану арқылы жүзеге асырылады, оның құрамына абразивті майда ноқатты ұнтақтар кіреді.

Бақылау сұрақтары 1. Қандай жолмен дайындықтарды алуға болады? 2. Құю құймаларының қандай қасиеттері болуы керек? 3. Дәнекерлеудің қандай түрлері бар? 4. Кесумен өңдеу  дегеніміз не? 5. Неге кесумен өңдеу кезінде дайындама мен құралды салқындатып, майлау керек? 6. Жону станоктары бойынша қандай жұмыстар атқаруға болады? 7. Қандай станоктарда тесіктерді жөндеуге және өңдеуге болады? 8. Фрезерлік станоктарда қандай жұмыс түрлерін жүргізуге болады? 9. Соққылау дегеніміз не? 10. Тегістеуді қандай мақсатпен жасайды?

2.1. Металлдар мен қорытпалардың жалпы сипаттамалары Металлдар мен олардың қорытпаларын машина жасауда, құрал – жабдықтарда және т.б. жерлерде қолданады. Жасанды жолмен жасалынған материалдарға қарағанда, керамикалық, қаңылтыр металдардың негізі құрылымдық материал болып табылады. Табиғатта металлдар таза күйде, сондай-ақ кен, оксид және тұз түрінде кездеседі. Таза күйде кездесетін химиялық тұрақты элементтер (Pt, Au, Ag, Hg, Cu). Д.И. Менделеевтің ашқан 109 периодтық элементтер жүйесінің ішінен, 22 бейметалл болып табылады. Металдық материалдар негізінен екі үлкен топқа бөлінеді: темір және темірдің қорытпалары (болат және шойын) қара металлдар, ал қалған металлдар мен олардың қорытпаларын– түсті металлдар деп атайды. Сонымен қатар, барлық түсті металлдар техникада қолданылады, өз кезегінде мынадай топтарға бөлінеді:

Металлдардың қасиеттері әр түрлі.

Сынап -38,8 °С температурада қатады; вольфрам жұмыс температурасын 2 000°С   дейін сақтап тұрады (балқу температурасы 3 410°С); литий, натрий, калий

судан жеңіл; иридий және осмий литийдан 42 есе ауыр; күмістің тоқ өткізгіштігі марганецке қарағанда 130 есе жоғары. Сонымен қатар металлдар жалпы ортақ қасиеттерге де ие. Оларға: . Металлдар мен қорытпалардың жалпы  қасиеттері – олардың кристаллдық құрылымы, атомдық кеңістікте орналасуын сипаттайды. Атомдық – кристаллдық құрылымды сипаттау үшін кристаллдық торлар пайдаланылады, торлар мен иондар (атомдар) кеңістік түйіндерінде болады. Атомдық – кристаллдың құрылымы көлемдерінің периодты түрде қайталанбауы және бір элементтік ұяшық – барлық үш өлшемде қайталанатын ұяшықтары суретте кескінделген. Мұның ең кіші көлемі туралы хабар тарату арқылы кристаллдың құрылымын көруге болады (сурет 2.1). Кристалдағы элементарлық бөлшектер (атомдар, иондар) тиюге дейін жақындайды. Кеңістіктегі суреттерді тірек сызбалармен ауыстыруды жеңілдету үшін, бөлшектердің ауырлық центрі нүктелермен көрсетілген. Түзу cызықтардың қиылысу нүктелерінде атомдар орналасқан; оларды тордың тораптары деп атайды.   Атом центрлерінің арасындағы a ,b

деп атайды. Олардың металлдардағы ұзындығы шамамен 0,1...0,7 нм, элементарлы ұяшықтардың өлшемі 0,2.0,3 нм. 2.2 суретте кристаллдық торлардың үш түрлі элементарлы ұяшықтары,  металлдар үшін көптеген сипаттамалары көрсетілген:

Сурет 2.2.

Металлдардың кристалдық торларының элементарлы ұяшықтарының типтері және оларға атомдарды орау сызбалары: а

б

в

кубикті көлемді-орталықтандырылған (ККО), кубикті шекті орталықтандырылған (КШО) және гексагональдік тығыз оралған  (ГТО), сондай-ақ оралған атомдардың сызбалары. ККО-торларында атомдар кубтың жоғарғы жағында орналасқан, ал бір атом — оның көлемінің ортасында (2.2 сурет, а). КШО-торларында кубтың жоғарғы  жағында және әр шекараның ортасында (2.2 сурет, б) орналасқан. ГТО-торларында атомдар жоғары жағында және негізінен алтыжақты призманың ортасында, ал үш атом – призма жазықтығының ортасында орналасқан (2.2 сурет, в). Кейбір металлдар әр түрлі температурада түрлі кристаллдық торлы болуы мүмкін. Металлдардың әр түрлі кристаллдық формаларға ену қабілеттерін

a және a-Fe), b жоғарылығына байланысты, содан соң g және т.б. полиморфті түрлендіруді қабылдау белгіленген.

Темірдің полиморфтікке айналуы белгілі: Fe a

о Fe g

(a-Fe о g-Fe), титан: Tі a

о Tі g

Полиморфті айналу кезінде кристалдық торлардың типтері мен формалары өзгереді –

қайта кристалдану орын алады. Осылайша, 911 °С төмен болған кезде a-темір тұрақты, 911... 1 392 °С температуралық интервал арасында g-темір тұрақты болады. 911 °С жоғары қыздырған кезде  ККО-торларының атомдар қайта құрылымдалады, КШО – торларын қалыптастырады. Полиморфизмге негізделген термиялық өңдеу құбылысы. Бір полиморфті формадан басқасына өзгеру кезіндегі қасиеттері, тығыздығы және сәйкесінше өнімнің көлемі өзгереді. Мысалы, g-темірдің тығыздығы а-темірдің тығыздығына қарағанда 3 %-ға артады.

ал нақты көлемі сәйкесінше азаяды. Бұл өзгерістерді термиялық өңдеулер кезінде  ескеру керек. Полярлық экспедиция кезінде ағылшын зерттеушісі Роберт Скоттың қайтыс болуына байланысты қандай да бір себептермен қалайы пайда болды. Керосинге толы канистр қалайымен тығыздалған. Төмен температурада полиморфты өзгеру кезінде  иілгіш ақ қалайы сұр ұнтақталған қалайыға өзгерді. кспедицияның қайтар жолында отын төгіліп, жанармайсыз қалды. Ақ қалайының сұрға өзгеруін қалайы обасы деп атайды. Физика – химиялық зерттеулерде табиғаттың бұл құбылысы олармен күресудің түрлі мүмкіндіктерін берді. Қалайыға висмут, қорғасын және сурьма сияқты элементтерді қосу, қалайының қалайы обасына сезімталдығына қарсы әрекет етеді. Металлдардың кристалдық торларының негізгі типтері 2.1 және 2.2.кестесінде келтірілген. Материалдардың  қасиеттері олардың арасындағы әрекеттесу күштерінен тұратын атомдардың табиғатына байланысты. Аморфты материалдар атомдардың хаотикалық орналасуларымен сипатталады. Сондықтан олардың әр түрлі бағыттағы қасиеттері бірдей, басқаша айтқанда,

Кристалды материалдарда түрлі кристалдыграфикалық бағыттардағы атомдардың арақашықтығы әртүрлі. Мысалы, кубтың шегі арқылы өтетін ККО-торларында кристалдыграфиканың тығыздығында бір ғана атом болады, өйткені төрт атом көрші элементарлы ұяшықтарда біруақытта орналасады: (1/4) • 4 = 1. Дәл осы уақытта жазықтықтағы  кубтың диагоналінде арқылы өтетін екі атом болады: 1 + (1/4) • 4 = 2. Атомдардың тығыздығы бірдей болмағандықтан әр түрлі бағыттағы кристаллдардың әртүрлі  қасиеттері бақыланады. Кристалдардың түрлі қасиеттері тестілеу бағытына байланысты анизотропия деп атайды. Әр түрлі бағыттарда физика – химиялық және механикалық қасиеттердің айырмашылықтары өте маңызды болуы мүмкін. Екі өзара перпендикуляр бағыттағы кристаллдардың температурасының сызықтық коэффициентінің (ТСКК)  айырмашылығы 3 – 4 есе, ал темір кристалдың төзімділігі – 2 еседен артық екендігі өлшенді. Анизотроптық қасиеттер жеке кристалдар үшін немесе монокристалдар үшін сипатталады. Көптеген әдеттегі жағдайда қатайтылған құйылған техникалық металлдар, поликристалдық құрылымға ие. Мұндай металлдар көп санды кристаллдардан немесе ноқаттардан тұрады. (2.3 сурет, а). Сонымен қатар әрбір жеке ноқат анизотропты. Жеке ноқаттардың әртүрлі бағыттары, жалпы, поликристалды металдың қасиеттері орташаланған екендігіне әкеледі.

2.1 . Кесте. Торлары бір типті маңызды металдардың кристалдық торларының типтері

Na, K, V, Nb, Cr, Mo, W

Be, Mg, Zn, Cd

2.2. Кесте  Полиморфты өзгеруі бар маңызды металдардың кристалдық торларының типтері

Fe

a

911 дейін

911 ..

d

1 392

Co

a

477 дейін

b

477 .

Sn

Алмаздық a

13 дейін

Тетрагональды көлемді-ортақтандырылған b

13 .

Mn

Кубтық күрделі көпатомды a

700 дейін

Кубтық күрделі көпатомды b

700 ..

Тетрагональды көлемді-ортақтандырылған

1 079

1 143

Zr

a

862 дейін

b

862 .

Tі

a

882 дейін

b

882 .

Ромбылы a

663 дейін

Тетрагональды көлемді-ортақтандырылған b

764 ..

Сурет 2.3.

Құйма металлдардың ноқаттарындағы кристалдық торлардың бағдарлануы (а) және қысыммен өңдеуден кейінгі (б) Жалпы мәліметтер. Идеалды кристалл торы қарапайым кристалдық ұяшықтардың бірнеше рет қайталануын білдіреді. Нақты металл үшін құрылымдағы кристалдық торлардың атомдарының орналасу кезектілігін бұзатын ақаулардың көп болуы сай, ол материалдың қасиеттеріне елеулі әсер етеді. Кристалдық құрылым ақауларының үш  типін ажыратады: нүктелі, сызықтық және беткі. Нүктелі ақаулар. Мұндай ақаулар (сур. 2.4) барлық үш өлшемдерде кішкентай өлшемдермен сипатталады. Олардың  үлкендігі бірнеше атомдардың диаметрінің үлкендігінен аспайды. Нүктелі ақаулар кристалды торлардағы бос орындардағы түйіндер жатады  - бос орындар (сур. 2,4, а); кристалды торлардың түйіндерінен бос орындарға орын ауыстыратын атомдар – дислоцирлік атомдар (сур. 2.4, б); сондай ақ кристалды торлардың түйіндерінде және бос орындар арасында орналасқан басқа элементтердің атомдары — қоспалы атомдар (сур. 2.4, в) болып табылады. Нүктелі ақаулар қоспалы және дислоцирилді атомдар бөлек немесе тізбектеліп  орналасуы мүмкін. Жылулық, механикалық, электрлік кристалдау процесінде сондай-ақ нейтрондар, электрондар және рентген сәулелерінің жарығының

: а

түсуінен  нүктелі ақаулар пайда болады Атомдардың жылу қозғалысының салдарынан атомдардың орналасқан жерінде бос орындар пайда болуы мүмкін. Жылу кезінде атомдардың бос орынына қарағанда торлы металлдар энергиясының атомдары айтарлықтай көп. Энергия торларындағы металлдар атомдардың шығарылуына байланысты жылу энергиясын берумен сипатталады. Сондықтан металдардағы нүктелі ақаулардың негізі бос орындардың жылуы болып табылады. Бөлме температурасында бос орындарының концентрациясы салыстырмалы түрде көп емес және 1 бос орынға 10

-атомдардан, бірақ, қыздыру кезінде күрт көтеріледі, әсіресе балқу температурасына жақын жерде. Нүктелік ақаулар металдың нақты көлеміне бекітілмеген, олар диффузия нәтижесінде кристалды торда үздіксіз қозғалады. Кристалды торларда үлгі ретінде екі бірдей алюминийді температурада қыздыру негізінде балқу температурасынан аз температурада балқитынын қарапайым эксперимент жасау кезінде дәлелденген. Егер бұл үлгілерді әр түрлі жылдамдықта суытатын болса, онда бөлме температурасында жылдам мұздатылған үлгінің көлемі (шыңдалған) баяу салқындатылған үлгінің көлемі қарағанда 0,2 % - ға артық. Бұл температурада балқу температурасына жақын, атом бөліктерінің диффузиясы әсерінен металдар бетінде көптеген бос орындар пайда болады. Баяу салқындату барысында көптеген атомдар алғашқы орындарына қайтып үлгереді. Тез салқындату кезінде бұл бос  орындар алғашқы орындарына қайтып үлгермейді және мұздатылған үлгі құрылымында қалады. Егер мұздатылған үлгіні қайта қыздырып және баяу суытса, үлгілердің  көлемдері арасындағы айырмашылық жойылады. Бос орындардың болуы диффузия мүмкіншілігін түсіндіреді – атамдардың арақашықтыққа орын ауыстыруы, берілген метал үшін орташа атом аралық арақашықтықты көтереді. Атомдардың орын ауыстыруы бос орындармен орын ауыстыруы арқылы жүзеге асады.

Сызықтық ақаулар. Мұндай ақаулар екі өлшемде де шағын, бірақ үшінші өлшемде айтарлықтай кең өлшемді болып сипатталады. Сызықтық ақаулардың ең маңызды түрі – дислокациялар. Дислокация теориясы металдардың иілгіштігінің және төзімділігінің  табиғатта туралы түсіндіруге мүмкіндік берді. Оны қолдану барысында металдардың төзімділігі туралы практика мен теорияның арасында үлкен айырмашылық барын көрсетті.

Дислокация өз аймағындағы атом қоспаларын тартады, сондай ақ экстра жазықтықтың шет жағында тізбек ретінде сақталады. Мұндай атомдар серпімді бұрмалаудың дислокация – ақпараттық құрылымының деңгейін төмендетеді. Тізбекті құрайтын бөгде атомдар Коттрелл атмосферасын немесе Коттрелл бұлттарын құрайды. Температура артқан сайын Коттрелл бұлттары сейіледі. Температурның ерігіштік шегіне сәйкес температураға дейін төмендеген кезінде екінші фазалы дисперсиялы бөлінуді құрайды.

арасындағы айырмашылықты түсіндіруге мүмкіндік береді. Теориялық беріктік кристалл арасындағы атомдар саны мен атом арасындағы күшпен пропорционалды байланыста болуы керек. Есептік күш-жігер үшін металдың икемділік деформациясы кристаллға қатысты бір бөлігінің екіншісіне қатынасы 2 – 3 сатысында жоғары ығысады. Осылайша,  темірдің теориялық беріктігі шамамен 13000 МПа құрайды, ал іс жүзінде — 250 МПа. Мұндай теорияның іс жүзіндегі беріктігі деформацияның жалпы атомдар жазықтығының ығысуының біруақытта жүруіне байланысты емес, керісінше дислокацияның бірте-бірте ауысуы арқылы түсіндіріледі. Дислокацияның икемділік деформациялық процесіне қатысы шектік дислокация мысалы петінде 2.6. суретте көрсетілген.  Пластикалық ығысу жылжу жазықтығында бірте-бірте ауысу салдарынан туады. Жазықтық бетіндегі сырғудың таралуы кезекпен жүреді. Әрбір дислокацияның бір жағдайдан басқаға ауысуынын қарапайым актісі тек бір ғана көлденең атомдық жазықтықтың бөлінуі арқылы жүзеге асады. Дислокацияны жылжыту үшін кристалдың бір бөлігінің қатаң ығысуына басқа жазықтықтағы ығысуға қарағанда аз күш кетеді. Дислокакцияны бүккіл криссталдың бағытының шегімен айналдырып шыққанда, оның жоғарғы және төменгі бөліктерінде бір атомдық арақашықтық пайда болады. Дислокацияның ауысуына нәтижесінде кристаллдың бетіне шығып жойылады. Бетінде сырғу баспалдағы  қалады. Дислокация  рөлі туралы дәрісінде Эгон Орован дислокацияның жылжуының ұқсастығын жануарлар әлемінің мынадай өкілдерімен теңестірген жаңбыр құрты немесе жыланның қозғалысының ұқсастығын нұсқаған болатын. Бұл жануарлар жер бетімен өз дене бөліктерінің ауысуы арқылы  жылжиды. Сонымен қатар,  толқын өткен бөліктері алғашқы формасына қайта келеді. Иілгіштік жылжу жағдайында жылжыған дислокацияның артында жоғарғы және төменгі қабаттарда құрылым өзінің алғазқы кофигурациясын қалыптастырады. Дислокация қозғалысының екінші ұқсастығы кілемдегі қыртыстарды ауыстыру болып табылады. (сур. 2.7).

Сурет. 2.6. Қарапайым кубтық торда ииілгіштік деформация арқылы дәйекті орын ауыстыру схемасы: a - шеткі дислокацияның бастапқы жағдайы (±); b – дислокация айналасындағы Бюргерстің контуры: b – Бюргерс векторы; x - қозғалыс бағыты; c – сырғудан кейінгі жылжымалы торға арналған Бюргерс контуры Бүктемелердің дәйекті орын ауыстыруы барлық кілемді еден бетіне жылжытуға қарағанда айтарлықтай аз күш жұмсауды қажет етеді, бірақ екі жағдайда да бірдей нәтижеге қол жеткізіледі - кілем бірдей қашықтыққа жылжиды. . Дислокация қосымша-жазықтыққа перпендикуляр бағытта оңай қозғалады. Дислокация қаншалықты оңай жылжитын болса соншалықты металлдың беріктігі төмен болады және иілгіштік дислокациясы оңай жүреді. Осылайша, нақты металдардың беріктігі төмен болуының себебі - бұл дислокация материалдарының құрылымында және басқалар

Сурет. 2.7. Дислокациялық қозғалыстың кілемдегі бүктемелердің ауысуыстыруымен ұқсас сызбасы

Дислокациясыз кристаллдарды алу материалдардың беріктігінің күрт артуына әсерін тигізеді (сурет. 2.8). Сол жақ бұтағы қисық (штрихталған сызықтары) диклокациясыз жіп тәрізді  кристаллдар шығаруға сәйкес (былайша айтқанда мұртшалар) оның беріктігі теориялыққа жақын. Дислокацияның тығыздығының шектеулігіне байланысты басқа кристаллды торлардың жылжу

процесі металл көлемінде дислокация көп болған сайын оңай болады. Күш өскен сайын металлдағы дислокация көздерінің саны өседі және олардың тығыздығы артады. Параллель дислокациялардан басқа әр түрлі жазықтықтағы  және бағыттарындағы дислокациялар туындайды. Дислокациялар бір – біріне әсер етеді, бір – бірінің ауысуына кедергі жасайды, анигиляция жүреді (өзара жояды) және т.б. Дислокацияның тығыздығының артуынан олардың жылжуы қиындай түседі, деформацияның жалғасуы үшін ұсынылған жүктеменің артуын талап етеді. Нәтижесінде металл беріктенеді, ол оң жақ қисық бұтағына сәйкес  болады (жалпы сызық)

сурет 2.8.

Кристалды құрылымның беріктігінің басқа кемшіліктерін тежеу үшін қозғалыс дислокациясының әсері ықпал етеді. Оларға металлдағы ерітілген атомдардың қоспалары мен қосылушы элементтер, екінші фазаның бөлшектері, ноқат пен блоктың шекаралары және т.б. жатады. Іс жүзінде қозғалыс дислокациясының кедергісі орналасқан, яғни беріктік басқа да элементтердің енгізілуінен (легірлеуші) жасалып жабыстырылған, термиялық немесе термомеханикалық тұрғыдан өңделген. Температураның төмендеуі сондай-ақ  дислокацияның еркін қозғалуына кедергі келтіреді. Төмен температурада төзімділігі артады, ал икемділігі төмендейді. Металл анағұрлым күшті, бірақ осал болады. Осылайша, металлдар мен олардың қорытпаларының күштілігіне екі жолмен қол жеткізуге болады: кристалды торлар құрылымы арқылы мінсіздігіне жақын металдарды алуға болады, яғни, кристалдық құрылымындағы ақауы жоқ металдар немесе олардың санының өте аз, немесе керісінше құрылым санының артуына қозғалыс дислокациясының кедергі жасайтыны анықталған. .

Беттік ақаулар. Мұндай ақаулар қалыңдығы аз және екі басқа  өлшемдегі өлшемдері маңызды. Әдетте бұл екі кристалды торлардың аумағының бағытының қосылысының орны. Олар ноқаттар  шекаралары, ноқаттың ішкі фрагментінің шегі, блоктардың ішкі фрагментінің шектері болуы мүмкін. Көрші ноқаттар өзінің кристалды құрылымдарында қарай бірдей емес торлы бағыттарға ие. Блоктар бір – біріне бұрыштарда бірнеше секундтан бірнеше минутқа дейін салыстырмалы түрде ауысады, олардың өлшемі  10 -5 см. Фрагменттің салыстырмалы түрде 0 ден 5° жоғары емес бұрыштары бар. Егер көрші ноқаттардың торлары 5° аз бұрышта болса, мұндай шекараларды аз бұрышты шекара деп атайды (сурет. 2.9). Барлық субноқатты шекаралар (фрагменттер мен блоктардың шекаралары) — кіші бұрышты. Ноқаттар шекарасының құрылымы металдың қасиетіне әсер етеді. Ноқаттар арасындағы шекара жіңішке өту зонасының ұзындығы 5—10 атомдар аралығын сыртқы атомдардың орналасуына байланысты орналасқан.  Шекаралық аймақта бір ноқаттың кристалды торларлары                               басқа торға ауысады. (сур. 2.10). Өтпелі қабаттың бұзылған құрылымы осы аймақта дислокация жинақталуымен және қоспалардың шоғырлануының артуымен күрделенеді. Көрші ноқаттардың жазықтықтығы және жылжу бағыттары сәйкес емес. Ноқаттал жылжуы алдымен анағұрлым жағымды бағыттарда дамиды. Әр түрлі бағдарлау жүйесінде дислокацияға көрші ноқаттарға жылжуына мүмкіндік бермейді. Және ноқаттың шегіне жеткенде олар тоқтайды. Бір ноқатттардың шектерінде дислокация жиналуынан туындаған күш шектері арқылы басқа ноқаттарға тарайды,  нәтижесінде оларда жаңа дислокациялардың пайда болуы іске асады. Деформацияның бір ноқаттан басқасына өтеді, яғни жеңіл атлетикалық жарыстардағы эстафеталар сияқты орын алады.

Сурет 2.10. Ноқаттардың соғылуы және олардың арасындағы шектің құрылысы

a б

Сурет 2.11. 100-есе ұлғаюдағы

ноқат стандартының нөмірі: а

б

Шекара ноқаттары дислокацияның орын ауыстыруына кедергі болу себебінен және жоғары концетрациялы қоспалар болып табылатындықтан, олар металлдың механикалық құрылымына елеулі  ықпал етеді. Ноқаттың  өлшемін, оның көлденең қимасынан анықталған орташа диаметрінің үлкендігі деп қабылданған. Бұл анықтама шартты, өйткені ноқаттың металлдардағы нақты көлемі үлкен шектен — бірнеше микрометрден миллиметрге дейін өзгереді. Ноқаттың орта өлшемі 10 ұпаймен арнайы стандартталған шкала бойынша бағаланады және ноқаттар санымен сипатталады, 1 мм

шлиф бетінде 100 есеге артқандағы шкаласымен сипатталады (сурет 2.11). Иілгіштік ағыс үрдісі, демек, дислокацияның ұзындығының "мөлдір емес" металдардағы ноқаттардың дислокациядағы бос өтуі  күресуі, яғни, металдың ноқат шекараларымен байланысты. Ағымдылық шегі о т ,

ноқаттың өлшемі d  Холл-Печтың теңдеумен байланысты: о т = о о

, к — берілген металл үшін тұрақты. Ноқат ұсақ болған сайын, соғұрлым металлдың беріктігі мен аққыштығының шегі жоғары болады. Бір мезгілде ноқаттың ұсақтағанда металдың иілгіштігі мен тұтқырлығы артады. Соңғысы әсіресе металл бұйымдар жасау кезінде төмен температурада жұмыс істеуде маңызды болып табылады. Жоғары иілгіштігі мен тұтқырлығы ұсақ ноқатты металлдың біртекті құрамы мен құрылымында, ірі жиынтықтардың болмауы, жарықтардың болуына негізделген құрылымдық кемшіліктердің болмауы.

болады: кеуектер, газ көпіршігі, бейметалдық қосылыстар, микрожарықтар және т.б.  металдардың беріктігін төмендететіндер.

Үдерістің жалпы сипаттамасы. Д.К.Чернов кристалдану үдерісінің екі қарапайым үдерістен тұратынын анықтады: кристалдану орталғының шығу тегі мен осы орталықтарда кристалдардың өсуі. Катаю температурасына жақын температураларда сұйық металдарда аздаған атомдардың топтары пайда болады, оларды ауытқулар деп атайды, онда атомдар қатты кристалдардағы сияқты оралған. Бұл бөліктердің осы ауытқулары негізінде эмбриондар немесе кристалдану орталықтары қалыптасады. Салқындату дәрежесі ұлғайған сайын кристалдану орталықтарының саны өседі, онда уақыт бірлігі қалыптасады. Пайда болған кристалдану орталықтарының айналасында кристалдар өсе бастайды. Бір уақытта сұйық фазада жаңа кристалдану орталықтары  қалыптасады. Жаңа кристалдану орталықтарының пайда болуына байланысты қатайған металдың жалпы массаның ұлғаяды,  дәл осылай бұрыннан бар кристалдаудың арқасында да. Қатаю үдерісінің этаптарының сызбасы сур. 2.12 келтірілген. Кристалдардың өсуін ноқат формасының дұрыс өспеуімен түсіндіреді. Нақты қатты кристалдардың дұрыс емес формаларын

Кристалданудың сомалық жылдамдығы екі қарапайым үдерістің жүруімен байланысты, және кристалдану орталығының шығу тегінің жылдамдығымен анықталады (ШТЖ),  кристалдардың осы орталықтарда өсу жылдамдығы (ӨЖ) (сурет 2.13). ШТЖ мен ӨЖ ұзындықтары АТ салқындатуының дәрежесіне байланысты. Тепе-теңдік температурада DT = 0; ШТЖ = 0; ӨЖ = 0. DT артқан сайын әр түрлі еркін энергияларда артады

ж -

ж ,

Нақты металдар үшін дұрысы қисық түзулерге сәйкестігі ШТЖ мен ӨЖ жүзеге асырылады, салқындату үдерісі артқан сайын  екі үдерістің жылдамдығы артады. Егер бұрындары аморфты жағдайлар тек тұздар, сілтілер, шекті бұйымдарда орын алатын болса,  ал қазіргі уақытта арнайы әдістерді қолдану арқылы  салқындатудың жоғары жылдамдығына қол жеткізуге болады (10

°С/с  артық) және металдың  әйнек тәрізді жағдайына  да жетеді. Металдардың әйнек тәрізді жағдайлары негізінен физика – механикалық қасиеттермен сипатталады. ШТЖ мен ӨЖ қарым-қатынасы ноқаттың өлшеміне байланысты. Азғана салқындату кезінде, мысалы, металды жердегі ормаға құю арқылы, қыздыру арқылы жылу өткізгіштік немесе қыздырылған металдық формаға келтіруге болады, ӨЖ жоғары, ШТЖ аз. Бұл жағдайда көлемде ірі кристалдардың азғана саны пайда болады. ДТ ұлғаюына байланысты сұйық металдарды салқын металдық формаға құю барысында ШТЖ артады, одан кристалдардың көптеген ұсақ көлемі қалыптасады. Ноқаттық көлемі салқындату дәрежсімен ғана анықталмайды. Қыздыру температурасы мен металды құю, оның химиялық құрамы әсіресе басқа қоспалардың болуы үлкен роль атқарады. Нақты шарттарда сұйық металдарда кристалдардың өз еркімен пайда болуы қиын. Эмбриондардың пайда болуына әр түрлі қатты бөліктер әсер етеді: бейметалдардың қосылуы, оксидтер, қышқылдату өнімдері. Қоспалары көп болған сайын, кристалдану орталығы көп болады, ноқаттар ұсақ болады. Кейде металдарға арнайы қоспалар қосады, олар кристалдау кезінде ноқаттардың ұсақталуына ықпал етеді. Бұл жұмысты

модифицирлеу деп атайды. Магний қоспаларын магнезитте қолданғанда ноқаттың көлемі 10 есе кішірейеді: 0,2...0,3 мм-ден 0,01.0,02 мм-ге дейін. Болат үшін алюминий, ванадий, титан, ал  шойын үшін — магнийлер модификаттар болып табылады. Нақты құймаларды және құймаларды кристаллизациялау кезінде жылуды жою бағыты маңызды рөл атқарады. Кристалдану қабырғалар мен қалыптардан басталады. Жылуды жою бағытында сондай ақ кристалдар басқа бағытқа қарағанда қабырғаларға перпендикуляр формада тез өседі.

Сурет. 2.13. Кристалдардың қайта туу жылдамдығы (НЖ) және өсу қарқынының (ӨҚ) қайта салқындау дәрежесіне әсері:

Осының салдарынан тәртібі бірінші осьтері қалыптасады. Бір уақытта олардың қабырғаларында  екінші перпендикуляр осьтің өсуінің тәртібі қалыптасады, сосын үшінші осьтің тәртібі және т.б. Нәтижесінде тармақталған ағаш кристал қалыптасады, оларды

Қату кезінде таңдау  криталдануы орын алатын болғандықтан, яғни бірінші кезекте аса тазарақ металлды қатайтады, ноқаттың шектері қоспалармен аса  байытылған. Дендрит ішіндегі химиялық құрамның біртекті еместігі

дендритттік сұйықтық деп аталады. Көміртек, күкірт, фосфордың көптеген дәрежелері басқа элементтерге қарағанда сұйықтыққа ұшырайды. Болаттан жасалған құю құрылымы. Болаттан жасалғн құю құрылымының схемасы сурет 2.15. келтірілген. Құю құрылымы үш зонадан тұрады: І сыртқы ұсақ аймақ, ІІ кристалды бағанды аймақ және ІІІ біржақты кристалды аймақ.   Сыртқы ұсақ

Сурет 2.14. Дендриттік кристалдың  (Д.К. Чернов бойынша) құрылысы: 1,

2, 3

Шөгілетін раковина

Сурет 2.15. Болаттан жасалған құю құрылымының І – ІІІ аймағының сипаттамалары аймақ кеңістіктегі жанаспайтын ұсақ кристалдардан тұрады. Оның пайда болуы температураның тез түсуімен байланысты: сұйық металл -  суық қалыпты қабырғалар. Бұл аймақтағы  металдар қатты суиды, онда көптеген кристалдану орталықтары қалыптасады, және ол ұсақ дәнді құрылымды алады. Кортикальді аймақ пайда болғаннан кейін жылу өткізгіштігі өзгереді, температура градиенті сұйық метал қабатында түседді және салқындату дәрежесі төмендейді. Нәтижесінде жылу өткізгіштік бағытын азғана кристалдану орталықтарының санымен салыстырғанда,

қабырғалы қалыптар перпендикуляр болады, бағанды кристалдар өсе бастайды, екінші аймақ қалыптасады. Көрші дендриттік жақтары дамиды. Үшінші аймақ —бір жақты кристалды аймақ. Құю орталықтарында жылу өткізгіштігінің нақты бағыты жоқ. Бұл жерде әр түрлі эмбрионның ұсақ қатты бөліктері құю орталығының кристалдану кезінде пайда болады. Бағанды және бір жақты аймақтарда құюдың көлемі бөлуге қатысты өте маңызды. Бағанды кристалды аймақтарда метал тығыз, бірақ олардың орындарындағы қосылыстардың берітігі төмен. Бағанды кристалдану аймақтарындағы қосылыстар кезінде қристалданады, оны транскристализация деп атайды. Түсті металдар үшін транскристализация пайдалы, сондай ақ метал тығыз болады және оның жоғары пластикалық жарықтары деформация кезінде қалыптаспайды. Өйткені екі кристалдың қосылыстарынан деформация кезінде жарықтар пайда болады, оған транскристализация қажет емес. Құйма ақаулардың негізі шөгілетін раковина, кеуектілігі мен сегрегацияның шөгуі. Кеуектілігінің шөгуі негізінен шөгілетін раковина мен құйма осьтері бойынша жақын. Шөгілетін раковина мен кеуектілігінің шөгуінің пайда болуы, висмуттан басқа металдардың көлемі сұйық күйге қарағанда қатты күйдегі жағдайы нақты.

Материалдардың физикалық, химиялық, технологиялық және механикалық қасиеттерін ажыратады.

изикалық қасиеттері материалдардың жылу, гравитациялық, электромагниттік және радиациялық өрістердегі қасиеттерін анықтайды. Физикалық қасиеттерге тығыздығы, жылу қуаты, балқу температурасы, термиялық кеңейту, магниттік сипаттамалары, жылу өткізгіштік, тоқ өткізгіштігі жатады.

Химиялық қасиеттер материалдардың басқа заттармен химиялық әрекеттесуін түсіндіреді, тотығу кедергісі, газдардың енуі және химиялық белсенді заттармен. Химиялық әрекеттесу ортасының және металдардың коррозияға ұшырауының мысалы ретінде сипатталады. Технологиялық қасиеттері металдар мен қорытпалар ыстық және салқын өңдеудегі қабілеттерімен сипатталады,  сондай-ақ көлкіп шығуда, ыстық және салқын деформация, кесумен өңдеуде, термиялық өңдеу және әсіресе дәнекерлеу. Өнімнің құрылысы кезінде бірінші кезекте материалдың механикалық қасиеттерін басшылыққа алу. Материалдың

механикалық қасиеттері деформацияның қарсылығы мен әр түрлі жүктемелердің әсерінің бұзылуымен сипатталады.

Механикалық жүктемелер статикалық, динамикалық және циклдік болуы мүмкін. Бұдан басқа, материалдар әр түрлі температураға байланысты деформацияға түсуі және бұзылуы мүмкін, сондай ақ ортада, агрессивті болады. Сол немесе басқа да материалдарды қасиеттеріне қарап қана емес, сапасына да байланысты қолданылады.

2.6. Серпімді және иілгіштік деформация.

Кернеудің әсерінен дененің өлшемі мен формасының өзгеруін дефорация деп атайды. Жүктемелерді алғаннан кейін жойылған және азғантай кернеумен салыстырғанда туындаған деформацияны

Диаграммада (сур. 2.16) серпімді деформация ОА түзуінің созылуымен сипатталады.

нүктесінің жоғары жағында О кернеуі мен е деформациясының арасында пропорционалдық бұзылады. Кернеудің өсуі деформациның серпіді ғана емес, сондай ақ пластикалық болуына да әкеледі. Серпімді және иілгіштік деформация өзінің физикалық негізіне сүйенсек, бір – біріен айырмашылықтары бар. Серпімді деформация кезінде кристалды торларда тепе-теңдік жағдайлардан атомдардың араласуы орын алып жатады. Серпімді деформация кезінде металдардың құрылымы мен қасиеттерінің өзгеруі байқалмайды.  Жүктемелерді алғаннан кейін араласқан атомдардың әрекеттесу күшінде тарту (созу кезінде) немесе итеру (қысу кезінде)  тепе-теңдік жағдайына қайта оралады және кристалдар алғашқы формасы мен өлшеміне ие болады. Материалдың серпімді қасиеттері атом арасындағы күштердің әсері арқылы анықталады. Икемділік деформацияның негізінде кристал бөліктерінің біреуінен сәйкесінше басқасына орын ауыстыруында жатыр. Жүктемені алғаннан кейін серпімділікті құрайтын деформация ғана жойылады. Икемділік, яғни  икемділік деформацияның бұзылуы кезінде бере алуы,  металдың ең  маңызды қасиеттерінің бірі болып табылады.  Икемділік қасиетінің арқасында ОМД орындалады.

Сурет 2.16. Созылу диаграммасы о в

, От

s u

Икемділік металдың жалпы көлеміне желілік қысымды тепе тең таратады және бұзылу қаупін төмендетеді. Қысымның ұзындығы, деформацияның икемді болуы деформацияның жылдамдығы мен температурасына байланысты. Деформация жылдамдығының ұлғаюына байланысты берілген деформацияның жетістігі үлкен қысымды талап етеді, сондай ақ температураның жоғарылауына байланысты керекті қысым төмендейді. Осылайша, икемді деформация термиялық икемді үдеріс болып табылады. Температураның төмендеуіне байланысты көптеген металдардың тұтқырлығы өседі. Металдардың басқа торлардың типтеріне қарағанда,  КШО торларындағы металдардың тұтқырлығы  температураға аз байланысты болады. Металдардың деформациялық сатысының қорытындысы — сыну сатысы — объектілерді зерттеу бұрынғыға қарағанда материалда жарық пайда болғаннан кейін оны қолдануға болмайтындығы салыстырылды. Сыну тоқтатылмайтындай, жүктеудің соңғы сатысы ретінде қарастырылды. Нақты уақытта, сыну сатысы ақаудың пайда болған уақытынан бастап конструкцияның 90 % төзімді болатындығы  анықталды. Механикалардың бұзылу жүйелерін оқу барысында апаттарға қатысты және кеме апаттары, көпірлер, резервуарлар, ұшатын аппараттар және басқа да конструкциялар, жоғары берікті материалдар мен олаардың күрделі жағдайлардағы жұмыстарын қолдану болып табылады. Қатты денелердің сынуы жүктемелердің әсерінен олардың бөліктерге бөліну үдерісі жүргізіледі, термиялық, рдиационалдық, коорозиялық және басқа да әрекеттер жүреді. Атомдар деңгейлерінің бұзылуы атом арасындағы байланыстарың алшақтығы әсерінен жаңа беттер пайда болады. Егер атом арасындағы байланыстардың алшақтығынан перпендикуляр жазықтықтардың жойылуы орын алады, яғни бөлшектеу немесе бөлу. Егер алшақтық күштің әсерінен орын алса, жылжу немесе  сырғу арқылы параллель жазықтықтардың бұзылуы орын алады. Кристалдық құрылымына байланысты металдарда сол және басқа да жойылу түрлері орын алады. Бұдан басқа, жойылу температураға тәуелділігімен, деформация жылдамдығымен, стресстік күйімен, металдың тазалығымен және т.б.  сипатталады. Икемді деформацияның дәрежесі сынудың негізгі екі түріне тәуелді: сынғыш және тұтқыр сыну.

Металдың тұтқыр сынуы кезінде метал серпімді ғана емес, маңызды деформацияның икемділігі өтеді. Икемді деформацияның жоқтығынан немесе оның дамуының белгісіздігінен нәзік бұзылу оры  алады.

Сынғыш сынулар бұзу жазықтығы қалыпты кернеулерге перпендикуляр болып келгенде, бөліну немесе бөлшектеу жолдары бойынша жүзеге асады (сур. 2.17). Қалыпты кернеудің әсерінен кристалды торларда деформация серпімді болады, белгілі бір дәрежеге жеткеннен кейін атом арасындағы байланыстың алшақтығы бір атомдық жазықтықтан екіншісіне тізбектей бөлінуі орын алады, т.б. металдардың бұзылуы. Бұзылу кез келген ақаудың салдарынан концентрациялық кернеудің дамуынан,металдың теориялық беріктіктің жоғарылауынан басталады. Кернеу концентрациясы коэффициенті k

r

Икемділігі жеткілікті металдар кернеу релаксациясымен, жергілікті кернеу концентрациясында үзілістердің жеткіліксіздігімен сипатталады, және де жарықтар дамымайды.

Тұтқыр сыну кернеудің жанасуынан жылжу арқылы жүзеге асады. Жылжу жазықтығы басты қалыпты кернеу бағытына қарай 45° бұрышпен орналасқан. Аморфты материалдардың тұтқыр сынуы таза жылжумен сипатталады, мысалы, сазда; таза сынғыш материалдың серпімділігі мінсіз болады, мысалы, алмаз. Бірақ көптеген нақты  материалдарға тән және тұтқыр, және нәзік сыну, жеке бөліну түрлері шарттары түрде жүргізілді. \f

күштің әсерінен бөліну құрылысы : а

б

в

(бөлік)

Сурет 2.18. Кернеу концентрациясы o max

ақау аузында: а

r

< r

< r

; а ор

Тұтқыр сынудың және сынғыштың белгілері энергиялық сыйымдылығымен сипатталады, т.б. бұзылу жұмыстары, жарық түрлері және сыну беттері, жарықтарды тарату жылдамдықтарымен жүзеге асырылады. Сынғыш кезінде бұзылу үдерісінде тұтқыр бұзылуға қарағанда өзіндік жұмыс жасалмайды. Сынғыштың басталуы кезінде өзіндік жүретін үдеріс болады – ол жүйеде жинақталған серпімді энергияның босатылуына байланысты, сондықтан жарықтан тыс энергияны жеткізу үшін қажет емес. Сынғыш кезінде жаңа беттердегі энергия шығынының нәтижесінде кішкене жарықтар анықталады, жинақталған серпімді энергияның салдарынан босатылады. Тұтқыр бұзылу кезінде айтарлықтай үлкен жұмыс жұмсалады. Тұтқыр бұзылудың дамуы үшін үздіксіз сыртқы энергиямен жабдықтау қажет, металдың икемділік деформациясының шығындары жарықтарды ұлғайту және нәтижесінде алынған қатюды жояды. Жұмыс, Деформацияның икемділігіне жұмсалған жұмыс бұзылу жұмыстарын айтарлықтай жоғарылатады. Сынғыш кезінде денені бөлгіш жарықтарда кішкентай ашу бұршы (өткір жарық), деформацияның икемділігі мен бұзылу беттерінің жақындасу түгелдей жоқ (сур. 2.19, а). Тұтқыр бұзылу кезінде жарықтаар үлкен ашу бұрыштарға ие (шық жарықтар), беттердің бұзылуы деформацияның айтарлықтай икемділік дәрежесімен сипатталады (сур. 2.19, б). Төмен температура кезінде дәндер арасындағы шекаралар дәндердің өздеріне қарағанда күшті, сондықтан көптеген металдар төмен температурада бұзылудың транскристалымен сипатталады және

\ , ч

олардың арасындағы шекаралармен емес дәндермен өтеді. Жоғары температурада дәндер арасындағы шекаралар дәндердің өздеріне қарағанда әлсіз, сондықтан кристал арасында бұзылу болуымен сипатталады. Макро-толқын нәзік бұзылу кезінде жылтыр тегіс бет пайда болады. Кристалды ноқаттар нәзік сыну кезінде металдық жылтыр тегіс бет береді. Электрондық – микроскоптық зерттеу арқылы «өзеннің үлгілерін» немесе дөңес сыну құрылымын анықтады (сур. 2.20, а), қозғалыстағы жарықтардың өзара әрекеттесудің салдарынан кристалдарда ақаулар болады, сондай ақ бөлшектердің кристалографикалық бағдарларының болуы. Сурет 2.19. Жарықтың түрлері және бұзылудың схемалары (жоғарғы беттің бұзылу перпендикулярының қиылысуы): а

тұтқыр бұзылу

Сыну кезінде тұтқыр бұзылудың металдық жылтыры жоқ мөлдір емес талшықты сипаты бар. Электрондық – микроскопиялық зерттеулер сыну қаптамаларымен құрылатынын анықтап  сипаттайды (сур. 2.20, б). Сынғышта жарықтардың жоғары жылдамдықта таралуы сипатталады, металлдағы дыбыс 0,4 жылдамдыққа жақын нәтижеде таралады (болат үшін нәзік жарықтардың таралу жылдамдығы сәйкесінше шамамен 2 • 10

м/с). Тұтқыр жарықтардың таралу жылдамдығы төмен және кернеудің өсу жылдамдығымен анықталады. Қарастырылған белгілердің көмегімен бөлшектер мен құрылымдардың бұзылу сипатымен анықтауға болады (тұтқыр және сынғыш механизм) (сур. 2.20, в). Әрбір жеке жағдайда бұзылу сипатын анықтау қажеттілігі туындайтын тұтқыр және мыжылмай сәтсіздікке қарсы күрес шаралары түбегейлі ерекшеленеді. Тұтқыр бұзылу кезінде материалдың беріктігін жоғарылату қажет. Сынғыш кезінде керісінше тұтқырлығы мен икемділігі жоғарыласа, беріктігі төмендейді. Сынғыш бұзылу ең қауіпті. Бөлшектеп бұзылуды үш фазаға бөлуге болады: микро жарықтардың пайда болуы; ол критикалық өлшемге дейін ұлғаяды; көрші ноқаттар арқылы микро жарықтардың таралуы. Кернеуді бұзу деңгейлері энергияға бай фазамен анықталады. Таза металдарда бұл жарықтардың шығу тегі мен бастапқы өсуіне қатысты. Металдарда бірінші екі сатысының ағынымен салыстырғанда жеңіл, содан кейін жарықтар дәндер шекараларымен шектеледі. Осының салдарынан мұндай металдарда жарықтардың ішіндегі біреуінің таралуының тұрақсыздығының сәтінен бастап жарықтардың шығу тегі мен тежегіш жинақтары жиі қадағаланады. Жалпы ақпарат. Деформацияның шарты бойынша материалдың тәуелділігі сынғыш немесе тұтқыр механизмде бұзылуы мүмкін. Бұзылу материалдың қасиеттеріне әр түрлі факторлардың әсеріне байланысты сипатталады, сол сияқты байлнысты болмауы да мүмкін. Ішкі және сыртқы факторлардың айырмашылықтары. Сыртқы факторға температура қатысты, кесек типтері немесе кернеудің концентраторы, жүктеменің жылдамдығымен шарттары, қоршаған ортаның сипаттары, деталдың формасы мен өлшемі жатады. Ішкі факторларға кристалды торлардың типтері, химиялық құрамы, дәндердің құрылымы мен өлшемі, бастапқы өңдеу технологиясына байланысты материалға тән қасиеттер жатады.

Сыртқы факторлар. Бұзылу сипаты температураның әсерінен схемада А.Ф. Иоффенің ұсынуымен және Н.Н.Давиденковтың дамытуымен (сурет 2.21) жақсы суреттелген. Осы схемаға сәйкес бұзылудың бір түрінің ауысуы а с

сұйықтығының шектік мәндеріне және  а тер

с

және а тер

әр түрлі сипаттары бар, сондай ақ бұл схемаға сәйкес шекті сұйықтық пен бұзу кернеулігі бір – бірімен байланысты емес. Температураның төмендеуіне байланысты шекті сұйықтық күрт өседі. Бұған біріншіден бұзу кернеулігінің температураға тәуелді еместігіне қарама – қарсы.

Жүктеме үдерісі кезінде нақты температураның кернеулігі не а с

, не  а тер

ұзындығына ертерек жетуі мүмкін. Егер а с ертерек жеткен болса, деформация икемді болады, ары қарай кернеудің өсуі бұзуға әкеліп соғады. Егер а тер

бұрын жеткен болса, сынғыш бұзылу орын алады. а с

және а тер нүктелерінің қиылысуы Иоффе—Давиденкова схемасын екі температуралық облысқа бөледі: солға қарай бұл нүкте материалдың сынғыш бұзулу облысында (а тер

< а с

), оңға қарай  — тұтқыр бұзылу облысында (а тер

> а с ) орналасады. Температура бұзу кернеуі салдарынан шекті сұйықтық тепе-тең болады, тұтқырдан сынғышқа ауысу температурасы немесе сынғыш критикалық температура деп атайды және  ? кр

білдіреді.

Материалдың қабілеттері температураның төмендеуінен суық қысқа деп аталатыын сынуда бұзылады. Температурадан басқа әр түрлі факторлардың әсеріне тәуелді. Суық қысқа белгілі бір жағдайларда пайда болады және қасиеті болып табылмайды, материалдың жағдайы. Суық қысқаның негізгі сипаты темпеатураның критикалық сынғыштығы болып табылады. Осы сипаттардың көмегімен материалдың сынғыш бұзылуына қарсы бағаланады. Температураның критикалық сынғыштығы материалдың тұрақтығы және бірқатар факторлармен анықталмайды. Сынғыш бұзылуды талдау әдетте суықтың жарылуы кесектердің әсерінен басталады, кернеудің концентрациясы болып табылады. Кесектер металдардың кез келген үзілісінен болады. Кесектерге дәнекерленген ақауларды жалғау (кеуектілігі, таза емес, қабырға бойындағы қуыстар), жоғары сызаттар, металл емес қосындылар, газды раковина.

Сурет  2.21. Иоффе—Давиденкованың тұтқырдан-сынғышқа ауысу схемасы: а тер

с

шекті сұйықтық; t^ — критикалық температураның сынғыштығы

Кесектер деталдарда технологиялық тесіктер және бөлімдердің өткіір ауысулары болуы мүмкін. Кесектер металдардағы күрделі кернеулікті жағдайларды туғызады, деформацияның икемділігінің тығыздығы және кернеу концентрациясы.

Икемділік деформацияның тығыздығы деформацияның икемділігінің о т өсуіне қарсылығын ұлғайтады. Икемділік деформацияның тығыздығы неғұрлым өткір және терең кесу болғанда, соғұрлым о т жоғары болады. Кесулердің әсерінен металл жоғары температурада сынғыш болып келеді. Кесек пен жарықтардың сезімталдығы кесектің шектеулі көрінісі, металл жұмысының маңызды сипаттамаларының біріне қатысты болып табылады. Металл беріктігінің жоғарлаған сайын кесілген бөлікке деген сезімталдығы артады. Жүктеме жылдамдығының артуына байланысты сынғыштық қаупі де артады. Металлдың температурасы төмен болған сайын, соғұрлым жылдамдықтың деформациясына күшті әсер етеді. Материалдың бұзылуы энергиялық беттердің өзгеруіне және коорозиялық әрекеттерді қолдануда қоршаған орта әсер етеді. Сонымен қатар, ортада, сутегі құрамында, металлдардың сутекті эмбриттенуі орын алады. Кернеудің әсерінен коррозия кезінде сутекпен қанықтыру арқылы металлдың сынғыштығы артады және критикалық температурада жоғары құндылықты аймақтарда сынғыштық әсері араласады. Үлгінің көлденең қимасы көп болған сайын, икемділік деформациясының тығыздығы шектеледі. Кернеудің көлемдік күйінің көтерілуі сұйықтықтың шектеулігінің жоғарылауына алып келеді. Деталдардың беріктігіне байланысты статистикалық сипатының болуы материалда ақаулардың пайда болу ықтималдығының заңдарына бағынады. Үлгінің өлшемі ұлғайған сайын қауіпті ақулардың пайда болу ықтималдығы артады. Металлургиялық факторлардың әсерінен көлденең қиманың мөлшерінің ұлғаюына сегрегациялардың дамуы, кеуектілігі, дәндер өлшеміндегі айырмашылықтардың үлкен бөлігі, соққыға арналған құрылымды зерттеудің, илеу мен термиялық өңдеудің з бөлігі әсер етеді.

Ішкі факторлар.

Металлдың кристалды  құрылымы төмен температурада сынғыштыққа байланысты бейімделген. Металлдар кристалды ККО-торларында (a-темір, вольфрам, хром, молибден және т.б. негізінде болды), сондай ақ кейбір металлдар ГТО-торларында (цинк, кадмий, магний) суыққа төзімді материалдарға қатысты. ГТО торларында таза титандар болады, бірақ төмен тепературада икемділігін сақтайды.  Металлдар КШО-торларында (у-темір, мыс, алюминий, никель аустенитті негізде болады) суыққа төзімді болмайды.

Ноқаттың  өлшеміндегі металлдар үшін сұйықтықтың шектеулігі, сынғыш қабілеті мен температураның тұтқыр-сынғышқа ауысуы маңызды. Ноқаттарды ұсақтау температураның сынғыштығын төмендетеді. Металл ағынының процесі орташа қашықтыққа байланысты, дәндер шекарасында бұғатталып қалғанға дейін шығып кетеді. Балқыту мен құю технологияларының өзгеруіне байланысты  деформацияның икемділігі мен термиялық өңдеу дәннің өлшеміне әсер етуі мүмкін және металдың суға төзімділігі мен қасиеттерін басқарады. Суық қатаю. Жүктеме алғаннан кейін сұйықтық шектеулігін жоғарылату тұрақты деформация үлгісінде қалады. Қайта жүктеу кезінде металл сұйықтығының шектеулігі өседі және оның қабілеттері деформацияның икемділігін төмендетеді, сондай ақ метал қатаяды.

Суық қатаю деп аталатын деформацияның икемділігінің әсерінен  металл қатаяды. Деформация кезінде дене өзінің формасы мен бағдарын өзгертеді, кристалдардың талшықты құрылымы мен жеңілдетілген бағдарын қалыптастырады. Деформация бағыты бойымен ноқаттар осьтерінің беріктігінің бағдарын қалпына келтіру орын алады. Деформацияланған және тегістелген ноқаттар

күштің әсерінен созылады, талшықтары және қабатты құрылымды қалыптастырады (сур. 2.22). Аз өлшемдегі жылжулар деформацияланған ноқаттар шекарасының теңдік елесін құрады (2.22 суретте, б штрихталған сызықтармен көрсетілген).

Металл құрылымы деп аталатын деформация бағытының бойымен ноқаттардың кристаллды графикалық артықшылығы бағдарланады.

а        б        в Сурет  2.22. F күштің әсерінен деформация нәтижесінде ноқаттың формасының өзгеруі:

а, б

Деформация дәрежесі неғұрлым көп болса,  соғұрлым  ноқаттардың басым көпшілігі айтарлықтай бағдар алатын болады. Текстураның қалыптасуы талшықтар бойымен және көлденең қасиеттердің анизотропиясының пайда болуына ықпал етеді. Деформация дәрежесі артып келе жатқанда деформация кедергісін сипаттайтын механикалық қасиеттер (беріктік сипаттамалары: қаттылыққа беріктікке уақытша төзімділік, ағымдылыққа беріктігі, HB), деформациялық беріктік жүреді, дформацияға иілгіш қасиеті (салыстырмалы ұзарту 5 және салыстырмалы тарылту y) азаяды (сур. 2.23). Ағу шегі бұрыныға қарағанда көп  көтеріледі, қарсылыққа қарағанда қарқынды түрде артып, пластикалық деформация дәрежесі артып отырғандықтан, екі сипаттаманың мәндері бір-біріне жақындайды. Суық жұмыс нәтижесінде механикалық қасиеттер айтарлықтай өзгереді: мысалы, e = 70% жеңіл деформация дәрежесінде, оның уақытша кедергісі шамамен 2 есе өседі, ал салыстырмалы ұзарту 5-тен 30% -дан 2% -ға дейін төмендейді. Суық түсіру кезінде алынған 80 ... 90% деформация дәрежесінде суық бұрмалаудан  алынатын болат сым тұтқыр және термиялық өңдеу арқылы қол жеткізе алмайтын av = 4000 МПа шамасын алады. Суық қатайту арқылы алынған беріктендіру пластикалық деформация процесіне тән дислокация тығыздығының айтарлықтай өсуімен түсіндіріледі. Суық деформациядан кейінгі дислокация тығыздығы металды металдың шығу тығыздығымен салыстырғанда шамалы

... 10

см -2

шамаға көбейеді,

Сурет 2.23. Пластикалық деформацияның болаттың төмен көміртектілігінің механикалық қасиетіне әсері

Сонымен қатар, иілгіштік деформация процесінде бос нүктелер саны және атомдардан бөлінетін нүктелер саны артады, бұл дислокацияны еркін жылжытуға қиындық тудырады. Дислокация қозғалысына қосымша бөгеттер ноқаттардың деформациясы және блоктардың ұсақталуы арқылы жасалады. Барлық осы факторлар металдарды суық қатайту беріктендіруге ықпал етеді. Сонымен қатар пластикалық деформация нәтижесінде металдардың физикалық-механикалық қасиеттері айтарлықтай өзгереді. Суық қатайтылған метал төмен төзімділікке ие болады, жоғары электр кедергісіне, төмен жылу өткізгіштікке, оның коррозияға төзімділігі төмендейді. КШО-торлы металдар ККО-торлы металдарға қарағанда суық қатайту кезінде  күшейеді.

Металдар мен қорытпалардың қайта кристаллизациялау процестері . Кристалдық құрылымдағы ақаулар санын көбейту және суық қатайту нәтижесінде ішкі кернеулердің пайда болуы металлдың еркін энергиясының артып, тепедеңдіксіз, тұрақсыз күйге үшырайды. Бөлме температурасында ұзақ уақыт бойы ұстау, тіпті одан да көп қыздыру металды одан да жоғары тұрақты құрылымдық күйге көшуіне ықпал етуі керек. Ең алдымен, кішігірім қыздыру кезінде (темірге 400 ° C дейін) кристалдық тордың бұрмалануы жойылады, олардың аннигиляциясына байланысты дислокациясының беріктігі төмендейді, бос орындар санының азаюы, ішкі кернеулердің төмендеуі. Дегенмен, ешқандай көрінетін құрылымдық өзгерістер болмайды және ноқаттың  созылмалы пішіні сақталады. Бұл үдеріс

металдың қайтуы деп аталады. Қайта оралған кезде, бастапқы күйге қарағанда, күшін 20,30% -ға төмендетеді, ал иілгіштік қасиет біршама артады. Поликристалды ноқаттарда дислокациядан бос субшекара бөлінуден олардан босатылған субноқаттарды бөліп тұрады. Температураның жоғарылауымен немесе металды жылыту температурасының жоғарылауымен қосалқы бөлшектердің кеңеюі күштің одан әрі төмендеуіне әкеледі

Сурет 2.24. Деформацияланған металдың қыздыру кезіндегі қасиеттері мен құрылымының өзгеру құрылысы: 1—2

2—3

3—4

t uv

t

өсіп, талшықты құрылымдардың орнына  жаңа ноқаттар пайда болады. Жаңа тең осьті нрқаттардың пайда болуы

Қайта кристаллизация процесі екі кезеңде жүзеге асырылады. Бастапқы және ұжымдық қайта кристаллизациялау деп айырады. Қайта кристалданудың негізгі процесі - жаңа тең осьті ноқаттардың пайда болуы. Жаңа ноқаттар бұршақтар мен ескі ноқаттар шекарасында торлар қатайтылған кездегі қатты бұрмаланған жерде пайда болады. Алғашқы қайта кристаллизация нәтижесінде металдың суық қатайтылуы алынады және қасиеттері бастапқы мәндерге жақындайды. Дислокация тығыздығы сондай-ақ бастапқы деңгейге дейін төмендейді.

ұжымдық қайта кристаллизацияға әкеледі, бұл жаңадан қалыптасқан жаңа ноқаттардың өсуіне байланысты. Ірі ноқаттардың үлкен саны беткі қуаттың үлкен қорына ие. Ноқаттар ұлғайған кезде олардың шекараларының жалпы беті азаяды, бұл металды тепе-теңдікке көшіруді жеңілдетеді. Топтық қайта кристаллизацияның қозғаушы күші - бетінің энергиясын азайтады.. Қайта кристаллизация процесінде қалыптасқан ноқат мөлшері металлдың қасиеттеріне үлкен әсер етеді. Ірі ноқаттардың қалыптасуы механикалық қасиеттерін төмендетеді. Ұжымдық қайта кристалдану жағдайында ноқат мөлшері жылудың температурасына, алдыңғы иілгіштік деформациясының дәрежесіне және жылу әсерінің ұзақтығына байланысты. Одан ірі ноқаттар шағын алдын-ала деформациялармен (15% дейін) қалыптасады, бұл

сыни деп аталады. Деформацияның төменгі дәрежесінде суық қатаюы біркелкі емес, демек, торлы ақаулар мен кернеулер біркелкі болмайды. Осы жағдайларда ноқат шекаралары едәуір қашықтықта жылдам ығысу мүмкіндігін алады, бұл ноқаттардың үлкеюін арттырады. Деформация суық және ыстық болуы мүмкін. Суық деформация қайта кристаллизация температурасынан төмен температурада жүзеге асырылады және металды суық қатайтумен жүреді. Ыстық деформация қайта кристаллизация температурасынан жоғары температурада болады. Ыстық деформация үшін толық немесе ішінара беріктендіру тән. Осылайша, қысыммен өңдеу кезінде, екі үдеріс орын алады: иілгіштік  деформациясына байланысты қатаю және қайта кристаллизация кезінде жұмсарту. Бөлме температурасында суық қатайтуды өткізбейтін және ыстық деформацияланатын металдар бар. Мысалы, бөлме температурасынан төмен температурада қайта кристаллизациясы бар қорғасын. Қайта кристаллизация температурасы шамамен 900 ° C болатын молибден

үшін 800 ° C жылыту кезінде деформация суық деформация болып қала береді. Іс жүзінде ыстық деформация әдетте температурада (0,7 ... 0,75) орындалады, мұнда N - металлдың балқу нүктесі

микроқұрылым

Металл макроструктурасын зерттеу арқылы, мынаны анықтауға болады: металлдың үздіксіздігін бұзуы: шөгуі, кеуектілігі, газ көпіршіктері мен қабықшалары, субкортикалық көпіршіктер, кристал аралық жарықтар; жарықтар және құйылған металдардағы жарықтар мен тесіктер; қысыммен және термиялық өңдеуден туындаған жарықтар, флокендар; дәнекерлеудің ақаулары (дұрыс дәнекерленбегендер, газдық көпіршіктер, бос орындар түрінде); құйма металдың дендрикалық құрылымы және  транскристализациялық аймағы, ноқат мөлшері;

қысыммен өңдеуден кейінгі, термиялық, термомеханикалық немесе химиялық-термиялық өңдеуден кейін металлдың құрылымдық немесе химиялық біркелкі еместігі;

сынық типі: тұтқыр, сынғыш, нафталинді, әк тәрізді және т.б. Металды микроқұрылымды зерттеу үшін оптикалық, электронды және ионды микроскоптар қолданылады. Оптикалық микроскопта бейнелер жарықта пайда болады. Қазіргі заманғы оптикалық микроскоптарда 100-ден 2 500 рет дейін өседі. Олардың көмегімен құрылымдық компоненттер мен фазалардың кемінде 0,2 мкм мөлшерін бөлуге болады. Оптикалық микроскоптарды пайдаланатын металлографиялық зерттеулердің көпшілігі жеңіл (тік) жарықтандыруға негізделген. Микроқұрылымды зерттеуді әдетте, түрлендірілмеген түрдегі арнайы дайындалған үлгіні (жылтыратылған секцияны), яғни оның жылтыратып және жуудан кейін қарастырады. Бұл жағдайда металлдық емес қосындыларды, кіші тесіктерді, белгілі бір қорытпаларға тән кейбір құрылымдық компоненттерді (мысалы, сұр шойындағы графит) зерттеуге болады. Металл емес қосындыларды бөлудің саны мен сипаты бақыланған суреттерді стандартты таразыда 100 есе көбейген секциямен салыстыру арқылы анықтайды.

Осыдан кейін тегістеуді жүргізеді. Майлау үшін реактивтарды зерттелетін қорытпаның құрамына және зерттеу тапсырмасына байланысты таңдалады. Портативті және стационарлық микроскоптар бар. Портативті микроскоптарды металл бетінде тікелей өнімді (үлгіні кеспей) тексеру үшін қолданылады. Стационарлық микроскоптарды тік және көлденең деп бөледі. Барлығына ортақ – заттық стөлдің үстіне орналасуы болып табылады. Металлографиялық микроскоптың механикалық, оптикалық (линзалар, көздер), жарықтандыру жүйелерін және фототехниканы қоса алғанда өте күрделі құрылғысы бар. Зерттеуде және зауыт зертханаларында MИM-7, MИM-8, «Неофот-21» микроскоптары кеңінен қолданылады. Арнайы дайындалған үлгідегі микроскопиялық зерттеулер формалары, өлшемдер, фазалардың таралуы және металл емес қосындылар, ноқат мөлшері, сұйықтық аймақтары, шұңқырларды пайдаланатын дислокация және т.б. сияқты құрылымдық ерекшеліктерін зерттеуге мүмкіндік береді. Металдар мен қорытпалардың түрлі температура жағдайында микроқұрылымын зерттеу үшін микроскоптардың бірнеше түрлері жасалды. Олардың көмегімен қыздыру, фазалық айналу, синтездеу процесі, беткі құбылыстар кезінде металдағы ноқаттың  өсуін бақылауға болады Жылытылған үлгіні деформациялауға мүмкіндік беретін және жылжу процесін бағылауға, қосарлану, релаксация, фазалық түрлендірулер процестерін бақылауға мүмкіндік беретін құрылғылар бар. Механикалық қасиеттерін сынау. Сыртқы жүктемелердің әсерінен металдардың әрекеттері механикалық қасиеттерімен сипатталады, олар әр материал үшін нақты жүктеменің шегін анықтауға мүмкіндік береді, әр түрлі материалдардың салыстырмалы бағалауын жүргізеді және зауыттың және зертханалық жағдайларда металл сапасын бақылауды жүзеге асырады. Механикалық қасиеттердің сынақтарына бірқатар талаптар қойылады. Температуралық және беріктік сынақ шарттары шынайы машиналарда және құрылымдарда материалдардың жұмыс жағдайына барынша жақын болуы керек. Сонымен бірге, сынақ әдістері өте қарапайым және металлургиялық өнімдердің жаппай сапасын бақылауға жарамды болуы керек. Әртүрлі құрылымдық материалдардың сапасын салыстыру қажет болғандықтан, механикалық қасиеттерге арналған сынау әдістері стандарттармен қатаң реттелуі керек. Механикалық қасиеттерін анықтау нәтижелері машиналар мен конструкцияларды жобалау кезінде және дизайнды жобалау тәжірибесінде қолданылады. Механикалық сынақтардың мынадай түрлері кеңінен таратылады:

• бір жақты тартылуға бір рет жүктелген статикалық қысқа мерзімді сынақтар - қысу, қаттылық, иілу және бұралу; • соққы күші мен оның компоненттерін анықтайтын динамикалық сынақтар - сыну бастамасының нақты жұмысы және жарықтардың дамуының нақты жұмысы;

• сызаттардың соққылық параметрлерін анықтау арқылы жарықтардың дамуының кедергісінің сынақтары; • күрделі кернеулер жағдайында, бөлшектердің табиғи сынақтары, жинақтарды және дайын құрылымдарды толық масштабты сынақтау.

ды өткізеді (МОСТ 1497-84). Әдетте бес реттік дөңгелек қима үлгісі қолданылады (диаметрі 5 мм, есептік ұзындығы 25 мм). 2.25 суретте, диаграмманың созылуының екі түрі берілген:  алаңы бар және алаңы жоқ жүктеме координаттардың, P жүктемесі – Д ұзарту/ (2.25, a, 2.25, б суреттеріне сәйкес). Диаграмма жай ғана кернеу  координаттардағы диаграммаға айналдырылады, a - салыстырмалы 5 деформация болып табылады. Мұнда a = P/Ao; 5 = (Д/// о

) 100%, мұндағы А

Тартылу диаграммасы үш бөлімнен тұрады: OA серпімді деформациясы, АВ біртекті пластикалық деформация және ВС мойын шоғырланған деформациясы. Серпімді деформация аймағы тік сызықты нысаны бар және материалдың қаттылығын сипаттайды. Материал аз серпімді штамм жүктеменің әсерінен өтеді, оның икемділік модулі бойынша сипатталатын қаттылығы жоғары: E = a / 5.

Сурет 2.25. Созылу диаграммалары: а

б

в

т , £ к

Икемділік  модулі – материал константасы болып табылатын атомдардың өзара әрекеттесу күштері анықтайтын құрылымдық тұрғыдан сезімтал емес сипат. Икемділік қасиеттері металдың температурасына байланысты. Температура төмендеген сайын атом аралық қашықтықтар азаяды, кристалдар қысылады, бұл икемділік модулінің ұлғаюына әкеледі. Икемділік модульдің негізгі өсуі 77 К температураға дейінгі температура диапазонында орын алады, сұйық азот температурасынан төмендеген кезде өсуі баяулайды, ал абсолюттік нөлге жақын икемділік модулі температурадан тәуелсіз болады. Үлгінің жүктемені («ағымдары») елеусіз жоғарылатуымен деформацияланған ең төменгі кернеу а т

т

0.

Егер шығымдылық аймағы болмаса, бастапқы үлгідегі ұзындығының  0,2% -на тең қалдықты ұзындық алған кездегі шартты шығыс кернеуін a

анықтайды.

Ағымдылық шегі - шағын иілгіштік деформацияларға төзімділікті сипаттайтын рұқсат етілген кернеулерді есептеудегі беріктігі.

Кернеу алдындағы бұзылуына сәйкес келетін ең үлкен жүктеме, а в

в /

о .

Кедергі сәтінде иілгіштік деформацияның мөлшері материалдың пластикалық қасиетін сипаттайды. Икемділіктің екі сипаты бар: салыстырмалы ұзарту 5,% және салыстырмалы тарылу y,%:

Әдеттегідей, металлдың 5%> 15% ; y> 45% шартты деп есептеу қабылданған. Нақтырақ айтқанда, үлгінің кернеуі мен кернеу арасындағы байланыс шынайы кернеулердің диаграммаларын көрсетеді (2.25, сурет). Шынайы кернеу жүктемені сынақ уақытында үлгінің көлденең қимасы бойынша бөлу арқылы анықталады.

болып табылады. Қаттылық жергілікті байланыс әсерінен жер үсті қабатындағы деформацияға қарсы тұру үшін материалдың қасиеті деп аталады.

Сурет 2.26. Үлгінің қаттылығын анықтау құрылысы: а

, P — болжанушы және негізгі жүктеме; h

, h — болжамды және нақты жүктемеден кейінгі іздің тереңдігі Қаттылықты анықтаудың келесі әдістері бар: Бринелл бойынша (шар баспасының диаметрі бойынша); Роквелл бойынша (алмазды конустың немесе қатқан шардың қығыздау тереңдігіне қарай); Виккерс бойынша (шағын қалыңдығы немесе жұқа беткі қабаттары туралы мәліметтер үшін, қаттылығы алмаз пирамидасының баспа диагоналынан анықталады). Осы әдістердің схемалары 2.26. суретте келтірілген. Бринелл әдістемесі бойынша сынау (2.26, a сурет) тұрақты жүктеменің әсерімен сыналатын корпусқа D диаметрлі болат шарларын басуды білдіреді және әсердің диаметрін өлшейді. Бринеллге қаттылық HB Р жүктемесімен анықталады, бұл баспа сфералық бетіне бөлінеді Басып шығару диаметрі неғұрлым аз болса, металлдың қаттылығы соғұрлым жоғары болады. Іс жүзінде, қаттылықты формулалармен емес, d басып шығару диаметрі бойынша арнайы кестелер арқылы анықталады. Шардың ықтимал деформациясынан қорқуына байланысты Бринелл әдісі 450 НБ астам қаттылығы бар материалдарға пайдалануға ұсынылмайды. Бринелл бойынша уақыт қарсылығы және қаттылығының саны бір-бірімен байланысты: болат үшін, c = 0,34 • HB, мыс қорытпалары үшін, с в

= 0,45 • HB, алюминий қорытпалары үшін, с в

Роквелл әдісі бойынша сынақтау (2.26, б сурет), алмаздық конус (ас жұмсақ материалдар үшін кішкентай болаттан жасалған) металды екі дәйекті жүктемеде басады: алдын-ала P

= 100 Н және негізгі P. Үш шкаласы бар. Алмаз конустары мен P = 1,400 N масштабтағы С сыныбымен сыналған кезде қаттылық HRC деп белгіленеді, сол кезде P = 500 N масштабтағы A (HRA) және болат шарлармен және P = 900 N масштабтағы B (HRB) ). Роквеллдың қаттылық бірлігі - бұл индикатордың 0,002 мм осьтік жылжуына сәйкес келетін өлшемсіз мөлшер. C шкаласында қатты материалдардың қаттылық мәндері Brіnell әдісімен (қаттылық 450 HB-тен жоғары) анықталады. Виккерс бойынша қаттылық (2.26-сурет, в) Р жүктемесінің әсерінен дұрыс төрттік пирамиданы басу арқылы анықталады және әсердің d диагоналі өлшенеді.

Жүктеме 10-нан 1000 Н-қа дейін өзгереді. Материал жіңішке болған сайын,  металлдың қолданбалы жүктемесі аз болуы керек. Виккерс бойынша НV қаттылықты баспа диагоналінің арнайы кестелері арқылы анықтайды. Кейбір жағдайларда металлдың жекелеген учаскелерінің микро қаттылығын анықтайды. Бұл әдіс жеке ноқаттардың немесе өте жұқа қабаттардың қаттылығын өлшеуге арналған.

Динамикалық сынақтар . Динамикалық сынақтың негізгісі болып  металдың соғуға төзімділігін анықтайтын

Әдіс бір маятниктің әсері арқылы сынған үлгіні бұзуға негізделген (2.27-сурет). Сынама копролдің тіректеріне орналастырылады және қимаға қарсы сынақтың үлгі жақ бетіне соғылады. Үлгіні бұзуға жұмсалған жұмысты формула арқылы  анықтайды

К = mg (H - h) = mgl (cos a

мұнда m - маятниктің массасы; g – бос құлауды жеделдету; H, h - маятниктің соққыға дейін және үлгі жойылғаннан кейінгі биіктігі; l - маятниктің ұзындығы; a

, a

m, H, l, a

соққы күші KS = K / A формуласы бойынша щығу нүктесінде бастапқы үлгідегі қиманың бастапқы қимасы бойынша сынған үлгінің әсер етуі арқылы деформацияға және сынуға арналған К сынықтары жұмысының қатынасы ретінде анықталады. Кернеу концентраторларын түріне қарай, сынамалардың үш түрі бөлінеді: 1 мм кесудің астының радиусы (U түрі); 0.25 мм (V түрі) және сынған жарық (T түрі) басталған (2.28-сурет).

Жарылыстары бар үлгілерді соғу  сынамасымен енгізу, материалдардың өнімділігі жарықтың берілуіне  кедергі емес, оның таралуына төзімділігі ретінде анықталады. Әдеттегі үлгілерде 10 x 10 мм көлденең қимасы бар, бірақ аса маңызды жағдайларда және үлкен бөліктердің жұмысын бағалауда 25 х 25 мм көлденең қимасы бар сынамаларды қолданады. Қима қаншалықты өткір болса, металл соғұрлым қиынырақ сынаққа тап болады. Кесектің түрі соққының және соққыға төзімділіктің жұмысын белгілеуге кіреді. Соққы жұмыстары KU, KV, KT сияқты екі әріптермен белгіленеді, ал соққыға төзімділік  - KCU, KCV, KCT сияқты үш әріппен белгіленеді. Бұл белгілерде соңғы әріптер кернеу-концентраторлардың символдары болып табылады. Металдардың төмен температураларда сынғыштық бұзылуға бейімділігін бағалау үшін соққыға төзімділік сынағын кеңінен қолданылады. Бұл әдістің артықшылығы жүктеме жылдамдығының және концентрацияның әсерін ескеретін эксперименттің қарапайымдылығы болып табылады.

Суық сынғыштықты бағалау үшін әдетте төмен температурада бірқатар үлгілер сыналады. Температураға тәуелді қисық соққы тұтқырлығын сериялық

қисық суыққа сынғыштық деп атайды (2.29-сурет). Осы қисық сызықтарды пайдаланып, суыққа-сынғыштық температурасының шегі анықтайды. Суыққа сынғыштық шегінен төмен жұмыс температурасында металлды қолдануға болмайды. Металл өнімдерін жауапты пайдалануды жеткізудің техникалық шарттары, әдетте, осы температурада соққыға төзімділіктің ең аз рұқсат етілген шамасын анықтайды. Суыққа сынғыштықты бағалауды, сондай-ақ бұзылған сынықтың  пайдалану арқылы жүргізуге болады.

Рис. 2.29. Изменение ударной вязкости KCU стали Ст3 при изменении температуры t испытаний Әдіс соққы үлгілерінің тұтқыр және сынғыш сыну учаскелерінің аудандарының арақатынасын анықтауға негізделген. Тұтқыр сынықтар күлгін көлеңкелі талшықты құрылымға ие.  Температураны төмендету кезінде сынудағы талшықты компоненттер саны азаяды, кристалды жылтыраған аймақтар пайда болады. Әдетте, сыни температура ретінде,  құрылымның талшықты құрамдас бөлігінің үлесі 50% құрайтын температураны қабылдайды.

Бірқатар жағдайларда, тек қана КС бұзылу әсерінен сынудың жалпы жұмысын ғана емес, сонымен қатар оның компоненттерін - жарықтардың басталу жұмысын анықтау керек KС

және КС р

жарықтарын дамыту жұмыстары, ал мұндағы КС = KС

р.

Жарықтың нуклеациясының жұмысы кесеілген радиусқа байланысты. Кесу неғұрлым өткір болса, жарықты бастау үшін сол ғұрлым аз жұмыс қажет. Жарықты дамыту жұмысы кесілген геометрияға аз байланысты және металдың сынғыштық бұзылуына бейімділігін жақсы сипаттайды. Әдетте оны анықтау үшін алдын-ала басталған жарықтары бар үлгілер пайдаланылады. Дегенмен, пластмасса материалдарын сынағанда, сынық үлгідегі сыну жұмыстары икемді және көлденең макродеформацияларға жұмсалған пластикалық деформация жұмысының шамасы бойынша жарықшақтың дамуының шынайы жұмысынан асып түсетінін есте ұстаған жөн. Осциллографтар экранынан суретке түсіру арқылы алынатын жүктеменің бұзылу диаграммаларын пайдаланып, соққыға иілу сынақтарында сыну жұмыстарын және жарықтардың өрбу жұмыстарының жұмысын анықтау ыңғайлы. Сәйкестік соққыларының сызықтық тәуелділіктеріне байланысты кесу радиусы мен сыну бастамасының нөлдік кесу радиусы немесе сынықтары бар үлгілер үшін нөлге тең болғандығына негізделген соққылықтың компоненттерін анықтау үшін жуықтау әдісі белгілі.  Содан кейін нөлдік кесілген радиусқа 1 және 0,25 мм радиустағы тек екі түрдегі үлгілердің сынақ деректерін экстраполяциялау сызықты дамыту жұмыстарының мәнін береді. Соққы беріктігінің құрамдас бөліктерін анықтау бұзудың екі кезеңінде де түрлі факторлардың әсерін анықтауға мүмкіндік береді.

Төзімділікті сынау . Металдардың төзімділігі шаршау, серпімділік және ұзақ мерзімді беріктік, тозу, коррозия және т.б. сынақтарымен анықталады.

Дизайн жүктемесі кезінде кейбір кернеуленген жергілікті көлемдерде уақытша кедергіден төмен болған кезде, пластикалық деформация пайда болады және оның экстремалды дамуы нәтижесінде микро жарықтар туындайды.

Сурет 2.30.Тозудан сынудың сыртқы көрінісі:

Микро жарықтар біртіндеп біріктіріліп, макро жарықтарды қалыптастырады, уақыт өте олар барлық көлденең қимаға жайылады. Шаршаудан  пайда болған сынықтың сыртқы түрі  2.30. суретте көрсетілген. Шаршаудың сыну диаграммасы  2.31. суретте көрсетілген.  Шаршағыштық сынықтар олардың басқа сынықтар түрлерінен айырмашылығы бар белгілерге ие.  Сынықтарда бірнеше сипаттамалық аймақтарды бөлуге болады.  Сыну шоғыры - бұл эмбрионалдық

Рис. 2.31. Схема усталостного излома:

3—5

макроскопиялық шаршау сынығы пайда болған және оның дамуы басталатын жергілікті аймақ. Жойылу ошағы - сынудың шоғырлану нүктесіне жақын шағын аймақ, онда бастапқы (эмбрионалдық) макроскопиялық шаршау жарылуы пайда болды. Жою ошағы аздаған жылтыр мен және тегіс бетімен сипатталады. Зақымданудың шынайы шаршағыштық аймағының зақымдануы, онда жою ошағынан орталықтан сияқты шаршау сызықтары жайылады -  жарықшақты тарату майданының іздері болып табылатындығымен сипатталады. Доломит аймағы шаршау ақауларының соңғы кезеңінде қалыптасады макростар сынған белгілері бар. .

Бөлме температурасында шаршау сипаттамаларын әдетте (2.32-сурет) дөңгелек айналуымен иілу туралы үлгілерді сынау арқылы анықталады. Бірқатар үлгілерді P әртүрлі жүктеме бойынша тексереді және деструктивті кернеу және тиеу циклдерінің тиісті саны анықталады.

Циклдің максималды а max

немесе минималды а mіn циклдың кернеуінің алгебралық кернеу үлкендігінің шамасында ең үлкен немесе ең аз болып табылады. Циклдің сипаттамасы болып

mіn /c max . Максималды және минималды кернеулердің теңдігінде абсолюттік мәні бойынша                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  R = _1 болғанда. Бұл жағдайда цикл симметриялы және шаршау кедергісін сипаттайтын төзімділік шегі a_

арқылы белгіленеді. Өнімнің жұмыс жағдайына байланысты сынақтар сынама үлгілері бойынша агрессивті медиа және кернеулік концентраторларсыз немесе онсыз симметриялық және асимметриялық циклдарда, жоғары және төмен температурада жүргізіледі. Сынақ барысында Қисық шаршауды құрады - циклдың максималды немесе амплитудалық кернеулері (деформациялары) мен циклдің бірдей орташа кернеуінде (штаммы) сыналған бірдей үлгілер сериясының немесе сол циклдық асимметрия коэффициентінің арасындағы байланысын сипаттайтын графика қарастырылған.  Циклдік кернеулердің деңгейі мен N циклінің басталмас бұрынғы цикл саны арасындағы тән қатынас үш сипаттамалы аймаққа ие (2.33-сурет). І аймақ квазистатикалық сынық аймағы деп аталады, өйткені осы аймақта сыну бір жүктеме қолданысында сынудан аз ерекшеленеді. ІІ аймақ аз циклдық шаршауды сипаттайды, онда бұзылу пластикалық деформациямен бірге жүреді.

gt

ІІІ аймақта бөлімде пластикалық деформацияның  болмауы дерлік жүретін көп циклдық әлсіздік орын алады. Кішкентай және көп циклдық шаршауға бөліну шартты болып табылады. Төмен циклдің шаршағышы кезінде эластопластикалық аймақта 5 • 10

циклына дейін, ал көп циклдық аймақта 5 • 10

s

, түсті металдар үшін N = 10

жүктеме циклдарының санынан анықталады. Стандартты жағдайларда анықталған төзімділік шегі a-

болып табылады. Симметриялық циклдегі көміртекті болаттардың шыдамдылық шегінің мәні әдетте 0,6 а в

құрайды .

Металдың төзімділігінің маңызды сипаттамасы сондай-ақ берілген кернеуде жұмыс істемей тұрып үлгілердің жүктеме циклдарының санымен анықталатын шаршаңқы төзімділік болып табылады. Шаршау ақауларының үш кезеңі бар: шаршағандық жарығының пайда болуы; оның сыни мөлшерге дейін баяу өсуі; үлгінің немесе бөліктің қалған қимасының жылдам фракциясы. Шаршау шақтарының нуклеация процесі бөліктің беткі сапасына және беткі қабаттың қасиеттеріне байланысты. Өңдеудің тазалығы мен беткі қабаттың қаттылығы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым шаршау қаупін төмен болады. Хром-молибдендік болаттың дөңгелек ұнтақтаумен және үлгілердің бетіндегі төмпешіктердің биіктіктері 0,4...0,6 мкм шыдамдылық шегі ст -1 , 640 МПа жетуі, жазық тегістеуде және төмпешіктердің биіктігі 0,2. 0,4 мкм - 790 МПа биіктікте, жылтырату және төмпешіктердің биіктігі үшін 0,05 мкм - 820 МПа аз. Жарықтар пайда болғаннан кейін әр бір кейінгі жүктеу циклы оны бірте-бірте арттырады. Шаршағыш жарықтың өсу бағыты жүктеме сипатына байланысты. Циклдік жүктеме кезінде кернеу-қысу сызбасы кернеу бағыты бойынша 45 ° бұрышта бұралу кезінде, қолданылған кернеу бағыты бойынша оң жақ бұрыштарда дамиды. Шаршау инженерлік тәжірибеде орын алған барлық апаттардың шамамен 50% -ына жауап береді.

Термиялық шаршау

Тоңазытқыш және криогенді технологияларда температура градиенттері және тиісті жылу кернеуі құрылыстарды жылыту немесе салқындату нәтижесінде салқындатқыш сұйықтықты толтыру немесе ағызу кезінде пайда болуы мүмкін, егер криогенді заттар цистерналардың металдың салыстырмалы жылы бетіне енсе, су,

бөлшектердің термофизикалық айырмашылығына байланысты арматура әртүрлі материалдардан жасалған бөлшектерді жобалаудың бөлігі болып табылатын қасиеттер. Сыртқы жүктемелерден келетін кернеулерге термиялық кернеулердің көп қолданылуы аса қауіпті. Сонымен қатар, кейбір металлдар салқындату кезінде құрылымдық өзгерістерге ұшырауы мүмкін. Мұның бәрі бөлшектердің мерзімінен бұрын бұзылуына әкелуі мүмкін.

Серпілісті сынау (МОСТ 3248-81). Көптеген бөлшектер белгілі бір температурада ұзақ уақыт бойы жүктемемен жұмыс істеуі керек. Сонымен қатар тұрақты жүктеме әсерінен баяу металлдың пластикалық деформациясы жүзеге асырылады, бұл оның серпімді шегінен асатын кернеулерді тудырады, бірақ берілген температурада материалдың шығыс кернеуінің шегі аз. Мұндай деформация

Жоғары және төменгі температура кезінде серпіліс ерекшеленеді. Жоғары температуралық серпіліс толығырақ қарастырылады. Жылытылған металдың деформациясы кезінде онда екі қарама-қарсы процестер пайда болады: жылудың нәтижесінде пластикалық деформацияны қатайту және жылыту нәтижесінде қатайту. Егер екінші үрдіс басым болса, металда диффузиялық жұмсарту процестері - демалуда, фазалардың коагуляциясында, қайта кристалдану кезінде, серпімділік дами бастайды. Егер жоғары температурада серпімділік  диффузиялық процестердің нәтижесінде орын алса, төмен температура кезінде қозғалыс пен дислокацияның көбеюіне байланысты орын алады, термо белсенділік табиғатына ие және бірқатар факторларға байланысты, олардың температурасы мен металл құрылымы үлкен рөл атқарады. Металдардың ыстыққа төзімділігінің негізгі критерийлері болып - ұзақ мерзімді беріктік шегі мен серпімділік шегі табылады. Серпімділік сынақтарына арналған қондырғының құрылысы 2.34. суретте келтірілген. Үлгіні электрлік пешке қояды, белгілі бір температураға дейін қыздырады және оған қолданылатын белгілі бір тұрақты жүктемені береді. Үлгіде пайда болған деформацияны өлшейді және бірқатар үлгілердің сынақтарының нәтижелері бойынша ұзақ мерзімді беріктік қисықтарын (2.35 a-сурет) және серпінділікті (сурет 2.35, б) құрастырады.

Сурет. 2.34. Серпімділік сынағына арналған қондырғының құрылымы: 1 - үлгі; 2 - машинаның таяқшалары; 3 - термопары; 4 - пеш; 5 - деформацияны өлшеуге арналған айна индикаторы; 6 - тұтқыш; 7 - жүк 81;

ст

арқылы белгіленеді, онда t және t тиісінше температура көрсеткіштері мен сынақ уақытын білдіреді.  Мысалы, s200 = 300 МПа металдың беріктігі 200 сағат бойы 700

С температурада сыналған металдың беріктігі 300 МПа құрайтындығын білдіреді. Қисық серпімділік төрт аймақтан тұрады. OA аймағы жүктемені қолдану кезінде туындаған серпімді және пластикалық деформацияға сәйкес келеді. AB аймағы тұрақсыз серпімділікті сипаттайды, онда метал біркелкі емес жылдамдықпен деформацияланады, BC - бөлімде тұрақты серпіліс және СD аймағы жылдам бұзушылық, мойынның қалыптасуымен байланысты.

Серпімділік шегі деп - белгілі бір уақыт ішінде белгілі бір температурада берілген жалпы шиеленісті туғызатын кернеулік. Серпімділік шегі s d/ t арқылы белгіленеді, мұнда t - температура; d - жалпы ұзарту; t - уақыт. Мысалы, sj / іooo = 350 МПа 400 °С сынақ температурасында 1000 сағатта 1% деформация кезінде металды серпімділік шегі 350 МПа құрайтындығын білдіреді. Ұзақ уақыт бойы жоғары температурада жұмыс істейтін бөлшектер үшін, әдетте, серпімділік жылдамдығы процестің орнатылған кезеңінде беріледі, мысалы, 10

сағатқа немесе 10

сағатқа 0,1%.

Төмен температураларда жұмыс істейтін көптеген өнімдердің жұмыс жағдайлары олардың ұзақ уақыт бойы (10 жылдан артық) жүктеме кезінде жұмыс істеуін қарастырады. Жүйеде серпімді энергияны жеткізуді ұлғайта отырып, криогенді сұйықтықтарды сақтауға және тасымалдауға арналған резервуарлар мен ыдыстар сияқты өнімдерде серпімділігіне байланысты деформация құрылыстың жекелеген аймақтарындағы кернеулердің елеулі ұлғаюына ықпал етуі мүмкін. Сонымен қатар, төмен жұмыс температурасының әсерін ескере отырып, сынғыштықтың қаупі едәуір артады. Төмен температурадағы серпімділік сынақтарында, қажетті температура сынаманың салқындатқыш ортада болғандығымен және тұрақты жүктеме үлгісі сынау машинасының жоғарғы немесе төменгі тартқышы арқылы үлгілендіріледі.

2.3. Кесте. тандық және шетелдік стандарттар бойынша материалдар Негізгі механикалық қасиеттердің белгілері

Кернеуді ұлғайтудың тиісті кернеудің ұзартудағы икемді деформация көлемінде қатынасы, Мпа

Физикалық ағу шегі (yіeld strength) °т Re

Rp 0,2

Кірістілік аумағы болмайтын қалдық ұзаруы бастапқы ұзындығынан 0,2% болатын материалдарға арналған кернеу,  Мпа

Уақытса қарсылачстық немес төзімділік шегі (tensіle strength) s в

m

>

іo Бастапқы есептелген ұзындығына дейін бұзылуынан есептелген ұзындықтың ұлғайтуы бойынша арақатынасы, %

Қатынасты тарылту  (reductіon of area)

Бастапқы аумағына дейін бұзылуынан бастапқы қима мен үлгінің көлденең қимасының ең аз аумағының арақатынасы, %

Серпімділік шегі (creep lіmіt)

s

700 s

0,2/100

^0,2/100 Мысал: 700 ° С  температурасында 100 сағат сынақта, 0,2% деформацияға себеп болатын кернеу,  МПа

о oo oo of Мысал: 700° C тұрақты температурада, 1000 сағат сынақта металды бұзуға себеп болатын кернеу, МПа

(fatіgue strength)

Материалдың қайта ауыспалы жүктемелердің жеткілікті үлкен санымен бұзылмай төзетін максималды кернеу,  Мпа

нв нв Металдағы алынған сфералық ұңғыманың бетінен, сынау материалына болат шарды басатын жүктеме қатынасы

Сынамадағы алғашқы  ауданының үлгінің көлденең қимасында концентратордың алаңында әсер ету жұмыстары (Т — жарықтық; U —1 мм радиусы бар кесек; V - 0,25 мм радиусы бар кесек;), Дж/м

кесілген), J / м2 2.3. кестеде. Материалдардың негізгі механикалық қасиеттерінің отандық және шетелдік белгілері  және олардың атауларын орыс және ағылшын тілдерінде көрсетеді.

Трибологиялық сынақтар.

Трибологиялық сынақтарда (тозу сынақтары, тозуға төзімділік), негізгі ұғымдар тоздыру, тозу және ұтозуға төзімділігі болып табылады. Белгілі бір бөлшектер мен жинақтардың тозуы байланыстырушы материалдардың сипатымен және үйкеліс жағдайларымен анықталады. Машина бөлшектеріндегі тозу процесіне әсер ететін көптеген факторлар келесі сынақ кезеңдерін қолдануды анықтайды: Материалды немесе оның белгілі бір бөлігін өңдеу әдістерінің дұрыстығын ең сенімді түрде тексеру осы өнімнің осы өнімді пайдаланудың нақты жағдайларында (далалық сынақтар) өнімнің осы бөлігін сынау болып табылады.

Мұндай сынақтар, әдетте, жаңа материалдардан жасалған немесе жаңа технологияны қолданатын бөлшектер немесе жинақтардың орындылығын бағалауда міндетті болып табылады, бірақ, өйткені олар қымбат болғандықтан, тәжірибелік қиындықтармен (сынақтың ұзақтығы, бөліктің тозуын анықтау үшін бөліктерді бөлшектеу қажеттілігі, нақты тозу мөлшерін анықтаудың қиындығы) байланысты және көп өзгермелі сынақтарды жүргізу мүмкін еместігі, бұл сынақтың түрі әрқашан алғашқы үш түрдің кез-келгенімен, ал кейде барлық үшеуімен де болады. Бірінші кезеңдегі материалдардың физикалық және механикалық қасиеттерін оқып, олардың негізінде осы материалдардың тозуға төзімділігін болжау кезінде, әдетте, тозуға төзімділік пен қаттылық, тозуға төзімділік және икемділік модулі немесе қаттылық коэффициенті арасындағы сызықтыққа жақын тәуелділік бар екеніне негізделеді. Сынақтаудың екінші кезеңінде, әдетте, осы материалдардың тозуға төзімділігіне таңдалған үйкеліс режимдерімен бірге материалдардың алдын-ала белгіленген физикомеханикалық қасиеттерінің деңгейіне әсер ететіндігін бағалайды.

Металдардың жарыққа төзімділігі және кернеу қарқындылығының коэффициенті . Механизмдерді, машиналарды және инженерлік құралдарды құрастыру дәстүрлі әдісі, материалдардың қарсыласу үрдісіне негізделген, осыдан шығып материалды ақаулары жоқ үздіксіз дене ретінде қабылдауы. Алайда мұндай мінсіз материалдар жоқ. Тіпті жүктелместен бұрын, құрылымдық материалдар шеткі кірмелер, газ кеуектілігі және өзге де үзілістер түріндегі жарықтар тәріздес ақауларға ие. Металдардағы жарықтарға ұқсас ақаулардың типтік мысалдары дәнекерленген қосылыстар мен қышқылдарды дәнекерлеу кезінде, дәнекерлеу кезінде термиялық әсер ету аймақтарында, металлдық емес қаптамалардың айналасында болат илектеуге, сондай-ақ кернеу әсерінен шаршау мен коррозия болатын жарықтар болып табылады. Мұндай ақауларды ультрадыбыстық бақылау немесе қандай да бір басқа бақылауды бұзбайтын және сынау әдісі арқылы анықтауға болатын және сыну механикасының әдістерін пайдалана отырып, апатқа жол бермеудің ең жоғарғы мүмкіндігін алдан ала алатын максималды ақау өлшемін анықтайды. Белгілі бір жағдайларда бұл ақаулар кәдімгі механикалық сынақтарда анықталған материалдың беріктігі қасиеттерінен әлдеқайда аз жүктемелерде тіпті сәтсіздікке бастауы мүмкін. Сыну механикасының негізгі міндеті – сынудың орын алуы мүмкін жағдайларды анықтау және құрылымдық қауіпсіздік деңгейін бағалау. Жарықтар сияқты ақаулар кернеу концентраторлары болып табылады, олар қаншалықты үлкен болса, жарықта және оның ұзындығы да соншалықты өткір болады.

Эллиптикалық жарықтың жоғарғы жағындағы номиналды кернеулер (2.36-сурет) мына формула бойынша анықталады а н = s ср

(l + 2^/фр) « 2а срУ [с/ р,

мұндағы a ср -орташа қолданылатын кернеу; с – элипстің  (сызаттар) үлкен жартылай осьінің ұзындығы; p - эллипстің жоғарғы бөлігіндегі радиусы (сызаттар). Демек, кернеу концентрация-сының коэффициенті k = 2 ^ p. Жеткілікті өткір және ұзын сызаттар болған жағдайда, шыңында орналасқан кернеу матер-иалдың деструктивті кернеуінен асып түсетін мәндерге, тіпті салыстырмалы түрде кішігірім қолданбалы кернеумен де жетуі мүмкін. Сынуды бастау үшін, бөліктің көлденең қимасы бойынша орташа кернеулерге беріктік мәндеріне жетудің қажеті жоқ. Жарықтар тарала бастауы үшін, оларды тек ақаулықтың жоғарғы жағында ғана жасау жеткілікті. Пластикалық деформация болмаған жағдайда, a4c өнімі осы материал үшін тұрақты мән болуы керек. Бұл жұмыстың тұрақтылығы әр түрлі шыны түтіктердің ішкі гидравликалық қысымымен оларға гауһар тастармен түрлі ұзындықтағы сызаттар салу арқылы Алан А.Гриффит сынақ өткізді. Барлық жағдайларда а4c өнімі тұрақты болып қалды, бұл А.А. Гриффит қорытындысының әділдігін дәлелдеді. Квартидті сынықтардың механикасы кезінде жаңа параметр –

кернеуліктің қарқындылық коэффициентін К Джордж Р. Ирвин енгізді Бұл параметрді пайдаланудың артықшылығы оны эксперименттік анықтау мен оның тиөзімділік күшін есептеулерде ауыстыру мүмкіндігі. Алдын ала инженерлік есептеулерге негізделген конструкциялардағы үзіксіз материалдардың әркетін болжау мүмкін болды. К параметрінің физикалық мағынасы, әсіресе оның ерекше өлшемі бойынша, қабылдау ұзағынан қиындық туғызады: ұзындығының шаршы түбірімен көбейтілген кернеуі. К-ның кернеу өрісінің сызат алдындағы қарқындылығын сипаттайтын коэффициент екенін түсіну маңызды. Кернеудің қарқындылык коэффициенті K магниттік немесе электр өрісінің кернеулілігіиен салыстыруға болады:

о

а

с

z

2<C

а

б

в

Осыдан, K өлшемі MПa • м 1/2

бір өлшем шкаласына ие.

Жарықтың тұрақсыздығы К коэффициенті сыни кернеу қарқындылығы коэффициентінің мәніне жетуі әдетте

с өлшемі сыну механикасындағы материалдың ең маңызды сипаттамасы болып табылады және сыну сәтінде кернеулердің үлкендігін байланыстырады және жарықтардың сыни мөлшеріне қатысты екенін көрсетеді. Түрлі қалыңдықтардың үлгілері үшін сынудың әр түрлілігі мүмкін (2.37 сурет):  жылжумен, бөлшекті жылжумен, қалыпты кернеулерден. Сыну қатаңдығы қалыпты және көлбеу (құлдырау) бұзылу аймағын дамытуда салыстырмалы түрде анықталады. Жеткілікті жоғары беті бар  қалың үлгілері үшін сыну төзімділігінің шектік мәніне K Іc , тегіс пластинадағы конфигурациядағы сыну төзімділігіне жақындайды. Осы үлгінің қалыңдығынан бастап K Іс коэффициенті іс жүзінде өзгермейді және материалдың константасы болып табылады (2.38-сурет). Осылайша, K Іc

жазықтық деформация үшін кернеу қарқындылығының сыни коэффициенті , егер сыну аралас (тікелей және көлбеу) немесе тікелей үзілісте болған кездегі. K Іс коэффициенті сондай-ақ кернеу қарқындылығының коэффициенті, сынықтың тұтқырлығы, сызаттарға төзімділік деп атауға болады. K коэффициенті материалдың константасы емес, яғни, үлгінің өлшеміне байланысты. Жазық деформация үшін кернеу қарқындылығының сыни коэффициенті К Іс үлгінің геометриясына тәуелді емес және материалдың константасы болып табылады.

Іс коэффициенті – қатаң сынақ жағдайында анықталған шектік сипаттамаға ие, ол үшін үлгілік қалыңдығының артуының өлшемі бойынша К байқалады.

Іc

Іc анықтау үшіны материталдың қалыңдығында жұмыс істеу қажет болса. Жіңішке парақты конструкцияларды жою жазықтықта күйзеліске ұшыраған жағдайда жүзеге асады. K Іc -ті ақаулы сипаттамасы ретінде пайдалану аздаға қалыңдықта қанағаттанарлық жұмыс істеуге

x/d

Сурет 2.38. Сыну тұтқырлығының

с

үлгі қалыңдығына d

тәуелділігі

болатын жарымды болуы ықтимал материалдардың ақаулануына алып келуі мүмкін. Сыну тұтқырлығының сипаттамаларын білу белгілі бір ұзындықтағы сызаттар болған жағдайда құрылымдағы барынша рұқсат етілген кернеулерді анықтауға мүмкіндік береді. Қолданылған кернеулер K Іc көмегімен табылған бұзу кернеуінен төмен болуы керек. Сонымен бірге, берілген қосымша кернеу үшін ақаулықтың сыни өлшемін анықтаумен және металлдағы бастапқы ақаулардың максималды өлшемімен салыстыруымен байланысты басқа мәселені шешуге болады. Жақсы механикалық сипаттамалары бар материалдар жарықтар дамуына төтеп бере алмайтын болғандықтан жарамсыз болуы мүмкін. Егер металлдың дефектоскопиясы кезінде жарықшалардың ұзындығы сыни мәннен аз болса, онда конструкцияның тәндік сипатын бағалау үшін, оның жұмыс жағдайлары сызаттардың пайда болуына әкеліп соға алу мүмкіндігін анықтау керек. Циклдық жүктемелер, коррозия, сутектің бітелуі және т.б. сияқты факторлар әсерінен аз сыни ұзындықтағы сызаттардың таралуы мүмкін.

Сынықтың төзімділігін сынау (МОСТ 25.506-85). Жарықшақты дамыту немесе сыну тұтқырлығына арналған статикалық, динамикалық және циклдік кедергісі сынақтары келесі жалпы тәртіпке дейін азаяды. Белгілі бір пішін мен өлшемнің үлгілерінде жасанды жарықтарды енгізеді. Содан кейін, үлгілер жүктің бір мезгілде жазылуымен және жарықшақтардың жылжуымен жүктеледі. Статикалық жүктеме кезінде сынудың беріктігін анықтауға арналған келесі негізгі үлгілердің түрлерін ажыратады (2.39-сурет): І - осьтік шиеленіс және иілу үшін сынаққа арналған сақиналы шағылысқан және сынған цилиндрлік үлгі; ІІ - осьтік шиеленісті сынау үшін орталық сызық немесе симметриялы шеттері бар сызықты үлгілер;

"іі

ІІІ - жалпақ бір жақты кескішті және созылмалы сынау үшін жарықтары бар жалпақ үлгі; ІV - жалпақ үлгісі, шоғырланған икемді сынақ үшін бүйір шағылысуы және сынуы; V - Орталықты емес созылу үшін сынаққа арналған бір жақты қырлы шаршағыштық сызаты бар үлгісі; VІ - бір жақты кескінделген дискілік үлгі және эксцентриялық созылу үшін сынауға арналған жарықтар. Сынықтың сипаттамаларын анықтау үшін үлгілердің пішіні мен өлшемдері сынақ мақсатына, дайындықтың мақсаты, өлшемі мен нысанын, материалдың беріктігі мен төзімділігін және оның жұмыс істеуінің температуралық жағдайларын ескере отырып таңдалады. Қуатты, деформациялы, жойылудың энергетикалық критерилерін ажыратады. Кернеу қарқындылығы коэффициенттеріне сыни мәндеріне K c

Іc

жатады; деформацияларға – сызаттардық сыни ашылуы 5 с

және деформацияның қарқынды коэффициенті К се

; энергиялыққаа - ашу G с

Іc біртұтас бетіне жарықшақтардың таралуының нақты энергиясы. Негізгі критерийлер  ретінде K с

және K Іс

критерилері ұсынылады. K с

немесе 5 с анықтау кезінде құрылымдық элементтің қалыңдығына тең қалыңдығы бар үлгілерді қолдану ұсынылады. K Іc

анықтаудың дұрыстығы үлгілердің өлшеміне байланысты.

Шаршағыш сызаты сынамадағы циклдық жүктемені қолдану арқылы бастапқы сызықтан жасалады. Эксперимент кезінде үлгідегі жүктеме туралы деректер автоматты түрде жазылады және сызаттың  өсуі. Бұл жағдайда сызаттың секірісінде үлгіге жүктемені дұрыс анықтау маңызды. Жарықтандырудың өсуі туралы деректер деформация өлшеуіштері бар штамм көмегімен анықталады. Деформациялық өлшеуіш үлгіде немесе үлгіге арнайы бекітілген бекітпе арқылы орнатылады. Сызаты бар үлгіні дайындап солған соң, оны сынау машинасына орналастырады және оны үздіксіз жүктелуін жүзеге асырады, диаграмма жазбасының жүктемесімен бірге – қиманың шеттерін араластыра отырып. Үлгілерде жайпақ деформация жағдайында союды қамтамасыз ететін қалыңдығы  болуы керек. Зақымдалған үлгілер үшін қалыңдығындағы деформацияның болмауы сай, сынған кезде «кесілген ерні» немесе жиектің қатып кетуі болмайды. Сәйкесті деформация жағдайында сынудан соққылықты сынаудың негізгі кемшілігі төмен және орташа беріктік металдарын зерттеу кезінде үлкен үлгілерді қолдану қажеттілігі болып табылады. Мысалы, болаттың үлгілері 20 с а

0>2 = 280 МПа, қалыңдығы 250 мм-ден артық болуы керек. Үлгілердің бүйір бетінде қосымша өткір кесіктерді қолдану үлгілердің өлшемдерін 2 еседен астамға азайтуға және төменгі

беріктігі бар болаттар үшін K Іc

сенімді мәндерін алуға мүмкіндік береді. K Іc анықтау үшін осындай әдіс өте жақсы дәлелденген ықшам үлгідегі өлшеу деректерінен жоғары сәйкестікті иеленеді. Ұшақтың ұшында жазықтықтың деформациясының жағдайына сондай-ақ үлгілік материалдың бүйірлік беткі қабаттарының гибридтері арқылы қол жеткізуге болады. Сынғыштыққа бейімділік үрдісі сыртқы және ішкі факторлардың бірқатар әрекеттерімен анықталатыны, белгілі. Осы факторлар сыну төзімділігіне әсер етеді.

Сыну тұтқырлығы а т

және а в

материалдардың төзімділік көрсеткіштерімен тығыз байланысты. Төзімділіктің жоғарылауы икемділік пен сыну соққысының төмендеуімен бірге жүреді. Бұл өте күшті материалдардың бұзылу кезінде жұтылудың төмен энергиясы бар екендігі түсіндіріледі, оның деңгейі жарықтың ұшында пластикалық деформацияның шамасымен анықталады. Жоғары берікті материалдар үшін күшейген күштің әсері біркелкі болып келеді икемділікті азайтады, нәтижесінде сынудың қатаңдығы болады азаяды. Бөлме температурасында орта және төмен берікті материалдар әдетте жоғары төзімділікке қарағанда аса жөғары K Іc мәндеріне ие. Температураның төмендеуімен, әсіресе, ККО және ГТО кристалдық торлары бар қорытпалар үшін жағдай өзгереді. Температура төмендегенде, беріктік артып, белгілі бір жағдайларда орташа және төмен берікті материалдың сапасы бөлме температурасында жоғары берікті материалдың сапасымен бірдей болады. а

Іc тәуелді температурасының сипаттамасы төменгі қосылған болат маркаларының біреуі үшін  2.40. суретте келтірілген.  Болат бөлме температурасында K Іc

жоғары мәніне ие, бірақ температура төмендеген кезде, K Іc мәні күрт төмендейді. Ауыспалы механизм арқылы тұтқыр бұзылу төменгі энергияға негізделеді. Температура төмендеген сайын, пластикалық деформацияның шыдамдары артады. K с

Іc -ге ауысады. Сондықтан томен температураларда сыну тұтқырлығының сынағын аз мөлшердегі үлгілермен жүргізуге болады. Поликристалдық материалдық ноқат мөлшерімикроқұрылымның негізгі параметрлерінің бірі болып табылады.

Сурет 2.40. Шығарылу кернеуінің o

Іc

Ноқаттың мөлшерін азайту металдың бір уақытта тұтқырлығын және беріктігін күшейтуге мүмкіндік береді. Сондықтан ноқат ұсақталған кезде қасиеттердің күрделі индексі көбейеді, яғни сынудың беріктігі сол болып табылады. Металлургиялық үрдістерді бақылау және технологиялық әдістерді қолдану, әсіресе, болаттың деоксидациясы, жылжымалы қабаттың температурасын төмендету, термоциклдеу және термо механикалық өңдеу, ноқаттың майдалануына көмектеседі, бір мезгілде сыну соққысын көбейте алады. Легирленген элементтердің сыну қаттылығына әсері шартты түрде олардың ноқат мөлшеріне әсер етеді. Ноқаттың майдалануына ықпал ететін элементтер, сынықтың тұтқырлығын арттырады, ал қатты ерітінділерді қатайтатын элементтер, керісінше, сыну соққысын азайтады. Нитрит пен карбид құрайтын элементтерді: ванадий, ниобий және титан енгізу кезінде ноқатты ұнтақтауға қол жеткізу әсерлі жұреді. Деоксидация үшін алюминийді пайдалану тыныш болаттарда қайнаған және жартылайтыныштыққа қарағанда  аса майда ноқаттарды алуға мүмкіндік береді. Сынықтың қатаңдық параметрлерін білу құрылымның сенімділігін қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Бұл, әсіресе, жоғары беріктігі бар жаңа материалдардың бұрын қолданыста болмаған жобаларда қолданылатыны және өнімдердің қауіпсіздігі міндетті түрде қамтамасыз етілу керек.  Сол себептен, сызықтық сыну механикасының авторларының бірі Дж Р Ирвин осы пәнге мамандарды шұғыл даярлау қажеттігін көрсетеді, өйткені «жаңа құрылыс жасау құрылысшылардың білім берудегі барлық кемшіліктерді жойюы сирек күтіледі».

Төмен температураларда механикалық қасиеттерін сынау ерекшеліктері. Механикалық сынақтар жүргізудің температуралық тұрақтылығы нақты машиналарда және құрылымдардағы материалдардың жұмыс жағдайына барынша жақын болуы керек. Төмен температурадағы сынақтар осындай бөлме температурасындағы сынақтарға  қарағанда күрделі.  Оларды жүргізу алдында үлгілерді тоңазытқыштармен мен криостаттарда салқындату қажет, үлгілердің температурасы мен денформациясын өлшеу үшінарнайы құралдарын қолдану. Салқындату арнайы хладагент, қайнау нүктесі төмендегілер K (° C) арқылы жүзеге асырылады

Аргон        87 (-186) Сынақ кезінде 203 К (-70 ° C) температураға дейін хладагента ретінде, яғни, климаттық суықтың температурасына дейін, қатты көмірқышқыл газын (құрғақ мұз) метанол немесе этил спирті бар қоспаны  қолданады

77 (-196) 27 (-246) 20 (-253) .. 4 (-269)

77 К (-196 С) дейін сыналған кезде, әдетте, таза азот немесе оның буы пайдаланылатын сұйық хладагент болып табылады. Мұндай салқындатқыш жүйелер салыстырмалы арзан және ыңғайлы. Әдетте 77 К төменгі хладагента ретінде сұйық сутегі мен сұйық гелия қолданылады. 20 К (-252 ° C) қайнау температурасы бар сұйық сутегінің қолданылуы өте қиын. Ауадағы сутегі жарылғыш және өрт қауіптілігінің шоғырлануы кеңінен - 4,6-дан 76% -ға дейін өзгереді. Ашық кеңістіктегі ауа сутегі қоспасының жарылысы, ең алдымен, 30 ... 40% сутегі бар. Сұйық сутегі бар жүйеге ауа кіргенде, ол детонация мен жарылысқа ықпал ететін қатты шөгінділерді қалыптастырады.... Сұйық гелий төмен температурада сынау үшін толықтай қауіпсіз, бірақ ол сутектен әлдеқайда қымбат. Бұл газ тәріздес гелийді жинау, тазалау және қайта пайдалануды кешенді ұйымдастыруды талап етеді. Сұйық гелиймен жұмыс істеген кезде жылуды қорғаудың күрделілігіне байланысты әдетте сынақтар үшін кішкене үлгілер мен шағын криостаттар пайдаланылады. Үлгіні деформациялауды беретін тензометрлерді пайдалану криостаттың жылу оқшаулауын қиындататындығын ескере отырып, деформация есебі әдетте үлгідегі жұмыс бөлігінен емес, криостаттан тыс шыбықтан жүргізіледі. Температураны 153 К (-120 °C) дейін өлшеу үшін сұйық шыны термометрлер қолданылады. Термометрлік сұйықтықтар есебінде сынап, спирт, пентан қолданылады. 153 К-ден төмен температура кезінде өлшеу үшін қарсылық термометрлері мен термопарлар қолданылады.

Созылуға статистикалық сынақтар . Үлгідегі қажетті температура шарттары криостат көмегімен сыналады. Құрылымдық ерекшеліктерге сәйкес, созылмалы сынақтарға арналған криостаттар екі топқа бөлінуі мүмкін (2.41-сурет). Бірінші топқа т екі жақты элементтерін күштейтін кірістері бар криостаттар кіреді, екінші топқа кері түрдегі криостаттар, яғни кері тарту жазбасы бар криостаттар кіреді. Екі жақты тартылған кірістері бар криостаттар (2.41-сурет, а) қарапайым жезден жасалған құрылғыға ие немесе қабырғалы жұқа айналмамен немесе көбік пластик оқшаулағыштары бар аустенитикалық болат ванналары. Олардың қолайсыздығы - бұл криостаттан шыққан екі қуат мұнарасы жылу ағынын ұлғайту көзі болып табылады, бұл салқындатқыш сұйықтық ағынын арттырады. Осы типтегі криостаттарды әдетте 77 К-ге дейін сынақтарда қолданылады. Қайта қалпына келтірілетін түрдегі криостат (2.41-сурет, б) жылу ағындарын азайтуға мүмкіндік береді.

Сурет. 2.41. Созылу сынақтары үшін криостаттардың құрылымы: a - екі жақты тартқыштық енгізуімен; b - кері түрдегі; 1 - жүктеме шыбықтары; 2 - жылу оқшаулағышы бар екі қабатты қабатты камера; 3 - сұйық хладагентті енгізу; 4 - сынақ үлгісі; 5 - тефлон тығыздығы; 6 - тірек түтікшесі; 7 - сұйық сутегі немесе гелия; 8 - сұйық азотпен экранды; 9 - сыртқы

камера корпусы Үлгі төменгі тұтқасы бекітілген тірек түтікшесі мен үлгінің жоғарғы тұтқасына қосылған түтіктің ішінде орналасқан жылжымалы штангамен жүктеледі. Сұйық гелиядағы сынақтар жұмыс камерасының жылу оқшаулауын және оның мұқият тығыздалуын қамтамасыз ететін қосымша шараларды талап етеді. Сұйық азотпен салқындатылған вакуумдық жейделер мен экрандарды оқшаулауды күшейту. Криостаттың жұмыс камерасына қараған экрандардың хромдық беттерін айнадай етіп жылтыратылады. Бірнеше үлгілерді хладагентті қайта толтыру арқылы сынауға мүмкіндік беретін, зарядтау құрылғысы бар кристалдар қолданылады.

Арнайы сынау әдістері. Құлдыраушы жүктемені сынау . Іс жүзінде, көптеген елдерде құлдырау жүктемелерінің сынақтары кеңінен қолданылады. Сынақтарды арнайы екі типтегі DWTT үлгілері бойынша жүргізеді. Үлгінің бірінші типі (Баттел үлгісі) өнімнің табиғи қалыңдығы арқылы жасалады және кейде қысылмалы, өткір кескіштерге ие. Бірқатар үлгілерді түрлі температураларда сынайды. Бағалау сынықтағы компоненттің белгілі бір үлесін алудың сыни температурасында жүргізіледі. Үлгілердің екінші типі (2.42-сурет) Уильям С. Пеллини мен Питер П.Пьюзакпен ұсынылған. Үлгілерде қалыңдығы 12,7...25,4 мм, ұзындығы шамамен 360 мм, ені 89 мм ие. Сынаманың ортасында нәзік дәнекерлеу жүргізіледі, содан кейін бастапқы сәтте сынғыш жарықтың

басталуын жүктеме арқылы қамтамасыз ету үшін. Сынақ әртүрлі температурада осы материалдың бірқатар үлгілерінің құлдырау жүктемесімен әсер ету жүктемесі арқылы жүзеге асырылады. Оқиға түсетін жүктің энергиясы материалдың шығымдылығының беріктігіне және үлгі өлшеміне байланысты 320 ... 1740 Дж құрайды. Үлгіде арнайы тірек плитасы орналастырылып, оның иілуін шектейді. Бірқатар үлгілерді жүктегеннен кейін сынықтың үлгідегі барлық көлденең қимасы арқылы өтетін максималды температура анықталады, төзімділіктің нөлдік (NDT – nіlductіlіty translatіon) температурасы болып табылады. Бірқатар елдерде бұл температура анықтама ретінде қабылданады. Жоғары кернеу жылдамдықтарында сынғыш беріктігін бағалау үшін 356 x 356 мм толық қалыңдығы бар плиталар пайдаланылады, бір жағында дәнекерленген қимасы бар сынғыш орамаға ие. Пластинаны дөңгелек матрицаға орналастырылады және тақтайшаның үстіндегі кішкене қашықтықта жарылыс жасалады. Кеңейтетін газ қысымының әсерінен пластина деформацияланады. Материалдың тұтқыр сипаттамасынв тән бөртпе пайда болады. Нөлдік иілгіштік және төменгі температура кезінде пластиналар бөртпеленбей  жойылады. Тамшы және салмақ сынақтары бойынша анықталған температура критерийлері қолданылатын деструктивті кернеулердің әртүрлі дефект мөлшерімен нақты бөлшектерге (кемелер, құбырлар және т.б.) температураға тәуелділігін көрсететін жартылай эмпирикалық Пеллин-Пьюзак жою диаграммаларын салу кезінде кеңінен қолданылады.

Сызатты тоқтатуды сынау . Мұндай сынақтарды кең дәнекерлеу плиталарына, бүйірлік кескіштері бар ең пластиналарда және т.б. жүзеге асырылады. Сынақтар жергілікті немесе біртекті градиент температурасы бар созылу кернеулері жағдайында жүзеге асырылады. Изотермиялық сынақтар да жүзеге асырылуы мүмкін. Әртүрлі әдістер (Робертсон, ЕSSО, екі жақты созылу) бір-бірінен үлгілер түрімен және кернеу концентраторымен, сондай-ақ бағалау критерийлерімен ерекшеленеді: сызатты тоқтау температурасы; сызат толығымен 120 МПа кернеуде көлденең қимасы арқылы өтпейтін температурасы және т.б. 2.43. суретте. Робертсон сынағы үшін үлгі көрсетіледі. Үлгі жұмыс бөлігінде проекцияға ие, онда тесік бұрғыланған және кішкене ашық кесу жасалынған. Үлгі жақ беті сызылған,

ол арқылы соғу жүзеге асырылады, әдетте сұйық азотпен салқындатылады, ал қарсы жағы газ қыздырғышымен қыздырылады. Бұл үлгінің ені бойынша температураның градиентімен жасалады. Үлгі кернеу жүктемесімен жүктеледі, соққы беріледі және түсірілген сызаттың тиісті температураның шекарасы белгіленеді. Изотермиялық сынақ жағдайында бағалау әр түрлі температура мен кернеулер деңгейіне қарай «сызат жүруде – сызат тоқтады» түрінде беріледі. Сынғыш сынықтарды тоқтату сынағы ең ауыр сынақтардың бірі болып табылады. Бір және ол материал үшін, жарықтың тоқтау температурасы, әдетте, нөлдік пластика температурасынан жоғары болады. Робертсон сынағы құлдырау жүктемесімен салыстырғанда, өткір тұтқыр сынғыштық ауысу береді. Сызаттарды тоқтату үшін сынақ өткізгенде, міндетті шарт қалыңдығына бастапқы материалдың парағының қалыңдығына сыналады. Арнайы сынақ  әдісі айтарлықтай қызығушылық тудырады, бірақ оларды өткізу үшін қуатты сынақ құралдары болуы керек. Сондықтан, табиғи қалыңдықтың плиталарының ең қызықты сынақтары өте қымбат. Осы сынақтардың нәтижелері мен соққылықтың стандартты сынақтары арасындағы корреляцияны табу әрекеттері жеткілікті тұрақты нәтижелерге әкелмейді. Нақты жұмыс жағдайында өнімдерді табиғи сынау көбірек көрсеткіш береді.  Дегенмен, табиғи сынақтар жүргізу, әсіресе төмен температураларда, елеулі техникалық қиындықтармен байланысты. Төмен температураларда қолданылатын техникалардың орындалуы туралы, әдетте, өнімнің жұмысқа қабілеттілігін қадағалау нәтижесінде жинақталған статистикалық деректерден бағалау қажет. Деструктивті емес бақылау әдістері. Бланктер мен дайын өнім сапасын бақылау металлургиялық және машина жасау саласының ажырамас бөлігі болып табылады. Қазіргі уақытта өндірісте деструктивті емес бақылау әдісі кеңінен қолданылады,  ол машина жасау өнімдерінің сапасын негізгі тұтыну қасиеттеріне кедергі

келтірместен және пайдаланудағы жарамдылығын сақтауға мүмкіндік береді. Диструктивті емес бақылаудың қолданыстағы құралдары олардың мақсатына сәйкес келесі топтарға бөлінеді:

• өнімдердің материалдарының физикалық және механикалық қасиеттерін бағалау. Бақылау принципі бойынша оптикалық, магниттік, акустикалық, сәулелену, радио толқынды бұзылуды зерттеу әдістерін, капиллярлық дефектоскопия, ағымды ток әдісі, ағып кетуді сынау әдістерін ажыратады. Металдар мен өнімдерді кемшіліктерді анықтаған кезде үздіксіз бақылауға арналған, мониторинг жүргізуге мүмкіндік беретін визуалды-оптикалық, капиллярлық, магниттік, ток-қисықтық, ультрадыбыстық және радиациялық әдістер

қолданылады.

Машина жасау өнеркәсібінде басқарудың келесі түрлері пайдаланылады: операциялық, үздіксіз, іріктеу, енгізу және қабылдау.

Операциялық бақылау

Үздіксіз бақылау

Таңдамалы бақылау

Енгізуді бақылау

Қабылдауды бақылау

Капиллярлық кемшіліктерді анықтауға капиллярлық сұйықтық қасиеттерін пайдалануға негізделген, бұзылыссыз сынау әдістері кіреді және ашық көзге көрінбейтін материалдың үзілімі түріндегі беткей ақауларын анықтауға арналған. Беттік ақаулары жоғары оптикалық (түс және жарықтық) контраст және индикаторлық суреттердің пайда болуымен анықталады және ақаулардың ашылу енінен асатын сызықтың ені. Бақылау процесінде капиллярлық күштер әсерінен беткі ақаулардың қуысына енетін өнімге еніп кететін сұйықтық қолданылады. Өнімнің бетіндегі артық сұйықтық алынып тасталады. Ақаулардың өзі ақаулардың қуысына еніп кеткен сұйықтықты табу арқылы немесе ақаулар пайда болған орындарда сұйықтықта және

суспензияланған ұнтақ сұйықтығында бөлшектерінің жинақталуымен анықталады. Бірінші жағдайда, ақаулардың қуысына енген сұйықтық құрылғының бетіне қолданылған сұйықтықты сіңіріп, индикаторды қалыптастырғаннан кейін анықталады және суреттің көрінуін жақсартатын фон жасайды (2.44-сурет). Екінші жағдайда ұнтақты жинақтау дамып келе жатқан ұнтақсыз анықталады. Әзірлеуші қолданылған кезде анықталатын индикаторлық суреттер оларға түсетін жарық сәулелерінің селективті сіңіруі (көрсетілуі) арқылы анықталатын бояуға ие болады немесе күшті түс контрастын қамтамасыз ететін ультра күлгін сәулелерде люминесцириленеге ие болады. Нәтижесінде, бұл сызбаларды оңай және сенімді түрде анықтауға және олармен бірге кемшіліктерді анықтауға болады. Капиллярлық ақауларды анықтаудың негізгі әдістері индикаторлық үлгінің сипаттамаларына және оның көрінуін анықтайтын оптикалық қасиеттерге сәйкес жіктеледі (2.4 кесте). Жарықтық әдісінің бір түрі - бұл керосин немесе керосин майының үлгісі, ол гидравликалық және отын жүйелеріндегі цистерналарда және құбырларда ағып кетуді іздестіру үшін өнімнің герметикалығын бақылау үшін кеңінен қолданылады. Осы үлгідегі енуші сұйықтық ретінде керосин, сұйық май немесе олардың қоспасы пайдаланылады, ал әзірлеуші ретінде – құрғақ ұнтақ түріндегі бор, су суспензиясы (беттік-белсенді қоспалармен) немесе органикалық еріткіштерге негізделген суспензия түрінде болады. Тегіс сұйықтық бор қабатына түсіп, оны күндізгі уақытта көруге болатын етіп қараңғылануды тудырады.

a - жарықшаның қуысы еніп кететін сұйықтықпен толтырылады; b - сұйықтық жойылады

2.4. Кесте. Индикаторлық суреттердің сипаты бойынша капиллярлық ақауды зерттеудің негізгі әдістерінің  жіктелуі

Ахроматикалық, қара немесе сұр, тек жарықтылықтың фоны бар және күндізгі жарықта  көрінеді

Түрлі түсті және жарықтық контрасты фоны бар және күндізгі жарықта  көрінеді

Күндізгі жарықта  және ультракүлгін сәулелерде түрлі түсті және жарықтық контрасты бар

Күндізгі жарықта және ультракүлгін сәулелерде түрлі түс пен жарықтық контрасты бар. Ақау орнында түрлі түсті немесе люминесцентті бөлшектердің тұндыруы Керосиннің үлгісі төмен сезімталдыққа ие және беттік ақауларын анықтау үшін сирек қолданылады. Жарықтылық әдісін пайдаланған кезде сұйықтықтың өтпелі сұйықтығы ретінде галлик (танник) қышқылының ерітінділері қолданылады. Бұл сұйықтықтар жылтыратылған металлдың жеңіл фонында айқын көрінетін қара түсті индикаторлық үлгісін құрайды. Түсті дефекоскопия әдісін қолданғанда, әзірлеуші қолданғаннан кейін, әзірлеушінің ақ фонында айқын көрінетін қызыл түсті индикаторды қалыптастыратын сұйықтықтар немесе реагенттер қолданылады. Люминесцентті ақауларды табу әдісі ультракүлгін сәуленің әсерінен люминесцентке еніп кететін сұйықтықтың қасиетіне негізделген. Бұл жағдайда индикатор суретіақ фонда зерттеледі, ең жақсы жарықтық және түс контрасты ақ (ақ-сары), қызыл немесе қызғылт сары түсті люминесценттік түсімен қамтамасыз етіледі. Сондай-ақ, люминесценцияның түстері күндізгі немесе түнгі мезгілде көру сезімталдығына сәйкес келетін ендіргіш сұйықтықтарды пайдаланыңыз - ультра күлгін жарықта жасыл-сары немесе көкшіл-жасыл. Люминесцентті түс тапқан әдіс ультракүлгін сәулелерде ғана емес, сонымен бірге жарық сәулесінің бір бөлігін селективті сіңіруге байланысты түсі бар екенін көрсетеді.

бұл жағдайда индикаторлық үлгілер ультракүлгін сәулелерде де, күндізгі жарықта да кездеседі. Ішкі сіңімді сұйықтықтарын пайдаланған кезде, индикаторлық үлгілер ультракүлгін және жарық сәулелерінде қызғылт-қызыл болып табылады. Сүзгі бөлшектерінің әдісі бірнеше микрондардан бастап жүз миллиметрге дейін өзгеретін түсті немесе люминесцентті суспендирілген бөлшектерді қамтитын еніп кететін сұйықтықтарды пайдалануға негізделген. Бұл әдіс кеуекті материалдардың беткі қабатындағы жарықтар мен басқа да ақауларды анықтау үшін қолданылады. Қабылдағыш бетке еніп кететін сұйықтық кеуекті материалмен сіңіп, ақаулық орнында сұйықтық тезірек және үлкен көлемде сіңеді. Өлшемі ақаулардың тесікінен асып кететін бөлшектер, сүзгіден өтіп, ақаулық үстінен бетке қойылды. Бөлшектерді көрнекі тексеру арқылы оңай анықталады.

Бақылау сұрақтары 7. Материалдың төзімділігінің сипаттамалары қалай анықталады? 8. Материалдың соғу қабілеті қандай мақсатта анықталады? 9. Материалдың қаттылығын не сипаттайды? 10. Қандай сыну (сынғыш немесе тұтқыр) ең қауіпті болып табылады? 11. Материалдың құрылымдық төзімділігі деген не?

Негізгі ұғымдар . Таза металдар әдетте төмен беріктігі мен төмен технологиялық қасиеттеріне ие. Технологияда, әдетте, қорытпалар қолданылады.

компоненттер деп аталады. Металл қорытпаларының компоненттері металдар ғана емес, сонымен қатар металл емес. Компоненттер санына байланысты қорытпалар екі есе, үш есе және т.б. болуы мүмкін. Компоненттердің қорытпалардағы физико-химиялық өзара әрекеттесуіне байланысты фазалар қалыптасады, олардың саны мен түрі қорытпаның күйін сипаттайды.

Фаза

Құрылымы бойынша қорытпадағы фазалардың өзара орналасуының пішіні, көлемі және сипаты түсініледі. Қорытпаның қасиеттерін анықтайтын фазалық құрам мен құрылым оны өңдеудің құрамы мен технологиясына

байланысты.

Қорытпаларда келесі фазаларды құруға болады: сұйық ерітінділер; қатты таза металдар; қатты ерітінділер; химиялық қосылыстар. Фазалардың санына байланысты қорытпалар бір, екі немесе көп фазалы болуы мүмкін. Сұйық күйде қорытпаның компоненттері сұйық ерітінділерді қалыптастырады, әдетте бір-біріне шексіз еріп кетеді. Қатты күйде компоненттер екі немесе одан көп фазалардың қосындысы болатын механикалық қоспаларды құра алады; химиялық қосылыстар, компоненттер химиялық өзара әрекеттескен кезде; қатты ерітінділер, бір компонент

Егер қорытпаны құрайтын элементтер сұйық күйден қатталып, бір-біріне ериді емес және өзара әсер етпесе, механикалық қоспалар пайда болады. Механикалық қоспалар көптеген қорытпалардың кристаллизациясы кезінде пайда болады, мысалы Pb-Sb, Al-Cu. Қоспаның құрылымы гетерогенді болып табылады. Кескіштегі металлографиялық талдауда механикалық қоспаны құрайтын компоненттердің кристаллиты көрінеді. Химиялық талдау түрлі элементтерді де

анықтайды .

Рентгендік дифракционды талдау кристалдық торлардың екі түрін анықтайды, олар осындай қоспаны құрайды

Химиялық қосылыстар.

Егер қорытпаны құрайтын элементтер бір-бірімен өзара әрекеттесе, химиялық қосылыстар пайда болады. Құрылымда химиялық қосылыстар біртекті қатты денелер. Химиялық қосылыстардың қасиеттері оларды құрайтын элементтердің қасиеттерінен ерекшеленеді. Химиялық қосылыстар тұрақты балқу нүктесіне ие (диссоциация). Рентгендік дифракционды талдау химиялық қосылыстар мен бастапқы элементтердің кристалдық торларындағы айырмашылықты көрсетеді. Химиялық қосылыста элементтердің атомдарының белгілі бір коэффициентін сақталады, олардың құрамы Стехиометриялық пропорциямен жәй  A n

m формуласы түрінде , онда А, В  стехиометриялық үлесін білдіруге - тиісті элементтері;

n, m

Фазалар, компоненттердің біреуі (еріткіш) өзінің кристалды торын сақтайды және басқа (ерітілген) компоненттердің атомдары оның торына орналасады, оны бұрмалайды, ол

Қатты ерітіндінің химиялық анализі бірнеше элементтерді көрсетеді, металлографиялық және рентгендік құрылымдық біртекті ноқаттар және метал еріткіш сияқты тордың бір түрі.

ажыратады. Кристалдық торда еріткіш компонент атомдары арқылы еріткіш атомдарының бір бөлігін ауыстыру арқылы қатты субстрациялық ерітінді пайда болады (Сурет 3.1, а). Ерітілген элементтің атомдары, әдетте, кристалдық торда арнайы орындарды иеленбейді, тек қана белгілі бір жерлерде еріткіш атомдарын ауыстырады. Атомдардың бұл орналасуын

реттелмеген деп аталады (Сурет 3.2, а). Қатты ерітіндінің түрлі элементтерінің өзара әрекеттесуі жеткілікті түрде көрінбейтін жағдайларда реттелмеген орналасулар қалыптасады.

Сурет. 3.1. Қатты денелердің кристалды бет-орталыққа орналастырылған текше торы.

(а) ауыстыру шешіміне дейін және енгізудің қатты ерітіндісі (б)

а

в

решетка твердого раствора вычитания; о — атом меди; • — атом золота Егер қатты ерітіндінің элементтерінің әртүрлі атомдары бір түрдегі атомдардан әлдеқайда өзара күшті әрекеттесе, онда олар белгілі бір тәртіпте орналасуға тырысады. Еріткіштің және ерітілген элементтің атомдары әртүрлі кристаллографиялық жазықтықта орналасады. Мысалы, Au-Cu жүйесінде балқыманың баяу салқындағаннан кейін белгілі бір кристаллографиялық ұшақтар толығымен мыс атомдары, ал басқалары - алтын атомдардан тұрады (Сурет 3.2, б). Мұндай қатты ерітінділер

Қорытпаның құрамдас бөліктері бүтін сандардан құралған кезде толықтай реттелген ерітінділер пайда болады: 1: 1; 1: 2; 1: 3 және т.б. Осындай қорытпаның реттелетін құрылымы химиялық қосылыстың формуласымен сипатталуы мүмкін, мысалы CuAu, Cu

Au.

Реттелген қатты ерітінділер қаттылығы мен сынғыштығымен ерекшеленеді және реттелмейтін қатты ерітінділер мен химиялық қосылыстар арасындағы аралық фазалар ретінде қарастырылуы мүмкін. Бір компоненттің атомдары басқа компоненттің атомымен алмастырылған кезде атомдардың мөлшерінің айырмашылығына байланысты кристалдық торлар бұрмалануына байланысты. Бұл бұрмалау қаншалықты үлкен болса,  соншалықты атомдардың өлшемдері мен олардың кристалдық торларының құрылымындағы айырмашылық да ұлкен болады. Егер торлар шамадан тыс бұрмаланса, одан әрі ерігіштігі мүмкін емес. Түпкілікті ерігіштігі пайда болады, онда қосымша атомдар торға кіре алмайды және тәуелсіз фазаны қалыптастыра алмайды. Егер екі құрамдас бірдей кристалдық торға ие болса және атом диаметрі 8 ... 15% артық болмаса, шексіз ерігіштік болуы мүмкін.

үміс және алтынның (ДР = 0,2%), никель мен мысның (ДР = 2,7%) және т.б. сондай-ақ (DR =

9,9 %), ванадий және титан

2 %) ККО торлы металдар, молибден және вольфрам, атом өлшемдеріндегі кішкене айырмашылығы бар фукс торлары сияқты шексіз металдар қатты күйде еруі шектелмеген.

Темір, мыс, никельдегі үлкен атом диаметрі (Na, Ca, Pb) бар металдар ерімейтін болып табылады.

Қатты ерітіндіні енгізу ерітілген компоненттің атомдары кристалдық тордың аралықтарына (бос жерлерге) енгізілуімен қалыптасады (Сурет 3.1, б). НСС торында осындай бос орын текше ортасында қалыптасады және диаметрі 0.4D болатын шараны құрайды, мұндағы D - еріткіш атомдарының диаметрі. ВСС торда бос орын шткі жақ ортасында орналасқан және 0,29D диаметрі бар шараны құрайды. Қатты ерітінділерді енгізудің қалыптасуы, әдетте, кристалдық тордың параметрлері мен оның бұрмалануының ұлғаюымен қатар жүреді.

Қатты ерітінділерді енгізуге кішігірім атомдық диаметрі (C, B, N, H, O) бар 1-ші және 2-ші кезеңдердің элементтері бар металл қорытпаларына тән. Қатты ерітіндіні енгізудегі екінші компоненттің шоғырлануы әдетте төмен және əрдайым қатты ерітінділерге жəне осы элементтердің химиялық қосылыстарына қарағанда төмен болады. Химиялық қосылыстардан айырмашылығы, енгізілетін қатты ерітіндіде метал еріткіштің кристалдық торы бар, ал химиялық қосылыстар металл торды құрағанша, олар метал тордан ерекшеленеді. Ноқаттық немесе фазалық шекаралар қорытпалардың құрылымдық өзгерістері мен қасиеттеріне елеулі әсер ететінін ескере отырып, құрылымды сипаттауда егжей-тегжейлі сипатталуы керек. Секцияның шекаралары құрылымдармен шектесетін микрорегуляциялардан, сондай-ақ жиі химиялық құраммен ерекшеленеді. Бір фазалы микроаймақтардың химиялық құрамы өзгеруі мүмкін. Бұдан басқа, олардың әрқайсысында кристалдық тордан ақаулар бар – бос орындар және орындары бар. Резистың бұрмалануы құбырлардың құбылыстары мен түрлену үрдісіне айтарлықтай әсер етеді және сондықтан олардың құрылымын сипаттағанда ескеру керек. Көпфазалық материалдарды балқымалардың кристаллизациясы, термиялық өңдеу кезінде фазалық қайта құрулар, артық фазалардың бастапқы қатты ерітінділерден бөлінуі нәтижесінде алуға болады. Талдауды жеңілдету үшін екі фазалық құрылымдарды қарау ыңғайлы, бірақ материалдарда бірнеше тепе-теңдік және тепе-тең емес фазалар болуы мүмкін. Құрылымдарды жеке фазалардың немесе ноқаттың геометриялық параметрлерін зерттеу негізінде талдау, оларды мөлшерін, пішінін және бағдарлануын анықтау қажет Тепе-теңдік жағдайында трансформация нәтижесінде пайда болған әрбір фазаның салыстырмалы мазмұны қорытпаның бастапқы құрамымен анықталады

а

сұр шойыннан жасалған қалайы графитті); в - талшықты (композициялық) Алайда, толық тепе-теңдік күйі әрқашан қол жетімді бола бермейді; сонымен қатар, кейбір жағдайларда бұл жағымсыз болуы мүмкін. Фазалардың нақты саны өңдеу режиміне байланысты; сөндірілген кезде фазалардың нақты көлемі тепе-теңдік жағдайымен салыстырғанда өзгереді. Екінші фазаның бөлшектері әртүрлі пішінде болуы мүмкін: екі жақты, сызықты немесе талшықты (сурет 3.3). Бірінші жағдайда үш координат осінің өлшемдері шамамен бірдей, екіншісінде - бір өлшем басқаларға қарағанда аз, ал үшіншісінде - бір осьтің өлшемі басқа осьтерге қарағанда әлдеқайда көп. Іс жүзінде кез-келген таңдалған пішінді алу өте қиын, бірақ кейбір жағдайларда осы үш құрылымның екеуін таңдауға болады. Шойыннан жасалған графит тақтай немесе сфералық пішінді болуы мүмкін, болаттың жылу өңдеу нәтижесінде перлит ламельдер немесе түйіршік болуы мүмкін (сурет 3.4).

а

Сурет. 3.4. Құрылымында көміртегі мөлшері 0,8% (салмағы бойынша) (цемент және феррит) бар  болат құрылымының фазалық компоненттерінің пішіні a - иілмелі перлиті, 2500 рет артуы; б - түйіршікті перлит, 1000 есе көп артады

үлкен разрядты аз қаттылық Екінші фазаның бөлшектерін сффероидизациялау үрдісі сала бірлік көлемі бойынша ең төменгі бетіне ие болғандықтан, демек, бетінің энергиясының ең төменгі деңгейіне байланысты. Сондықтан ламеллермен салыстырғанда перлиттегі сфероидальді цементит геометриялық тұрақтылыққа ие. Цементит плиталары тездетілген бағыттағы қаттылықтың нәтижесінде пайда болады, ал тепе-теңдік жағдайында емес, Перлит қабаты түйіршікті перлитке айналдыру эвтектоидқа жақын температурада ұзақ уақыт ұстап тұруды талап етеді (3.5-сурет). Толық тепе-теңдік жағдайындағы құрылыста ферритпен қоршалған цементиттың бір сфералық шөгінділері болады.

3.3. Қорытпалардың диффузиясы және құрылымы Қатты заттың ішкі құрылымы статикалық емес, атомдар кристалдық торда өз орнында қозғалмайтын күйде бекітілмеген, олар тұрақты түрде тербеліп, торлы тораптардағы тепе-теңдік орындарынан қозғалады. Атомдардың артықшылығы бар бір бағытты қозғалысы, ақырында макроскопиялық заттардың тасымалдануына алып келуі, атомдардың диффузиясы деп аталады. Фазалардың тууы және фазалардың өсуінің кез келген процесі, қайта кристаллизация, коагуляция және сфероидальдеу, қатты ерітіндіде фазалық түрлендіруі, ерітінділердің ыдырауы және екінші фазаның бөлінуі атомдардың диффузиясымен байланысты.

-rA-f~Vr'Vr Сурет. 3.6. Енгізілген атомның  түйін арасына өтуі (а) бірқалыпты емес аралықты жағдайда (б) көрші түйін аралығына (с) .

Өзін-өзі диффузиялау

Кішкентай атом радиусы бар енгізу атомдарының диффузиясы, мысалы темірдің торына көміртек, түйін арасы жолы арқылы жүзеге асырылады (3.6-сурет). Бұл үдерістің жүзеге асуы оңай, себебі тордағы ендірілген атомдардың саны түйін арасы санына қарағанда аз. Металл атомдары үшін диффузияның вакансиялы механизмінің ықтималдығы жоғары (3.7-сурет). Ауыстыру атомы жанында келесі көршілес бос орын болған жағдайда өз орнын оңай ауыстырады. Дегенмен, торлы тораптарда атомдар санына қарағанда вакансиялар саны аз, одан келе атомдардың диффузиясы қиын болады. Диффузияның вакансиялық механизмі үшін бұрмаланған торлы орындарда неғұрлым қолайлы жағдай қалыптасады: ноқаттар мен фазалардың шекарасында, сондай-ақ дислокацияда. Екі механизмніңде диффузиясында жылжымалы атомдар, негізгі металл атомдары арасында қысу үшін, торды бұзып және деформациялау үшін кедергіні жеңу керек. Бұл үшін атомдарда белсенділік энергиясының белгілі бір деңгейі болуы керек, бұл диффузиялық процестерді жеңілдететін атомаралық байланыстар мен кристалдық торлардың ақауларына байланысты. Атап айтқанда, ноқат шекаралары бойында активациялаудың қажеттілігінің деңгейі ноқаттың жартысын құрайды.

а        б        в Сурет. 3.7. Ауыстырылған атомның өз түйінінен торына (а) тұрақсыз аралық орналасу арқылы  (b)  іргелес бос түйінге көшіру торлар (c)

о о о о о . °

п °

ттО О

о о о 0

Оо о о

о

о°Г

°о° Н о° н оо Оо h н

б

Сурет. 3.8. Жарықтардың қозғалысын тежеу сызбасы: a - тармақталған және өзгеретін бағытқа байланысты; b - екінші фазаның секрецияларында блокта Салыстырмалы түрде көміртегінің темірдегі және қиындатылған хромасының жеңіл деффузиясы жүреді, ол хромның шекаралық атомдары тек Cr

хромының карбидтерін ноқат шекарасында қалыптастыруға қатысады. Ноқаттың шекараларында хромдар бар, хром-никель аустенитикалық болаттардың гранулярлық коррозиясына әкеледі. Жоғары температуралы қорытпалардың құрылымы мен қасиеттерінің тұрақтылығы диффузия процесін тежеу жолымен жүзеге асырады. Диффузияның тежеуі дислокацияның тежелуіне ұқсас құрылымның біртекті еместігіне сәйкес жасалады. Құрал болаттарының құю құрылымында диффузиялық процестерді тежеу карбидтердің термиялық тығыз интерденит фазасы бар дамыған дендрит қаңқасын қалыптастыру арқылы жасалады. Құрылымның біртекті еместігі сызаттардың таралуының айқындаушы факторы болуы мүмкін. 3.8 суретте сызықты түрде олардың көп тармақталуына және екінші фазалық шөгінділерде блоктауға байланысты бағыттардағы өзгерістерге байланысты жарықшақтардың дамуына кедергі келтіретін құрылымдық жағдайларды көрсетеді.

3.4. Болат және қорытпаларды беріктендіру жолдары Жоғары беріктік жағдай туралы түсінік. Беріктік деп материалдың сыртқы жүктеменің әсерінен болатын пластикалық деформацияға және жойылуына қарсы тұру қабілетін жатқызады. Қорытпалардың беріктігін арттыру бөлшектер мен құрылымдардың жұмыс мерзімін ұлғайтуға ғана емес, сонымен қатар көлденең қималарынан және металдың шығындануын азайтуға мүмкіндік береді. Алайда тұтқырлық, икемділік және жарыққа төзімділік сияқты механикалық қасиеттердің қажетті комплексі болмаған кезде ғана жоғары беріктік құрылымдардың сенімділігін қамтамасыз етпейді. Кейбір жағдайларда металдың күшті күйінің өзі де теріс әсер етуі мүмкін. Құрылымдық материалдардың жұмысын талдау, олапдың жоғары беріктігі мен пластиктен басқа, тұтқырлық резерві бар, соққы

жүктемесіне жақсы қарсы тұра алатындығын көрсетеді. Айнымалы жүктемелердегі құрылымдық материалдар шаршауға жоғары деңігейде қарсы тұруына, ал үйкеліс жағдайда тозуға төзімді болуы керек. Көптеген жағдайларда коррозияға төзімділік қажет. Күштің концентраторлары болып табылатын бөлшектерде әрдайым ақаулары бар екенін ескере отырып, құрылымдық материалдар сынғыш бұзылуларға және жарықшалардың таралуына қарсы төзімділікке ие болуы керек. Құрылымдағы материалдың сенімділігі, әдетте, жеке беріктігі сипаттамалары ретінде, сонымен қатар өнімнің өндірістік мүмкіндіктерін анықтайтын механикалық қасиеттер жиынтығы ретінде түсіндіріледі. Құрылымдық материалдарға қойылатын талаптардың ерекшелігі осыдан тұрады. Сонымен қатар, жоғары құрылымдық төзімділіктен басқа, құрылымдық материалдар жоғары технологиялық қасиеттерге ие болуы тиіс: жақсы құйылу қасиеттері, қысыммен жұмыс істеу, кесу, жақсы қайнау. Құрылымдық материалдар арзан және сұраныста аз болмауы керек. Қазіргі уақытта қолданыстағы және болашақта жоспарланып отырған барлық құрылыс материалдарының ішінен, көбінесе талаптарға қарама-қайшы болып келетініне болат сай болады. Тек болат салыстырмалы түрде арзан бағамен әртүрлі механикалық сипаттамалардың жоғары құндылықтары мен жақсы өндірілетіндіктің комбинациясын алуға мүмкіндік береді. Сондықтан қазіргі және болашақта болат негізгі және ең көп таралған құрылымдық материал болып қала береді. Көптеген құрылымдық болаттар үшін ең маңызды (бірақ бірден-бір емес) құрылымдық беріктік параметрлері - тұтқырлықты ағымдылығының шегі болатын а т, суық-сынғыштықтың шектілігі немесе тұтқыр сынғышты берілуінің температурасы ? хp

, қатаңдық деңгейі KCU, KCV, KСT және кернеу қарқындылығының коэффициенті K Іc . Қатайту механизмдері. ХХ ғасырдың бірінші жартысында, болаттардың беріктігіне, олардың иілгіштігі мен тұтқырлығына, сыну сипатына және дәнекерліліктің сипатына аз көңіл бөлініп, көміртектің құрамы ұлғайтылған кезде қол жеткізген. Көміртегі темірмен қосылып енгізілетін қатты ерітінділерді жасайды және тиімді қатайтқыш болып табылады. Алайда, феррит ішіндегі ерігіштігі төмен, бұл қатапйту әсерінің төмендеуіне әкеледі. Мартенсит сөндірудің жоғары беріктігі төзімділікті қажет ететін икемділік пен тұтқырлықтың төмендеуімен бірге жүреді. Температурада карбидтер пайда болады, мартенситтің көміртегісі азаяды және қатты ерітінділердің қатаю механизмінің әрекеті төмендейді. Феррит матрицасында ірі цементит типті бөлшектер матрицадан гөрі қатты және сынғыш болып пайда болады. Сондықтан,

бөлшектің бетінде жүктелген күшті жағдай тундайды, ол ұсақ жарылулардың пайда болуына әкеп соғады. Қазіргі тұжырымдамаларға сәйкес, деформация дислокация қозғалысы арқылы анықталады. Демек, деформацияға төзімділіктің артуы және, тиісінше, жоғары беріктік күйге жетуі орындықтардың қозғалысына тосқауыл қою жолымен жасалуы мүмкін. Темірлерді қатайтудың негізгі механизмдеріне ноқаттарды ұнтақтауға, қатты ерітінділерді қалыптастыруға, екінші фазаның бөлшектерін бөлуге, жылу өңдеу кезінде трансформациялауға және дислокация тығыздығын арттыруға негізделген. Эксперименттік зерттеулер көрсеткендей, көптеген болаттар үшін жеке арматуралық тетіктердің сызықтық қосынды принципі жұмыс істейді, яғни жалпы төзімділікке жеке механизмдердің қосындылары келтірілген: а т = а

+ Да х . р

+ Да д

+ До д . у

+ Да з ,

мұндағы a

д

д-у

ноқат шекарасындағы беріктендіру арқылы қатайтылады.

Ферритті-пирлитикалық болаттарда құрылымда перлит болуына байланысты қатайтылады.

суық суық шегі (AP Gulіaev бойынша)

1 — элементы, образующие твердые растворы внедрения; 2 — ферритообразующие элементы, растворяющиеся по типу замещения;

сұйылтылған қатты ерітінділерде, олардың көпшілігі болаттар жатады, легирленген элементтердің шоғырлануына сызықты тәуелді бағынушылық қабылдануы мүмкін (3.9, 3.10-сурет). Қатты ерітінділі беріктендіру әсіресе элементтерді енгізу кезінде тиімді. Көміртегінің және азоттың бұл әсері кристалдық тордың асимметриялық бұрмалануы арқылы түсіндіріледі және осы элементтердің атомдарының күшті өзара әрекеттесуі еріген атомдардың шөгінудің әсерінен шығып кетеді.  Қатты енгізілетін ерітінділер пайда болған кезде беріктендіру әсері қатты субстратикалық ерітінділерге беріктендіруден қарағанда 10-100 есе күшейеді.

құрамында феррит пен қатты ерітінділердің беріктігін анықтайтын кремний, никель, мыс, әлсіз карбиді құратын марганец, көміртегі мен азот құрамында тәуелсіз карбидтерді құрамайды және аз мөлшерде (0.02% дейін) көміртегі мен азот құрайтын элементтер болып табылады. Ниобий, ванадий, титан тәрізді карбид жасайтын элементтер арнайы карбидтермен байланыста тұрады, алюминий нитридтермен немесе металл емес қосындылармен байланысты, хром және молибденде карбидтер мен феррит арасында орналасқан, бірақ олардың ферритты қатайтуға әсері олардың төмен концентрациясы арқылы болады. Қатты ерітінділер басқа беріктендіру механизмдеріне әсер етуі мүмкін. Нәтижесінде термиялық өңдеу олар екінші фазаның бөлшектерін шығару арқылы диспенсерлі қатаюына ықпал етуі мүмкін.  Ерітілген элементтерді қосу болатқа айналу температурасын төмендетуі мүмкін, бұл өз кезегінде құрылымды, ноқат мөлшерін және дислокация тығыздығын өзгертеді. Қатты ерітінділерді беріктендіру басқа механизмдермен байланысынлда металдың беріктігіне қосқан үлесін дәл анықтайды. Қатты ерітінділі беріктендіру болаттың икемділігіне және тегістігіне теріс әсер етеді. Бұл жағдайда енгізуге  арналған ерітінділер ауыстыруға арналған ерітінділерге қарағанда нашар икемділік қасиеттерге ие. Барлық легирленген элементтер феррит қаттылығын арттырады. Бұл жағдайда хром және әсіресе никель болат тұтқырлығын азайтпайды.

Никель суық сынғыштықтың шегін көбірек азайтады. Бұдан басқа, аустенитте никель, хром, марганец және басқа да элементтер жақсы ериді, оның  салқындатуға төзімділігін арттырады, осылайша болатты қаттылығын арттырады. Никель мен хромды бір мезгілде болатқа енгізуде   беріктігінің әсері ұлғаяды, яғни күрделі лигерленуде тиімді түрде өседі. Жоғары беріктікке, икемділікке, тұтастығы және беріктігіне болаттардағы никель мен хромның лигерленуі ең маңызды легирленген элементтерге жоғары және орта  элементтерге қол жеткізе алады. Легирленген элементтердің аустениттық коррозияға төзімді болаттардың қасиеттеріне әсері олардың феррит негізіндегі болаттардың қасиеттеріне әсерінен айырмашылығы болады (3.10-суретті қараңыз). Пластикалық деформация кезіндегі металдардың беріктенуі немесе дислокацияның қатаюы жаңа дислокацияның пайда болуымен Да д және олардың тығыздығының артуымен байланысты. Бұл, дислокациялардың жылжуына дислокацияның өздері арсы тұруына әкеліп соғады. Алан Х.Коттреллдің айтуынша, егер бұл бағытта барлық бағыттарда қозғалыс қарқынын күшейтетін белгілі бір бағытта азаятын үлкен теміржол торабын елестетсеңіз, бұл нәтижені түсінуге болады. Астенитикалық болаттар, пластмасса деформация нәтижесінде бірдей дислокациялық тығыздықта, феррит болаттармен салыстырғанда әлдеқайда күшті болып келетін дислокацияға қол жеткізеді. Шөгінділермен қаттау. Түсті металдар, әсіресе дуралюмин, кобальт негізіндегі қорытпалар, никель, мыс үшін, дисперстік бөлшектермен немесе Дст д . у дисперсиялық беріктендірудің қатаюы аса маңызды болып табылады деп есептелініп кеткен. Алайда, соңғы жылдары темірге негізделген жаңа қорытпалар әзірленуде, олардың беріктілігі дисперсиялық қатаюмен айтарлықтай айқындалады. Жиі қолданысқа микроқосулар  құрылымдық болаттар және мартенситті қартаюшы болаттар иелік тапты. Микроқосулар құрылымдық болаттар көміртегі мен азотпен қатты дисперсті карбонитридті бөлшектерді қалыптастыратын титанның, ванадийдің, цирконийдің және ниобийдің аз мөлшерін қамтиды. Темірде еріген алюминий азотпен бірге  AlN қатты бөлшектерін қалыптастырады. Мартенситті-қартаюшы болаттардың құрамы мынадай таңдамамен жасалған, көміртексіз мартенситикалық матрицада қартаю кезінде, Nі

Tі, FeAl  және т.б. сияқты қатты интерметальды қосылыстар пайда болады. Екінші фазаның бөлшектері кристалдық торда дислокация қозғалысына кедергі ретінде әрекет етеді.

деформация беру релелік әдіспен жүзеге асырылады - шекараның басқа жағында орналасқан дислокация көзін қоздыру жолымен. Ағымдылық шегіндегі ноқаттың мөлшерінің әсерін Холл – Петчтың теңдеуі арқылы сипаттауға болады: а т = а

+ kd

-1/2 ,

онда а

Бұдан басқа, ноқаттың қатаң параллель атом қабаттарынан салынған монолитті кристалл емес екендігін ескеру керек. Ноқат бөлек блоктардан тұрады, кристаллографиялық тегістіктері бір-біріне шағын бұрышпен (бірнеше бұрыштық минуттар тәртібімен) айналады. Мұндай ноқат құрылымы

болып табылады. Блоктарды бірнеше градустың бұрышымен бір-біріне кедергі келтіретін ірі қосылыстар – фрагменттерге біріктіруге болады. Ноқат ішіндегі кіші бұрыштық шекаралардың қалыптасуы қосымша беріктікке әкелуі мүмкін. Аустенитикалық болаттарға арналған k коэффициенті феррит-пирлитикалық болаттарға қарағанда шамамен екі есе аз үлкендікке ие. Сонымен қатар феррит негізі бар болаттың фазалық қайта кристалдануына байланысты әлдеқайда аз мөлшердегі ноқаты болады. Фазалық кристаллизациядан кейінгі феррит негізіндегі болаттардың диаметрі 10 ... 30 мкм, ал аустенитикалық болаттарда 70 ... 100 мкм. Осы факторлардың арқасында аустенитикалық болаттарда, ноқат шекарасының беріктенуі темірге негізделген болаттарға қарағанда әлдеқайда төмен Феррит ноқаттарының өлшемдері бастапқы аустенит ноқаттарының мөлшеріне және карбонитрид фазаларының болуына байланысты. Суыту және қайта айналдыру кезінде g ^ a олар жаңа феррит ноқаттарын қалыптастыру үшін орталықтар болып табылады. Осылайша, шашыраған бөлшектердің болуы феррит ноқаттарын тазартуға ықпал етеді және ноқатты қатайтуға қосымша үлес қосады.  Сондықтан ванадий, ниобий, цирконий және титанды бір уақытта микролегірлендіруде карбонитридтік дисперстік фазалардың пайда болуы дисперсті және ноқат шекарасының беріктігін арттырады. Ноқат шекарасының беріктенуінің бірегей ерекшелігі - бұл механизм күштің өсуімен қатар бір мезгілде болатты тұтқырлығы мен иілгіштігі  жоғарылауы жүзеге асырылады. Ноқатты ұсақтау кезінде тұтқыр-сынғыш өтудің температурасы төмендейді және сынғыш сыныққа төзімділік артады.

Осылайша, болаттарды беріктендіру негізгі факторлары феррит-перлитті құрылым ноқаттық шекаралық қор болып табылады (үлесі 30...40 %), қатты ертінді (25...40 %) және дисперсиялық (25...30%) беріктендіру.

3.5. Диаграмма түрі (фазалық тепе-теңдік) қорытпалар

Әдістемесі мен шарттарын құру диаграммалық жай-күйі. Қорытпалар кезінде компоненттердің концентрациясы өзгерген кезде, сондай-ақ оларды суыту немесе қыздыру үдерісінде (сыртқы қысым кезінде) балқыту кезінде елеулі фазалық және құрылымдық өзгерістер көрнекі түрде диаграммалар жай-күйін графикалық бейнесін, қорытпалардың күйін байқауға болады.Өйткені диаграммалар тепе-теңдік қорытпалардың күйі үшін құрылады (тұрақты жай-күйі, еркін энергия жүйесі аз сипатталады), олар сондай-ақ диаграммалармен фазалық тепе-теңдік деп аталады және тепе-теңдік фазаны көрсетеді, сол тепе-теңдік фаза осы шарттар кезінде болады (концентрация, температура, қысым). Тепе-теңдік жай-күйі өте аз салқындату жылдамдығында қол жеткізу мүмкін (салқындауы болмаған жағдайда) немесе ұзақ қыздыру, шын мәнінде оларды іске асыру өте қиын. Сондықтан, дегенмен іс жүзінде, диаграмма күйін білдіреді теориялық нұсқа, ал іс жүзінде оларды балқытуға аз жылдамдығында салқындату немесе қыздыру үшін пайдаланылады. Диаграмма күйін әдетте эксперименталды түрінде құрады. Оларды құру үшін термиялық әдіс пайдаланады, оның көмегімен қисық қату және салқындату қорытпалар алады. Майыстыру бойынша осы қисыққа жылу әсерлер айналуларын анықтау негізделген және өздерінің айналу температурасын анықтайды.Майыстыру нүктесі немесе қисық салқындатуды тоқтатуды сыни нүктесі деп атайды және балқыту кезінде аға бастайды немесе қандай да бір айналулар бітеді. Диаграммалардың жай-күйі көмегімен ерудің температурасын және балқытуда полиморфты айналуды анықтайды, қанша фазалардың және осы қорытпадағы температурада қандай фазалар бар, сондай-ақ сандық қатынасы осы қорытпадағы фазалардың және олардың құрамы (құрамындағы компоненттер). Термиялық әдісіне қосымша зерттеу үшін қатты күйге айналу жайларын оқу микрострук-турлар пайдалана отырып, оптикалық және электрондық микроскопия, рентгенқұрылымдық талдау, физикалық қасиеттерін зерттеуді жаттау. Әр түрлі әдістермен диаграмма жай-күйін құру үшін қолданылады.

Себебі қорытпалар компоненттер санына байланысты қосарланған болуы мүмкін (екі копонентті), үшеу (үш компонентті) және тағы басқа, тиісінше диаграммалар жағдайының салынуда жүйесінде екі координаталар температурасы және концентрациясы (диаграмма күйі қос қорытпалар), үш координаталар температурасы және екі осі концентрациясы (диаграммалар үш компонентті қорытпалардың күйі). Неғұрлым күрделі жүйелер үшін, әдетте, кеңістіктік диаграмма кейбір жеңілдету қасиетін немесе қиманың осы диаграммалар бойынша температуралық немесе концентрациялық осі құрады. Қос балқытуға тігінен диаграмма күйі температурасын кейінге қалдырады, ал көлденеңі бойынша — компоненттер концентрациясы. Әрбір нүкте абсцисс осіне сәйкес келеді белгілі бір мазмұны бір және басқа компонентті ескере отырып, сонымен қатар, жалпы мазмұны компоненттерін әрбір нүктесінде осы осіне 100 % сәйкес келеді. Сондықтан шамасына қарай ұлғайту санын бір компонентті қорытпаның төмендеуі құрамы қорытпадағы басқа компонент. Диаграммалар түрі сипатына қарай өзара анықталады, орын алатын компоненттері арасындағы қорытпалар

күйінде болады. Бұдан әрі қарастырылатын барлық жағдайларда болжанып отыр, бұл компоненттері арасындағы қорытпа сұйық күйде инвестициялар ерігіштігі бар, яғни олар біртекті сұйық ерітінді құрайды, Ж әрпімен белгіленеді. Қатты күйінде компоненттері құруы мүмкін механикалық қоспа таза компоненттерден, шексіз қатты ерітінділер, қатты ерітінділерге шектеу қойылады, тұрақты химиялық қосылыстар және тұрақсыз химиялық қосылыстар, сондай-ақ полиморфты айналдыру.

Диаграммалардың негізгі түрлері.

Қорытпа диаграмманың жағдайы, механикалық қоспа құрайтын таза компоненттерден (Ірода). Бастапқы деректер: екі компонентті шектелмеген ерігіш сұйық күйде, ал қатты күйінде ерімейтін және химиялық қосылыстарды түзбейді. Компоненттері: химиялық элементтер А, В (компоненттерінің саны К = 2). Фазалар: сұйықтық Ж, кристалдар А, В (фазалардың саны Ф = 3). Диаграмманың үлгісі диаграмма жүйесі түрі осы қорытпалардың күйі болып табылады Pb— Sb. Диаграмма Pb— Sb пайдалану негізінде қисық суыту әдісімен алынған, терминологиялық талдау (сур. 3.11). Қорытпалардың жүйесі Pb— Sb өзіне құрамын 100 % Pbи 0 % Sb қосады, яғни таза қорғасын, және 100 % Sbи 0 % Pb, т. е. таза сүрме. Қисықтар салқындату үшін таза металдар бар бір көлденең учаскесі, температураны кристалдану сипаттамасы : тиісінше қорғасын 327 °С, тартпа үшін  631 °С.

Сурет 3.11. Диаграммасының күйін, қисық салқындату құрылым схемасы қорытпа жүйесінің Pb— Sb толық бөлме температурасына дейін:

Ж — сұйық ерітінді; Е — эвтектика

Температураның жай-күйін осы мәндер орналасқан ордината осі, оның құрамында және тиісінше таза қорғасын, таза сүрме диаграммада көрсетілген.  Таза металдар құрылымы біртекті ноқатты білдіреді. Қорытпа, құрамында 13 % Sb және 87 % Pb, сондай-ақ бар бір көлденең учаскесі, немесе бір сыни нүктені (246 °С) — температурада осы қорытпа қатады. Бұл қоспа былай сипатталады, онда бір мезгілде сұйық фазаның кристалл Pbи Sb кристалдануы болады (жалпы жағдайда компоненттері А және В) механикалық қоспалары пайда болады. Мұндай механикалық қоспа екі (немесе одан көп) кристалдардың түрлерін, бір мезгілде сұйықтықтан кристалдану пайда болуын

эвтетик деп атап Э әріпімен белгілейді. Қорытпаның өзі эвтетикалық болып табылады, ал оның микроқұрылымы кезек-кезек кезектесіп келетін қорғасын негізінен бөлу сүрмесін білдіреді. Эвтетикалық реакциясын жазу былай болып қабылданды : Ж ^ Pb+ Sb, немесе жалпы түрде Ж ^ A+ B. Кристалдануы кез келген қорытпаның қамтитын 0<Sb<13%, Pb кристалдарды бөлу басталады. Мұндай қорытпалар температуралар аралығында қатады және қисық салқындату екі сыни нүктелері бар, басында және соңында қатуына тиісті (мысалы, қорытпа 5 % Sb). Мұндай қорытпалар

доэвтикалық балқымалар деп аталады, олар эвтектикалық айналдыру кезінде суыту температурасына ұшырауда 246 °С төмен және түпкілікті салқындату құрылымынан кейін Pb+ Э (Pb+ Sb). Осы құрылымда екі құрылымдық құраушылары бар: кристалдар Pb және эвтектика (Pb+ Sb), өнімділігі негізінде екі фаза — кристалдардың Pb және кристалдар Sb алынады. Кристалдануы кез келген қорытпа концентрациясы 13 <Sb< 100 % Sb кристалдарды бөлу арқылы басталады. Мұндай қорытпалар, сондай-ақ температуралар аралығында қата бастайды — басынан аяғына дейін қату (мысалы, қорытпа 40 % Sb). Салқындату кезінде температура 246 °С төмен болғанда оларда эвтектикалық айналдыру басталады. Мұндай қорытпалар

эвтектикалық деп аталады және суытқаннан кейін түпкілікті құрылымына Sb+ Э (Pb+ Sb) ие болады. Құрылымы эвтектикалық қорытпалар үшін, сондай-ақ екі фазалық болып табылады (кристалдар Sbи Pb) және екі құрылымдық құраушылардың: кристалдардың Sb және эвтектикалық (Pb+ Sb) болады. Диаграммада үш тән аймақтарға бөлуге болады: онда тек сұйық фазасы бар аймағы, желілердің жоғары жүйесін шектеулі нүктесіне: температурасы 327 °С — эвтектикалық нүкте 246 °С — температура 631 °С; аумағында тек қатты фазасы бар (кристалдар Pb және Sb), төмен эвтектикалық желісі (барлық көлденең сызық деңгейінде температура 246 °С-ұштары бар жерде оның қиылысу ординатасы 100 % Pb және 100 % Sb); облысы, мұнда бір мезгілде сұйық және қатты фаза қосарланып отыр (сұйық-қатты фаза аумағы) — сызықтарының арасындағы шектейтін тиісінше сұйық және қатты қорытпалар күйі.

деп атайды. Желі толық аумақты шектейтін қорытпаның қатуы қалған диаграмманың аумағы жағдайы

Қорытпалардың күйінің диаграммасы шектеусіз компоненттердің ерігіштігі қатты күйінде (ІІрода). Бастапқы деректер , екі компонент шектелмеген ерігіш қатты және сұйық күйде және химиялық қосылыстар құрайды.

Қорытпалар үлгісі осындай диаграммалармен жай-күйі болып табылады, қорытпалар жүйесі Cu—Nі. Егер екі компонент (А және В) сұйық және қатты күйінде шексіз еритін болса, олар қату кезінде барлық балқыту негізінде өз кристалдарын құра алмайды. Тиісінше кристалдану кезіндегі осы балқытуға кристалдар қатты ерітінді бөлінеді (а-қатты ерітінді), ал ең жоғары саны, фазалардың осы балқытуға екіге тең (а сұйық және қатты ерітінді). Бұл жағдайда ережесіне сәйкес фазалардың өтуі кристалдануы барлық қорытпалар тек температуралар аралығында болады (кристалдануы тұрақты температурада у қорытпалар ғана мүмкін болған жағдайда үш фаза) және, тиісінше, диаграммада жоқ көлденең сызық, ал отырса ғана көлбеу қисық (сур. 3.12).

Сурет 3.12.. Диаграмма күйі, салқындату қисықтар және қорытпалардың шектеусіз еоігіштік қатты күйіндегі құрылымдары схемасының үлгісі.

қатты ерітінді;

Кристалдануы кез келген қорытпаның төмендеуінен басталады сұйықтықтардың жаууына балқыманы жекелеген кристалдар қатты ерітінді а (мысалы, а ' нүктесінде) толық қату қатты ерітіндісі аяқталады (мысалы, B' нүктесінде). Алайда кристалдану аралығында (мысалы, нүктелер арасындағы а' және Ь') қорытпалар екі фазалық жағдайда тұр (Ж + а) температура төмендегенде санының ара қатынасы қатты және сұйық фаза екі фазалық аумағы өзгеруге тиіс — сұйықтық мөлшері азаяды, ал а қатты ерітінді артып келеді.Сонымен қатар, төмендету кезінде температура өзгереді, сондай-ақ сұйық құрамы және қатты фазалардың. Анықтау үшін салыстырмалы санын әрбір фазаның құрамын және фазалар диаграммаларда жай-күйін кез келген түрін пайдаланады

ережесіне кесінділерінің (рычаг ережесіне), негізгі ережелері былайша тұжырымдалады. Анықтау үшін компоненттердің концентрациясын екі фазалық аумағы арқылы бізді қызықтыратын нүктесін сипаттайтын күйі қорытпасынан (қорытпаның құрамы және оның температурасы) көлденең сызықты кесіп өткенге дейін желілерімен жүргізеді, екі фазалық аумақты шектейді. Құрамы сұйық және қатты фазалардың проекция нүктелерін кесіп білікке шоғырлануын көрсетеді. Қатынасы сұйық және қатты фазалардың анықтау үшін сандық жасау қажет, кері пропорционалды тәуелділік арасындағы олардың саны мен кесіндінің көлденең сызық, білімді арасындағы нүкте, қорытпасынан сипаттайтын және нүктелері сұйық және қатты фазалардың анықтайтын құрамы. Мысалында екі типті диаграмманы қарастырайық (3.13 сурет) кесінділерінің ережесі көмегімен саны мен құрамын анықтауға болады, фазалардың құрамын, мысалы, жай-күйін, k тиісті нүктесінде.

Сурет 3.13.. кесінділерінің Қолдану ережесі үшін қорытпа құрайтын (а) механикалық қоспалар және қатты ерітінділер (б).

Ара қатынасын анықтау үшін фазалар және олардың құрамын k нүктесі арқылы өткізеді көлденең сызықты кесіп өткенге дейін желілерімен, шектеулі екі фазалық облысы диаграммада (нүкте і және s). Проекция нүктелерін кесіп білікке шоғырлануын көрсетеді құрамы сұйық фаза (і' нүкте — проекция нүктелері і, орналасқан сызығын ликвидус) және қатты фазаның (нүкте s' — проекция нүктесі s, тиісті-3.13 сурет, а концентрациясы 100 % Sb және орналасқан сызығын солидус- 3.13 сурет, б). Ережесіне сәйкес тетікті жолақтардың көлденең сызықтың арасындағы нүктесі к және нүктелері, фазалардың құрамдарын анықтау, кері пропорционалды саны бұл фазалардың, яғни жазуға болады:

Анықтау үшін қарым-қатынас қандай да бір фазаның (қатты немесе сұйық) барлық саны қорытпаның

s +

Кесінділер ережесін пайдалану ғана емес, қорытпаның кристалдану үдерісін үйрену үшін, бірақ және қатты күйінде үдерістерді қарау үшін. Бұл ереже олардың агрегаттық жай-күйі көрсетілгеніне қарамастан барлық екі фазада қолданылады. Егер диаграмма күйін шектеусіз ерігіштігін қайтып қарауға компоненттердің қатты күйінде (3.12 суретті қараңыз) онда барлық аралықтағы кристалдануға назар аудару қажет (мысалы, нүктесі a' - дан' b') сұйық балқыманың концентрациясы компоненттерін жауап беретін нүктесінде k(45 % Cu+ 55% Nі) (3.13 суретті қараңыз) тұрақты бөлу жаңа кристалдар жүреді. Әрі құрамы алғашқы кристалдардың проекция s нүктесі анықталады, орналасқан сызығы солидус. Жаңа кристалдардың қорытпаның кв нүктесінде b' бөлу аяқталады, сұйықтық соңғы тамшы қашан қататынын, проекция і нүктелері құрамы ликвидус сызығы бойында орналасқан. Егер салқындату кезінде қорытпаның аралығында кристаллдау құрамы сұйық фаза ережесіне сәйкес кесінділер бойынша ликвидус сызығы, ал қатты фазаның — солидус желісімен өзгереді. Қорытпалардың күйінің диаграммасы шектеулі ерігіш компоненттері қатты күйінде (ІІІ рода). Бастапқы деректер: екі компонентті шектелмеген ерігіш сұйық күйде, шектеулі ерігіш мальтоза және химиялық қосылыстар құрайды. Компоненттері: химиялық элементтер, (К = 2). Фазалар: сұйықтық Ж, қатты ерітінділер (ерітінді компонент Ав В) және b(ерітінді компонентВв А) (Ф = 3).

Бұл диаграмманың түрі мен жай-күйін (диаграмма эвтектикалық айналымнан бастап) практикалық тұрғыдан өте маңызды да жиі ұсынылған құрамында күрделі диаграммалардың кең тараған  өндірістік қорытпалар, мысалы қорытпалардың жүйелерін Fe —C, Al—Cu және т. б. Қарастырылып отырған жүйеде шектеулі ерігіштігі компоненті мальтоза температурасының өзгеруі мүмкін емес, сондай-ақ өзгеріп отырады. Екеуі де қарастырылатын жағдайда ұсынылды 3.14 сурет (тиісінше желісі EN және DF). Нәтижесінде диаграмманы жай-күйіне екі жақты шектеулі ерігіш компоненттері қатты күйінде байланысты иеміз. Осы диаграммада желісі GCH— ликвидус сызығы, одан жоғары барлық қорытпалары бар біртекті сұйық ерітінді; желі GEDH— солидус сызығы, балқытудың төменгі жағында сұйық фаза болмайды. Қарастырылып отырған жүйе компоненттері А және қатуы мүмкін емес жеке кристалдар, өйткені олар

бір-бірімен қатты ерітінділер а және р салаларда диаграммалар олар орналасқан тиісінше сол жағында тігінен EN және оң жағында желісі DF құрайды.Осы салаларда барлық қорытпалар интервалындағы арасындағы ликвидуспен кристаллданады және солидус сияқты, бұл үдеріс кез келген қорытпадағы диаграммаларда жай-күйін ІІ түрінен өтеді. Тиісінше, сол жағындағы орналасқан сызық EN кристалдану кезінде сұйықтық кристалдар қатты ерітінді бөліне бастайды (мысалы, І қорытпаның 1 нүктесінде). Кристалдану мен қорытпалары аралығында екі фазалық құрылымы бар Ж + а. Кейіннен кристалдау және соңына дейін салқындату бұл қорытпалар бар құрылымы біртекті қатты ерітінді болады. Осыған ұқсас жағдай орын алған барлық қорытпалар, оңға қарай орналасқан нүктеден F, айырмашылығы тек, қатты а ерітіндінің орнына, ал оларда қатты ерітіндінің р кристалдары бөлінеді. Қорытпалар орналасқан аралықтағы F нүктесі арасындағы проекциялық D нүктесінен, алғашқы кристалдануы интервалындағы ликвидус және солидус арасында ұқсас бұрын сипатталғаны бойынша ағады. Бұл қорытпалар кристалдану аяқталғаннан кейін қиылысу сызығымен DF біртекті құрылымы қатты р ерітіндіге ие (мысалы, қорытпа ІV интервалындағы нүктелердің арасындағы 2 және 3). Одан әрі сол салқындату осы қорытпалар (мысалы, қорытпаның ІV төмен 3 нүктесінен) дейін толық салқындату құрылымында осы қорытпалардың өзгерістері болып жатыр, қатты ерітіндінің бөлумен байланысты р екінші фаза а п (мысалы, қорытпаның ІV), азаюы ерігіштік шегін қатты ерітіндінің р төмендеген кезде температура қорытпа себебі пайда болады. Бұл еңіс қисықтың DF сипатын көрсетеді. Температура төмендегенде қатты ерітіндісі р қайта айналуда компонент А, келтіру үшін жүйенің тепе-теңдік, осы қатты ерітіндінің р артық  А ерітілген компоненттен бөлінеді. Алайда, қарастырылып отырған жүйеде таза компоненттер болуы мүмкін емес дербес фаза (олар қатты ерітінділер құруы тиіс), артық кристалдардың базасында А компонентін бірден қатты а ерітіндісі құрылады, кристалдар болып қатты р ерітінділер бөлінеді және майда дисперсиялық түрінде қоспалардың ішіндегі ноқаттың негізгі фазалары болып орналасады. Мұндай артық кристалл емес сұйықтық бөлініп шығатын, ал қатты фазаның белгіленіп, а п

Е және N нүкте шекті ерігіштігін сипаттайтын компоненті В компонентінде А, немесе  шекті ерігіштігі қатты ерітіндісі кезінде эвтектикалық және бөлмелік температурада, а нүктесінен D және F— шекті ерігіштігі компонентінің А және В компонентінде, яғни шекті ерігіштігі қатты ерітіндінің р, сондай-ақ эвтектикалық және бөлме температурасында сипаттайды. Көріп отырғанымыздай, шекті

ерігіштігі қатты ерітінді емес температураның төмендеуімен өзгереді (желі EN— тік), ал шекті ерігіштігі қатты ерітінді (3 сағат ауа температурасының төмендеуіне байланысты азаяды (желі DF— еңкіштігі). Е және D нүкте шекаралары ED сызығы болып табылады және эвтектическое айналдыру шегінде ағады, а нүктесі — эвтектикалық нүктесі болады. Демек, барлық балқытуға орналасқан шекаралары шегінде эвтектикалық желісі және эвтектикалық айналдыру өтеді, І түрдегі диаграммаларда ұқсас жай-күйін айырмашылығы тек, осы жағдайда эвтектика механикалық қоспалар компоненттерінен тұрады, сондай-ақ механикалық қоспалар және олардың қатты ерітінділерін а және 3 орын алады. Бұл жағдайда, бұл қатты ерітінділер компоненттері қорытпалар үшін бөлігінің диаграммалары, ол шектелген ұзындығы эвтектикалық желісі болып табылады. Тиісінше, эвтектиканың мынадай түрі болады Э (a+ 3), ал эвтектикалық реакция жазылуы мүмкін: Ж ^ aE+ 3D. Қорытпа компоненттерінің концентрациясы және тиісті нүктенің проекциялары, яғни қорытпа құрамын нүктелер

деп аталады. Олардың кристалдануының басталуы кристалдардың қатты ерітіндісінің бөлінуі болады (мысалы, қорытпаның ІІв 1 нүктесінде). Кристалдану аралығында (мысалы, 1 және 2 нүктелердің арасындағы) осы қорытпалардың екі фазалы құрылымы Ж + а болады. Желіде ЕС (мысалы, 2 нүктесінде) доэвтектикалық балқытуға эвтектическая реакция бөлігіне сұйықтық Ж болады, қорытпадағы осы кезге тағы қалды (оның санын кесінділер ереже бойынша анықтауға болады). Сондықтан доэвтектикалық қорытпалардың эвтектикалық реакциясын мынадай түрде жазуға болады: Ж + а + Э (a+ 3). Мұндай қорытпалар түпкілікті салқындатудан кейін құрылымы мынадай болады а + Э (а + 3).

деп аталады. Олардың кристалдануы қатты ерітінді 3 кристалдардың бөлу басталуы болады (мысалы, қорытпаның ІІІв 1 нүктесінде). Кристалдану аралығында (мысалы, қорытпаның ІІІ 1 және 2 нүктелердің арасындағы) бұл қорытпалары бар екі фазалық құрылымын Т + 3. Желіде CDу эвтектикадан соң қорытпалардың эвтектикалық реакциясы болады, бұл реакция доэвтектикалық қорытпалар, немесе Т + 3 ^ 3 + Э (а + 3). Бірақ одан әрі салқындату эвтектикадан соң қорытпаларды келесі айналдыру олардың құрылымы болады, олардың бұл эвтектиканың алдында балқытуға мамандандырылады. Себебі осы айналу еңіс сипаты желісі DF болып табылады.Айтылғандай бұрын көрсетілгендей, еңкіш қисық сипаты ерігіштік компонентінің А компонентінде (желі DF) температураның төмендеуі шекті Ав В ерігіштігі А санынан аз болады, ол қазіргі уақытта қорытпада бар. Сондықтан, қатты ерітінді 3 бөлініп екіншілік а-кристалдар а п

болады.

келесі құрылым болады: b+ Э (a+ (3) + a n

. Бұл құрылым құрамында үш құрылымдық құрамы бар: 3, Э (a+ b) a n

n

m

Химиялық қосылыс тұрақты болуы мүмкін немесе қорытпаның балқу кезінде қыздыру кезінде жайылмайды. Сәйкесінше тұрақты химиялық қосылыс қыздырғанда жайылады. Диаграмманың тұрақты химиялық жалғанған жай-күйін қарастырайық. Мұндай диаграммасы 3.15.суретте бейнеленген. Диаграмма үлгісі қорытпалардың күй диаграммасы жүйе Mg—Ca болып табылады. Химиялық қосылыстар (мысалы, A n

m ) сипатталады белгілі бір ара қатынасымен компоненттерін (мысалы, n% компонент А және m% В компонент). Компоненттердің осіне концентрациясын (абсцисс осі) химиялық қосылыс нүктені білдіреді, содан соң тік сызығы шығады, нақты жарған диаграмманы екі қарапайым диаграммалар, онда химиялық қосылыс ретінде қазірдің өзінде дербес ретінде компонент және, тиісінше, эвтектика құрады компоненті бойынша реакция Ж ^ A+ A n

m

(І қарапайым диаграмма) компоненті бойынша реакция Ж ^ + A n

m

(ІІ жай диаграммасы).

Қорытпалардың кристалдануы шегінде қарапайым диаграммалар І және ІІ ұқсас кристалдану қорытпалар өтеді, эвтектикалық таза компоненттерін құрайтын (диаграмма І жақ). Сондықтан жақсылап суытқаннан кейін эвтектикалық қорытпаның қарапайым диаграммада І құрылымынан тұратын тек эвтектика болады Э (А + A n

m

), эвтектикалық қорытпаның қарапайым диаграммада ІІ — эвтектики Э (B+ A n

m ); эвтектикадан бұрын қорытпалардың тиісінше қарапайым диаграммада І және қарапайым диаграммада ІІ құрылым түрі болады: А + Э (A+ A n

m

) және A n

m

n

m

); эвтектикалық қорытпаларынан жасалған қарапайым диаграмма І— A n

m

n

m ) және эвтекикалық қорытпаларынан жасалған қарапайым диаграммада ІІ — + Э (B+ AnBm).

Қорытпалардың диаграммасының күйі, полиморфты айналу сынап көру. Бастапқы деректер : екі компонентті шектелмеген ерігіш сұйық күйінде де, қатты күйінде механикалық қоспаларды айналдыра алады, нәтижесінде эвтектикалық немесе перитектикалық айналдыру, сондай-ақ айырылмайтын қатты ерітінділер құруы мүмкін емес және басқа аталғандардың барлығы, ең болмағанда біреуі компоненттеріне ие полиморфизым болады.

Полиморфты өзгерістері кезінде балқытуға қайта кристалдануы бар қатты фазалар жүреді, сол заңдылықтарын анықтайтын үдеріс кристалдану сұйық жай-күйі болады. Егер балқытуға бір немесе екі компонентіне ие полиморфизге, онда қорытпасы өздері осы компоненттердің жағдайы полиморфты қатты күйіне айналдыру. Бұл жағдайда диаграмма жай көп қабатқа айналады, әрі жоғарғы қабаты диаграммаларды сипаттайды бастапқы кристаллдану сұйық жай-күйін, ал төменгі бөлігі диаграммалар — екінші (кристалл өткізуді), немесе бөлу кристалдардың жаңа қатты фазаның бірі қатты бастапқы фаза, мысалы, кристалдардың қатты ерітінді а және з бастапқы қатты ерітіндінің bс басқа кристалдық тормен бөлінеді. Жалпы жағдайда диаграммалар түріне қаралып отырған жағдайдың қандай байланысты фаза балқыту процесінде полиморфных түрлендірулер түзіледі. Ықтимал нұсқаларының көп болуы мүмкін. Бірінші жағдайда (3.16 сурет, а) А компоненті бар аллотропикалық түрлендіру А а

және Ар В компонентін құрайтын екі қатты ерітінді а және b.

Қорытпалардың кристалдануы аралығында кристалдануды ескере отырып, перитектикалық айналдыру бұдан бұрын сипатталған. Нәтижесінде қорытпалар температураға дейін тиісті нүктесінде (температура полиморфты айналдыру) бір фазалық құрылымы бар қатты ерітінді (3 немесе екі фазалық құрылымы қатты ерітінді a+3). Осы балқытуға салқындату кезінде төмен температура полиморфты айналдыру полиморфты айналдыру b^ ал өзгеруіне кристалдық торлар өтеді. Екінші жағдайда (3.16 сурет, б) екі компоненті полиморфты айналу кезінде төмен температуралы түрлендіру олардың бір-бірімен ерігіштігі әрекеті шектеулі, ал жоғары температуралық түрлендіру — шектелмеген. Бөлшектерде кристалдану процесі балқымалардың сұйық жай-күйіне тоқтала отырып, бұл туралы төменгі қабатта диаграммалар нақты ұсынылған диаграмманың ІІІ түрі немесе диаграмма біліммен шектелген қатты ерітінділер мен эвтектикалық айналдыру ағымы. Алайда, осы эвтектикалық айналдырудың ерекшелігі мынада: бастапқы фаза Ж сұйықтық ыдырау болып табылмайды, ал қатты g ерітінді, KCN өткенде екі жаңа ерітіндісін ыдырайды және b реакциялар g^ a+3. Мұндай айналдыру, мәні бойынша эвтектикалық ұқсастығы, бірақ оқиғаларды қатты күйі

Қорытпа құрамы, тиісті С нүктесінде, эвтектоидты деп аталады. Қорытпалар, сол нүктеде орналасқан (қортпа эвтектоидты құрамы) доэвтектоидты деп атайды, ал оң жағында орналасқан эвтектоидты деп аталады. Жинақталған мәліметтер бойынша екі нұсқаларында диаграмманың жай-күйі. Зерделеу кезінде күрделі қос қорытпалардың күйі диаграммаларын негізінде нақты компоненттердің (металдар және бейметалдар) көру оңай емес, оларға сол үлгі диаграмма нұсқалары қарастырылды. Бұл анықталады, өйткені мұндай күрделі диаграммалар, әдетте көп қабатты және оларда бірнеше эвтектикалық және эвтектоидты айналу, ал шектелген қатты ерітінділер іс жүзінде әрқашан өзгертеді және өзерігіштігі температураның бұл бірнеше қабаттар диаграммалар болып табылады. Үдерісті бірнеше есе жеңілдетуді қарастыру күрделі диаграммалардың жай-күйіне мәліметтер келтіреміз, бұл үдерісті жеңілдетуге рұқсат береді. 1. Диаграмманың көлденең изотермиялық кесіндінің қатысуы (немесе бірнеше көлденең сызықтар әр түрлі қабаттардан) эвтектиканың бар екендігі туралы (эвтектоидты) немесе перитектикалық айналдыру. Бұл ретте, егер диаграммада шекаралары шегінде көлденең кесіндіні бөлуге болатын байланыс желісін жоғары және бұрышпен желісі бір-біріне, төмен

Сурет 3.17. Эвтектикалық айналудың мысалдар үлгісі (эвтектоидты):

көлденең сызықтың құрылымында қорытпаның эвтектика міндетті түрде бар (егер үстінен көлденең сызық болатын сұйық фаза) немесе эвтектоид (егер үстінен көлденең сызық болатын қатты фаза). Мысалдар мұндай түрлендірулер 3.17 суретте ұсынылды. 2. Доэвтектикалық (доэвтектоидты) және заэвтектикалық (заэвтектоидты) қорытпалар толық салқындатудан кейін бар құрылымы, эвтектикидан тұратын (эвтектоидта) және бір немесе екі фазалардан артық. Бір артық фаза бар болған жағдайда қорытпаның компоненттері ешқандай қатты ерітінділерін құрамайды, не шектелген қатты ерітінділер құрайды және олардың шекті ерігіштігі емес, ауа температурасының төмендеуінде азаяды (желі шекті ерігіштік параллель ордината осі бойында орналасқан). Бұл ретте, егер бір артық фазасы бар және оны анықтау оңай. Доэвтектикалық (доэвтектоидты) балқытуға бұл фаза, сол жақ бастап шетімен эвтектикалық (эвтектоидты) желісі, заэвтектикалық (заэвтектоидты) балқытуға мамандандырылады — фаза, тиісінше сақтандыру шетімен эвтектикалық (эвтектоидты) желісі анықталады. Диаграммада әр түрлі деңгейлерде орналасқан эвтектикалық және бірнеше эвтектоидті түрлендірулер болған кезде, жоғарыда көрсетілген ұстанымдар жоғарыда сипатталған принциптерге сәйкес өз деңгейлерінде жұмыс істейді. Егер диаграммада шектелген қатты ерітінділері бар болған кезде немесе бір сызықтың еңкіштігі болған жағдайда (бірнеше көлбеу сызықтары) шығыс нүктесінен шекті ерігіштік компоненттердің қатты ерітіндісінде орналасқан. Көлденең сызықтың шекараларында эвтектикалық (эвтектоидты) айналдыру болады және оның құрылымы салқындатылған бөлме температурасына дейін эвтектикаға дейін (эвтектоидқа дейін) немесе эвтектикадан кейін (эвтектоидтан кейін) қорытпалардың тағы бір артық фазасы қатысады да тағы да бірнеше артық фазалардың пайда болуына ықпал етеді. Содан соң оларға байланысты қатты ерітінділер температуралар төмендеген кезде қорытпаларды осы ерітіндінің ерітілген компоненттерінің артық санын бөліп алады. .

Жалпы құрамы жағынан артық фазаны оңай табуға болады. Егер бұл фаза әрқашанда эвтектикалық айналым (эвтектоидты) желісінің соңында қарама-қарсы болып орналасқан. Бұл артық фаза әдетте тиісті индексімен былай белгіленеді (aІbРш және т. б.), оны бөлу кезінде бастапқы кристалдану кезінде емес қайта кристалдану немесе кристалдардың жаңа фазасы қатты күйі бойынша бөлінуіне ықпал етеді. Диаграммада және ең болмағанда бір эвтектоидты түрлену болған жағдайда, сондай-ақ ерігіштік өзгерістер белгілері аймағының шегінде өтуі тиісті шектелген қатты ерітінділер, әрбір осы айналу бөлінетін екінші артық фаза болады, ол нөмірленеді, өзінің индексімен (a

, b

және сол сияқты.). Бұл ретте принциптері құрамын анықтау және әрбір артық фазалар шегінде тиісті қабаттың осындай бір қабатымазмұндалған. 3.  Фазалардың күй диаграммасы саны анықтау үшін және құрылымдық құрайтын қатысып отырған құрылымында қорытпасынан кезінде нақты температура, негізге мынадай ережелер алу керек. Компоненттердің өздері қатты фазалар болады және химиялық қосылыстар негізінде, егер қатты ерітінділер негізінде осы компоненттер және олардың химиялық қосылыстары түзілмейді. Қатты ерітінділерді құрған кезде негізінде компоненттері мен олардың химиялық қосылыстар фазалар бұл қатты ерітінділер болып табылады. Механикалық қоспаның компоненттерін қоспасынан, оларды химиялық біріктіру немесе олардың қатты ерітінділерін нәтижесінде пайда болатын ағу эвтектикалық (эвтектоидты) немесе перитектикалық реакциялар фазалар емес болып табылады, ал құрылымдық құраушылары білдіреді. Сонымен қатар, саны құрылымдық құрайтын барлық фазалары жатады (екінші, үшінші және т. б.) пайда болатын балқыту процесінде олардың қатты күйінде қайта кристалдауы болып табылады. (мысалы, , a

, b

Қорытпалар қасиеттері және  диаграммалар типтерінің жай-күйі арасындағы байланысы. Диаграммалар типті жай-күйі мен қасиеттері бар қорытпалар белгілі бір өзара байланысы бар, оны алғаш рет белгіледі Н. С. Курнаков. Сызба түрінде бұл сызба 3.18 суретте ұсынылған. У қорытпалар, кристаллданушы эвтектикасы бар барлық диапазонында шоғырлануы (І текті диаграммалар), қасиеттері бойынша интервалы арасында желілік заң бойынша таза құрамдас қасиеттері өзгереді (3.18 сурет, а). У қорытпалар, үздіксіз қатты ерітінділердің пайда болуымен кристаллданады ( ІІ текті диаграммалар), қасиеттері қисығы бойынша барынша өзгереді, біршама  компоненттер қасиеттерінен ерекшеленеді (3.18 сурет, б).

п

Сурет 3.18. . Диаграммалар арасындағы жай-күйлердің өзара байланысы І, ІІ, ІІІ, ІV түрлері (а, б, в, г байланысы) және қорытпалардың қасиеттері бар (Н.С.Курнаков қасиеттері бойынша) Шектелген қатты ерітінділер пайда болған кезде (диаграммалардың ІІІ түрі) қорытпалардың қасиеттері саласында қатты ерітінділердің бір фазалы қисық сызықты заңына өзгереді, ал екі фазалық аумағы бойынша тікелей сызықты заңына, әрі соңғы нүктелері түзу таза фазалардың қасиеттері болып табылады (3.18 сурет, в). Егер кристалдану кезіндегі қорытпалардың химиялық бірлігі қасиеттері құрылады (диаграммалардың ІV түрі), балқыманың концентрациясы кезінде компоненттердің химиялық қосылыстары бірігеді және  барынша көп (немесе аз) қисық сынған қасиеттеріне тиісті болып өзгереді. Нүкте қисық сынық тиісті құрамы химиялық қосылыстар сингулярной нүктесі (3.18 сурет, г) деп аталады. Қорытпалардың диаграммасының үш күйінің компоненттері туралы түсінік. Қорытпалардың диаграммалары үш компоненттері күйін білдіретін кеңістіктік фигуралар негізінде қабырғалы үшбұрышқа тең орналасқан (3.19 сурет). Бұл үшбұрыш концентрациалық деп аталады. Концентрациялық үшбұрыштың ең жоғарғы жағында жүйелердің үш компоненттері орналасқан: А, В, С. Үшбұрыштың жанына осы компоненттердің концентрациясын қалдырады. Үшбұрыштың АВ, ВС, СА жақтары концентрациалық осінің А — В, В — С-С — А екі жүйелерін білдіреді. Әрі АВ = ВС = АК = 100%. Үшбұрыштың ішіндегі әрбір нүктесі қатаң нақты үш компонентті қорытпалардың құрамына сәйкес келеді. Әрбір үштік қорытпадағы

Сурет 3.19.

Кеңістіктік диаграммасы күйінің үштік жүйенің, компоненттері іс жүзінде өзара ерімейтін қатты күйінде (а), проекция желісі үш диаграммалар жазықтық концентрациялық үш бұрыштаманың (б) концентрационды үшбұрыш (в) компоненттердің

Қорытпаның үш есе концентрациясы ереже бойынша үш кесінділердің  анықтау схемасы (3.20 сурет) Ю. А. Геллермен ұсынылды. Бұл үшін О нүктесі арқылы сызық жүргізеді (мысалы, , Op және Or),параллельді

сондай-ақ соңында қарама-қарсы АВ (мысалы, компонент А) компонентің мазмұны болады.

бойынша болаттың критикалық нүктелерінің қажеті болуын, осылайша, зерделеу барысында темір—көміртек диаграммасын оқытуға ат салысқан.

Темір көміртегімен бірқатар химиялық қосылыстар түзеді: Fe3C, Fe

C және т. б. Жағдайының диаграммасын темір — көміртек, әдетте, цементитті Fe3C қосу үшін көрсетеді, құрамында 6,67 % көміртегі бар. Қорытпалар жоғары көміртегі құрамы бар кезде өте нәзік және практикалық қолдануы жоқ. Басқа цементиттің осы жүйеде темір—көміртегі графитті түзеді. Темір — цементит — тұрақты жүйесі. Цементит — термодинамикалық тұрақты фаза графитпен салыстырғанда, бірақ кинетикалық цементиттің пайда болуы неғұрлым ықтимал. Сондықтан,темір жағдайының диаграммасын — цементит темірдің түрақты диаграммасы, ал темір диаграмманы—графит — тұрақты деп атайды.

Темірді көміртегімен балқытудағы компоненттері мен фазалары. Темір — күмісті-сұр түсті металл, VІІІ тобында тиесілі. Кезеңдік жүйелер, атомдық массасы 55,85, тығыздығы 7,86 г/см3, балқу температурасын 1 536 °С-Таза зертханалық темір құрамында артық емес 0,0001 % (10-4%) қоспалар, техникалық таза — шамамен 0,1...0,15%. Техникалық темірдің беріктігі төмен: о в

= 250 МПа кезінде пластикалық жағдайы жоғары 8 = 50 %, у = 80 %. Темір қатты екі полиморфных модификация күйде болуы мүмкін: ККО және КШО. Бірі схемасының өзгеруі еркін энергия (4.1 сурет) керек,бұл температуралар аралығында 911.1 392 °С аз бос энергия мен үлкен тұрақтылық бар-темір кристалды ККО-торы. 911 °С температурасынан төмен және одан жоғары 392 °С.

Температурасы жоғары a

Темірдің суу сызығы екі полиморфты және бір магнитті өзгеруді тіркейді (сур. 4.2). Магнитті өзгеру кезінде температураның 768 °С  тоқтауы криссталдық тордың қайта құрылуы және қайта криссталданумен байланысты емес, ол атомішілік магниттік қасиеттердің өзгерісіне әкеп соғатын электронды қабаттардың сыртқы және ішкі өзгерістерімен байланысты. Көміртегі Периодтық жүйенің ІV тобына жатады. Көміртегі табиғатта екі түрлі негізгі модификацияда кездеседі: алмаз және графит. Көміртегінің атомдық массасы 12, графиттің тығыздығы 2,25 г/см

, балқу температурасы 3 500 °С. Графит гексагоналды қабатты кристалды торға ие. Графит — жұмсақ материал және  беріктігі төмен. Графиттің беріктігі температура жоғарылаған сайын ерекше жоғарылайды: температура 20 °С а в = 20 МПа, ал температура 2 500 °С болса  графит барлық баяу балқитын металдардан да мықтырақ болады. Көміртегі темірмен бірігіп қатты енгізу ерітінділерін түзеді. Көміртегінің темірдегі ерігіштігі оның кристалдық формасына байланысты. Кристалданған ККО-торлардың тесігінің диаметрі КШО – торларындағы тесіктердің диаметріне қарағанда едәуір кіші. Сондықтан a -темір көміртегіні өте аз мөлшерде ғана еріте алады, ал g-темірде көміртегінің еруі едәуір жоғары болып келеді. ККО-тордың октаэдриялық кіші мөлшерлі тесіктерінің көміртегінің аз еруіне әсер етіп қана қоймай, оның октаэдриялық тесігі симметриялық емес – ол жақын жатқан атомдардың әсерінен бір ось бойымен созылған, соның ішінде куб ортасында, бұл да оның ерігіштігін төмендетеді.

Темір-көміртегі жүйесінде келесі фазалардың болуы мүмкін: сұйық фаза, а - темір негізінде (феррит) және g - темір негізінде (аустенит) қатты ерітінділер, Fe

a деп белгіленеді. 727 ° С температурада көміртегінң ферритте 0,02 % жоғары ерігіштігі байқалады; ал 20 °С температурада ферритте шамамен көміртегінің 0,006 % ериді. Ферриттің қасиеттері таза темірдің қасиеттеріне жақын.

Аустенит (А) — g - темірге көміртегіні енгізу арқылы пайда болатын қатты ерітінді, Fe g белгісімен белгіленеді. 1 147 °С температурада аустениттің құрамында 2,14 %-ға дейін көміртегі, ал 727 °С — 0,8 % көміртегі болады. Ферритте және аустенитте алмастырушы қатты ерітінділер құра отырып, олардың қасиеттерін күрт өзгерте алатын көптеген қсушы элементтер еруі мүмкін. Сонымен қатар, қосу осы фазалардың пайда болу шекарасының температурасын едәуір өзгерте алады.

C, оның құрамында көміртегінің 6,67 % бар. Цементиттің балқу температурасы 1252 °С. Цементит өте жоғары қаттылыққа ие (шамамен 800 НВ), шынының бетін тырнайды, өте нәзік, мүлдем иілгіш емес, тығыз оралған атомдары бар күрделі ромбты торға ие. Қыздырғанда цементит ыдырайды. Темір - цементит жағдайының диаграммасы (метастұрақты жағдай).  Темір - цементит жағдайының диаграммасы (Fe—Fe

C) 4.3 суретте көрсетілген.

сызығы —ликвидус сызығы,

сызығы — солидус.

нүктесі — цементиттің балқу температурасына (1 252 °С) сәйкес келеді.

және

C жүйесінде әр түрлі қатарда эвтектидті және эвтектоидті өзгерулер пайда болады.

сызығы бойынша 1147 °С температурада  эвтектидті өгеріс пайда болады: Ж с

(Л) —аустенит пен цементиттің механикалық қоспасы, құрамында 4,3 % көміртегі болады.

сызығы бойынша 727 °С температурада происходит эвтектоидті өзгеру пайда болады: A

к , нәтижесінде құрамында 0,8 %  көміртегі бар аустениттен феррит пен цементиттің механикалық қоспасы пайда болады. Эвтектоидті өзгеруі эвтектиканың кристаллдануына ұқсас, бірақ ол сұйық емес, қатты ерітіндіден пайда болады. Пайда болған эвтектоид перлит деп аталады.

Перлит (П) — феррит пен цементиттің механикалық қоспасы, құрамында   0,8 % көміртегі болады. Перлит ферритті негіздегі цементит таспалардан тұрады, меруерттей (перламутр) жылтыр, осыдан оның атауы — перлит. Перлиттің түйіні цементит пен ферриттің параллель таспаларынан тұрады.

Fe

ь

п

Цементиттің құрамы қаттылау және ірілеу болған сайын, перлиттің механикалық қасиеті нашарлау болады. Ледебуриттің құрамына кіретін аустенит, 727 °С температурада   эвтактоидті өзгеріске енеді. Сондықтан 727 °С төмен температурада ледебурит перлит пен цементиттің механикалық қоспасынан тұрады. Жиі жеңілдетілген диграмманы қолданады (перитектикасыз), себебі құрамында 2,14 % - ға дейін көміртегісі барлық қорытпалар, кристалдану аяқталған соң аустенитті құрамға ие болады. 4.4. суретте құрамында 0,02; 0,5; 0,8; 1,7; 3,5; 4,3; 5,5 %-дан төмен  көміртегісі бар қорытпалардың салқындау сызығы келтірілген. І қорытпа, құрамында 0,02 % көміртегі бар, іс жүзінде техникалық таза темірді білдіреді. 1 нүкте (сур. 4.4, а) аустениттің кристалдануының бастамасына, 2 нүкте — кристалданудың аяқталуына сәйкес келеді. Салқындау кезінде 2 нүктеден 3 нүктеге дейін пайда болған аустенитте ешқандай өзгеріс болмайды.

a

б Сурет 4.4. Құрамында әр түрлі көлемде көміртегісі бар теміркөміртегі қорытпаларының салқындау сызықтары (І —VІІ) : а

б

Аустениттің (КШО) кристалды торының ферриттің (ККО) кристалды торына қайта құрылуы 3 нүктеден басталып, ал 4 нүктеде аяқталады. Салқындаған кезде 3 – 4 температуралар арасында аустенит құрамы

ал феррит құрамы —

. 4 нүктеден 5 нүктеге дейін өзгерістер болмайды, ал пайда болған феррит жай ғана салқындайды. PQ сызығы айнымалы ерігіштік сызығына сәйкес келеді. Осы сызықтан төмен қорытпа көміртегімен байытылған, осында темірмен химиялық қосылысты құрайтын артылған көміртегі бөлінеді, яғни, цементит. Салқындағанда цементит үздіксіз бөлінеді де, ферриттегі көміртегі концентрациясы

ш

белгісімен белгілейді.

ІІ қорытпа құрамында 0,5 % көміртек бар. Аустенит кристалдары 1—

температура интервал аралығында пайда болады.Аустенит құрамы АЕ солидус желісі бойынша өзгереді, сұйық фазаның құрамы АС ликвидус желісі бойынша (4.3 сур. қарау)өзгереді. Аустениттің кристалдануы 2 нүктесінде (4.4 а  сур. қарау)аяқталады, 2 нүктесінен 3 нүктеге дейін құрылымдық өзгерістер ол жерде болмайды, аустенит жай ғана салқындатылады. 3 нүктесінде аустениттен ферриттің бөлінуі басталады. Феритте көміртегі концентрациясы GP желісі бойынша өзгереді, ал аустенитте көміртегі концентрациясы - GS желісі бойынша.  4 нүктеге дейін қорытпаны салқындату кезінде аустениттің құрамы S нүктесіне, яғни эвтектоид құрамына сәйкес болады.

727 °С температурасында A

к

перлитінің пайда болуымен эвтектоид айналысы жүреді. Бөлме температурасында қорытпа құрамы феррит пен перлиттен тұрады. Құрылымдағы перлит саны қорытпадағы көміртегі құрамының өсуіне қарай   0,8 % концентрациясына дейін ұлғаяды.

727 °С дейін салқындату кезінде мұндай көміртегі концентрациясымен айналысқа түспейді, ал мұндай температурада барлық аустенит  перлитке айналып кетеді. Бөлме температурасында қорытпа құрылымы бір перлиттен тұрады. ІV қорытпадағы көміртегі концентрациясы 0,8 % көбірек, бірақ 2,14 % кем. 3 нүктеге дейін айналыс  бұл қорытпада  ІІ және ІІІ қорытпалардағыдай. Салқындату кезінде 3-4 нүктелер арасындағы температура   диапазонында аустениттің кристалл торынан қайтара цементита Ц п пайда болуымен   артық көміртек бөлінеді. Бұл кезде аустениттегі көміртегі құрамы ЕS желісі бойынша өзгереді.

желісінде (4.3 сур. қарау) 727 °С температурасында  эвтектоид айналысы болады, осы жағдайда аустенит перлитке айналады. Сондықтан бөлме температурасында қорытпа құрылымы перлит және қайталанған цементиттен тұрады.

2,14 % -дан көп көміртегі бар.  Мұндай қорытпаларды алғашқы рет кристалдандыру эвтектикалық айналыммен аяқталады, нәтижесінде құрамында 4,3 % көміртегі бар сұйық ерітіндіден ледебурит пайда болады – екі қатты фазаның механикалық қоспасы: аустенит және цементит. V қорытпасында кристалдандыру 1 нүктеде сұйық  ерітіндіден аустениттің бөлінуімен басталады да 2 нүктеде аяқталады. 1 және 2 нүктелер арасындағы температура аралығында салқындату кезінде аустенит құрамы солидус желісі бойынша өзгереді, ал сұйық фазада көміртек концентрациясы – ликвидус желісі бойынша. 1147 °С температурада 2 нүктеде сұйық фаза құрамы С нүктесіне сәйкес келеді, демек сұйық фазада 4,3 % -ке тең көміртек концентрациясы бар.  2 нүктеде сұйық және қатты фазалардың сандық қатынасы

және

кесінділерінің қатынасымен анықталады .

Кесінділердің ұзындығын миллиметрмен өлшеуге немесе концентрация айырмашылығы бойынша анықтауға болады. Егер кесінділер қатынасын 100-ге көбейтсек, пайызбен құралған сан аламыз.  1147 °С температурада Ж с

эвтетикалық айналым жүреді. 2-3 аралығында одан әрі салқындату кезінде еркін құрылымды, сондай-ақ  эвтектикаға кіретін (ледебурит) ретінде аустениттен екінші қайтара цементит бөлінеді. 4,3 % көміртегіні қамтитын VІ қорытпадағы барлық сұйықтық эвтектикалық температурада ледебуритке айналады. Температура төмендеген кезде, аустениттегі көміртегі мөлшері ЕS желісі бойынша төмендейді (4.4,а-суретті қараңыз). 727 ° C температурасында перлит аустенитінің айналуы орын алады. VІІ қорытпасында (4.4, b-суретті қараңыз) кристалдану цементит кристалдарының қалыптасуынан басталады. Бұл цементит негізгі деп аталады. Бастапқы цементит 1-2 температура диапазонында салқындау кезінде сұйықтықтан бөлінеді. Сұйықтықтың құрамы ликвидус сұйықтық сызығының бойымен өзгереді, ал 2-ші нүктеде сұйықтық құрамында 4,3% көміртек бар. Сұйық және қатты фазалар арасындағы сандық қатынас 2-тармақта F2 және С2 сегменттерінің арақатынасымен анықталады. 1 147 ° C температура кезінде эвтектикалық өзгеріс орын алады. Сұйық астындағы қалыптасқан ледувриттің аустениті бұрын талқыланған трансформацияларды бастан кешіреді. Бөлме температурасында VІІ қорытпасының құрылымы ледебурит және бастапқы цементит болып табылады. Цементитінің тұнба мөлшері мен орналасуындағы айырмашылықтары қорытпалардың қасиеттеріне айтарлықтай әсер етеді.

Бастапқы цементит Ц

жоғары температурада тікелей сұйық фазадан шығарылады. Оның кристалдары үлкен, яғни бастапқы цементит ең өрескел ағынды береді. Қайталама цементит Ц п аустениттен жеткілікті жоғары температурада және жоғары диффузия жылдамдығынан босатылады. Сондықтан қайталама цементит ноқат шекаралары бойымен тор түрінде қалыптасады. Үшінші цементит Ц ш салыстырмалы төмен температураларда әдетте түйіршіктер ішіндегі дисперсті кірмелер түрінде ферриттен бөлінеді. Бұл кірмелер феррит күшін арттырады. Fe-Fe3C жүйесіндегі қорытпаларды құрылымдық белгілері бойынша екі топқа бөледі: көміртекті болаттар және ақ шойындар. Көміртекті болаттарда 2.14% дейін көміртегі бар және аустенит қалыптастыру арқылы кристалдануды аяқтайды. Ақ шойындарда 2,14% астам көміртек бар және эвтектика-ледебуриттің қалыптасуы арқылы кристаллдануды аяқтайды. Әртүрлі құрамда көміртегілері бар болаттар мен шойындардың құрылымдары 4.5 және 4.6. суреттерде келтірілген.

г а

Болаттардың құрылымында нәзік эвтектиканың (ледебурит) болмауы олардың пластикалық қасиеттерін арттырады, бұл болатты қысыммен өңдеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, шойынның құрылымында жеңіл сіңіргіш ледебурит болуы олардың құю қасиеттерін арттырады. Көміртекті болаттар құрылымы жағынан эвтектоидке дейінгі (F + P), эвтектоид (Р) және гиперэвтектоид (Р + С) болып табылады. Ақ шойын эвтектикаға дейінгі (A + L), эвтектикалық (L) және гиперэвтектикалық (L + С) болып бөлінеді. ).

а        б        в

Рис. 4.6. Ақ шойынның микроқұрылымы, 200 есе үлкейтілген: а

в

Темір - графит жүйесінің күйінің диаграммасы – графит (тұрақты күй) болып табылады. Темір-графит жүйесінің күйінің диаграммасы – графит тұрақты тепе-теңдікті сипаттайды. Графит құрамында кремнийдің көп мөлшері бар шойындарда  түзіледі. Графит түріндегі көміртегі тікелей сұйық қорытпадан немесе аустениттен алдын ала пайда болған цементиттің ыдырауы есебінен бөлінеді. Темір - графиттің (Fe-C) күй диаграммасы - графит темір-цементиттің күй диаграммасында штрих сызықтарымен көрсетілген, бұл екі диаграмманы да салыстыруға мүмкіндік береді (сур. 4.7). AC, AE және GS ортақ сызықтарынан басқа екі диаграммадағы қалған сызықтар сәйкес келмейді. Fe-C тұрақты тепе-теңдік диаграммасының эвтектикалық және эвтектоидті температурасы метатұрақты Fe-Fe3C диаграммасының сәйкес температурасынан жоғары. Fe-C жүйесінде 4,26% көміртекті қамтитын графит эвтектикасы (аустенит + графит) 1 153 o

С температурада қалыптасады. Қайталама графит

сызығымен 1153 ... 738°C температура диапазонында бөлінеді.

Fe-C жүйесіндегі эвтектоидті өзгеру 738°С температурада жүреді. Феррит пен графиттен тұратын эвтектоид 0,7% көміртегіден тұрады. Темір-графитті күй диаграммасын пайдалану темір - цементит  күйінің диаграммасын пайдаланумен бірдей. Сұйық фазадан немесе аустениттен метатұрақты цементит қалыптастыру ықтималдығы графитке қарағанда әлдеқайда жоғары.

Сурет  4.7. темір – графит жүйесі күйінің диаграммасы:

Кез-келген үдеріс термо- динамикалық және кинетикалық жағдайлармен анықталады. Графимитация процесінің қозғаушы күші  - жүйенің еркін энергияны жеткізуді азайтуды қалауы болып табылады. Сұйық фазадағы, аустенит пен цементит және графит қоспаларындағы  бос энергияны өзгертудің жоғары температурадағы схемасы 4.8. суретте көрсетілген. Оның схемасынан цементит – термодинамикалық жағынан графитке қарағанда тұрақтылығы кем фаза. Алайда 71 және 72 температуралар арасындағы айырмашылық аз және салыстырмалы түрде сәл ғана салқындағанда графит емес, цементит кристалдана бастайды. Аустенит пен цементит кристалдық құрылымдары аустенит пен графиттің кристалдық құрылымдарынан аз ерекшеленеді. Графиттің толық көміртектен тұратынын және ал цементитте тек 6,67% ғана  екендігін ескере отырып сұйық фаза мен аустениттің құрамы графитке қарағанда цементитке жақынырақ. Сондықтан сұйықтықтан немесе аустениттен графитке қарағанда, цементиттің пайда болуы кинетикалық жағынан әлдеқайда жылдам. Графит тек төменгі салқындату жылдамдығымен, сұйық фазаның салқындау дәрежесі аз болғанда ғана қалыптасады. Сұйық шойынның жылдам салқындау және 1,147°С төмен суперсалқындау кезінде цементит түзіледі. .

Сурет  4.8. Шойынның графиттенуі кезіндегі еркін энергияның

Жалпы сипаттама. Темір мен көміртектің құрамында 2.14% көміртегі бар (E нүктесі, 4.3-суретті қараңыз), ал басқа элементтердің құрамы шағын болатын қорытпаларды

деп атайды. Көміртекті болат аустенит қалыптастыру арқылы кристалдануды аяқтайды. Оның құрамында эвтектика (ледебурит) жоқ, соның арқасында, әсіресе, қызған кезде ол аса майысқыш, және жақсы деформацияланады. Көміртекті болат электр пештерінде, ашық пештерде және оттегі түрлендіргіштерде балқытылған, электр пештерінде, ашық пештерде және оттегі түрлендіргіштерде көміртекті болат балқытылады. Электроболаттың ең жақсы қасиеті - құрамында зиянды қоспалардың - күкірт пен фосфор, сондай-ақ газдар мен металл емес қоспалардан таза болуында. Электроболатты ең жауапты бөліктерді өндіру үшін қолданылады. Тотықтыру  жолымен қайнайтын, жартылай тұрақты және тұрақты болаттарды ажыратамыз.

Сол көміртегі құрамы бірдей болған кезде, қайнайтын, жартылай тұрақты және тұрақты болаттар беріктік қасиеттерінің ұқсас мәндеріне ие және майысқыштық сипаттамаларының мәндерімен ерекшеленеді.  Қайнамаған болаттың құрамында кремнийдің құрамы 0,15...0,35 %, жартылай қайнаған — 0,05...0,15, ал қайнап жатқан болса — до 0,05 %. Қайнаған болатты тотықтыру үшін кремний мен алюминийді қолданбайды, оны марганецпен тотықтырады. Қайнаған болат құйманың химиялық біркелкі еместігі айқын байқалады.  Оның негізгі артықшылығы - лайықты металдың бөлінуі жоғары (95% -дан астам) _Құрамында кремний мен көміртектің төмен болуына байланысты қайнаған болатты суық күйде соғуға болады. Құрамында оттегінің жоғары шоғырлануына байланысты қайнаған болаттар салыстырмалы түрде суыққа аса төзімсіз болғандықтан, солтүстікте дайындалатын өнімдерге пайдалануға ұсынылмайды. Алюминий ыдыста марганецпен тотыққан жартылай тұрақты болатта лайықты металдың шығымы 90,95% құрайды. Тұрақты болат кремний, марганец және алюминиймен тотықтандырылады. Тұрақты болат құймаларынан лайықты металдың шығарылымы шамамен 85% құрайды, бірақ металл әлдеқайда тығыз және біртекті химиялық құрамы бар. Көміртекті болаттардың қасиеттері негізгі элементтің – көміртектің болуына, сондай-ақ тұрақты және жасырын қоспалардың болуына байланысты. Көміртектің болаттың қасиеттеріне әсері. Көміртек - көміртекті болаттың құрылымы мен қасиетін анықтайтын маңызды элемент. Тіпті көміртегі құрамындағы кішігірім өзгерістер болаттың қасиеттеріне әсер етеді. Көміртектің өсуі арқасында болат құрылымындағы цементит мөлшері артады. Құрамында 0,8% дейін көміртегі бар болат   феррит пен перлиттен тұрады, ал құрамында 0,8% -дан астам көміртегі бар болатта перлиттен басқа құрылымдық-еркін қайталама цементит пайда болады. Ферриттің беріктігі төмен, бірақ салыстырмалы түрде иілгіш. Цементит жоғары қаттылығымен ерекшеленеді, бірақ нәзік. Сондықтан, көміртек мөлшерінің артуымен болаттың қаттылығы мен беріктігі артады, тұтқырлығы мен төзімділігі төмендейді (4.9-сурет). Болат беріктігінің артуы құрамындағы 0,8,1% дейін көміртегінің болуына байланысты. Көміртегі мөлшерінің 1% -дан астам ұлғаюымен болаттың иілгіштігі ғана емес, сондай-ақ беріктігі де азаяды. Бұл перлитті түйіршіктер айналасында сынғыш цементит торының пайда болуына байланысты, ол салмақ түсірсе жылдам сынады. Осы себепті, эвтектоидті болаттарды арнайы күйдіреді, нәтижесінде түйіршікті перлит құрылымы алынады. Көміртек болаттың технологиялық қасиеттеріне айтарлықтай әсер етеді: пісуі, қысым мен кесу арқылы өңделуі. Көміртектің мөлшері жоғарылағанда пісірілуінің нашарлауы, ыстықта және әсіресе суық күйде деформациялану мүмкіндігі төмендейді.

Сурет 4.9. Болаттың механикалық қасиеттерінің көміртек құрамына тәуелділігі

Құрамында 0,3-0,4% көміртегі бар орташа көміртекті болаттарды кесу арқылы өңдеген оңайырақ. Көміртегі құрамы төмен болаттардың беткі қабатын механикалық өңдеу және үгінділерін тазалау қиынға соғады. Көміртегі құрамы жоғары болаттардың қаттылығы артады, бірақ құралдың беріктігін төмендетеді. Қоспалардың болаттың қасиеттеріне әсері. Көміртекті болаттардағы тұрақты қоспалар - марганец, кремний, күкірт, фосфор және жасырын – ол газдар: оттегі, азот, сутегі. Пайдалы қоспалар марганец және кремний. Олар тотықтыру үшін балқыту процесінде болатқа енгізіледі:

FеO + Mn ^ MnO + Fe; 2FеO + Sі ^ SіO

+ 2Fе Көміртегі болатының құрамында 0,8% дейін марганец бар. Мұндай мөлшерде тотықтырудан басқа марганец ферритте толығымен ериді және оны нығайтады, болаттың беріктігін арттырады, сонымен қатар байланыстыра отырып күкірттің зиянды әсерін азайтады,

FеS + Mn ^ MnS + Fе Толығымен тотыққан көміртекті болатта 0,4% дейін кремний бар. Кремний - бұл пайдалы қоспа, өйткені ол болатты тиімді тотықтырады және ферритте толық ериді, оның беріктігін арттырады. Болаттың зиянды қоспалары күкірт пен фосфор болып табылады. Болаттағы күкірттің негізгі көзі, шикізаты - шойын. Күкірт болаттың иілгіштігін және жұмсақтығын төмендетеді, сондай-ақ, илектеу және соғу кезінде болаттың қызарып-сынуын алдын ала білдіреді. Күкірт болатта ерімейді. Темірмен бірігіп күкірт металлда жақсы еритін темір сульфидін FeS құрайды. Болат құрамында марганец төмен  болса, жоғары күкірт ликвациясына байланысты болатта жылдам балқитын эвтектика Fe-FeS (w = 988 ° C) пайда болуы мүмкін. Эвтектика түйіршік шекараларының бойымен орналасқан.

Болат құймалар ыстық деформация температурасына дейін қыздырылған кезде, эвтектикалық қосындылар өздерінің сынғыштығын көрсетеді және белгілі бір жағдайларда олар тіпті балқып кетеді және деформацияланған кезде оларда көздер жыртылып сызаттар пайда болады. Марганец қызаруды жояды, өйткені марганец сульфидтері түйіршік айналасында тор құрмайды және ыстық деформация температурасынан жоғары температурада шамамен 1,620 ° C балқу температурасына ие. Сонымен қатар, басқа металл емес қосындылар сияқты марганец сульфидтері тұтқырлығы мен икемділігін төмендетеді, болаттың әлсіздік күшін азайтады. Сондықтан болаттағы күкірттің мөлшері барынша төмен болуы керек. Күкірттің мөлшерін ұлғайту (0,2% дейін) тек қана автоматты  болаттарда рұқсат етілмеген мақсаттарға арналған бекіткіштерді дайындау үшін қолданады. Күкірт болаттың өңделуін жақсартады. Фосфордың негізгі көзі - бастапқы шойынды ерітіп алатын руда. Фосфор - бұл ферритте 1,2% дейін еруі мүмкін зиянды қоспалар болып табылады. Ферритте ери отырып фосфор оның иілгіштігін төмендетеді. Фосфор темірден кристалдық тордың түрі, атомдардың диаметрі және олардың құрылымы жағынан өте ерекшеленеді. Сондықтан фосфор түйіршіктер шекарасының маңында орналасқан және олардың нәзіктенуіне үлес қосып, суықта сыну температурасының шегін арттырады . Жасырын қоспалар — оттегі, азот, сутегі — болатта ферриттегі қатты ерітінді түрінде, немесе химиялық қосылыстардың (нитридтердің, оксидтердің) бір бөлігі ретінде, немесе металл тесіктерінде бос күйде болуы мүмкін. Оттегі мен азоттың ферритте еруі төмен, олар болатты нәзік металл емес қоспалармен былғайды, бұл болаттың тұтқырлығы мен иілгіштігін азайтады.  Сутегі қатты ерітінді түрінде болады да болаттың нәзіктігін өте арттырады. Сутегінің жоғары көлемі, әсіресе хромды және хромоникельді болаттағы құрамы ішкі сызаттардың  - флокендердің пайда болуына әкеп соғады. Газдардың аз ғана концентрациясының өзі болаттың қасиетіне кері әсерін тигізеді, яғни оның тұтқырлығы мен иілгіштік сипаттарын төмендетеді. Сондықтан ваккумдау болаттың қасиеттерін жақсартудағы маңызды операция болып табылады. Бұдан басқа, көміртекті болаттарда хром, никель, мыс сияқты кездейсоқ қоспалар бар, олардың болуы шихтаның ластануына байланысты. Көміртекті болаттардың жіктелуі. Көміртекті болат сапасы бойынша құрылым, өндіру және тотығуы мен сапасы бойынша жіктеледі.

Құрылымы жағынан құрамында феррит пен перлиттен тұратын 0,8% дейін көміртегі бар алғашқы эвтектоидті болаттан айырмашылығы бар; эвтектоид, оның құрылымы тек перлиттен тұратын шамамен 0,8% көміртегі бар; гипертектоидті көміртегі 0,8 ^ 2,14%; оның құрылымы цементит торымен көмкерілген перлит түйіршіктерінен тұрады.

Өндіріс әдісімен электр пештерінде, ашық оттық пештерінде және оттегі - конвертері әдісімен балқыған болаттар болып бөлінеді.

орташа сападағы және өте сапалы болат болып бөлінеді. Орташа сапалы болаттарда 0,05% аспайтын күкірт және 0,04% артық емес фосфор болады.  Өте сапалы болаттарда күкірт 0,04% -дан аспайды (құрама болатта - 0,03%) және 0,035% аспайтын фосфор, олар металл емес қоспалармен және газдармен онша ластанбаған. Ерекше жауапты жағдайларда, 0,02% -дан кем күкірт пен 0,03% фосфоры бар болаттар пайдаланылады. Сондықтан құрамындағы көміртек мөлшері бірдей болған кезде жоғары сапалы болаттар иілгіштігі мен  тұтқырлығы, әсіресе төмен температураларда, жоғары болады. Сапалы болаттан, төмен температураларда, әсіресе, Солтүстік және Сібір жағдайында, пайдаланылатын өнімдерді өндіру үшін қолайлы. Орташа сапалы болат МЕМСТ 380-2005 сәйкес дайындайды. Оларды әдетте үлкен ашық пештерде және оттегі – конвертерлерде балқытады.  Олар Cm әріптерімен және 0-ден 6-ға дейінгі сандармен белгілейді, мысалы: St0, St1, ..., St6.  St әріптері «болат» дегенді білдіреді, сандар  - оның химиялық құрамына байланысты болат маркасының шартты реттік саны болып табылады. Марка таңбасының соңында тотықтандыру әдісін көрсететін кп, пс, cп әріптері жазылған: кп - қайнаған, пс - жартылай тұрақты, cп - тұрақты. Болаттың химиялық құрамы 4.1.кестеде көрсетілген стандарттарға сәйкес келуі керек. Болаттың шартты саны неғұрлым үлкен болса, көміртегі мөлшері соғұрлым жоғары болады. St0 қоспағанда, барлық маркалардағы болаттағы күкірттің мөлшері 0,05% артық емес, фосфор - 0,04% артық емес; St0 маркалы болатта күкірт мөлшері  - 0,06% артық емес, ал фосфор 0,07% артық емес. МЕМСТ 1050-88 бойынша электрлік пештерде, оттегі конвертерлерде және ашық пештерде өте сапалы көміртекті болаттар балқиды. Сапалы болат химиялық құрамы мен механикалық қасиеттеріне байланысты жеткізіледі. (4.2-кесте). Өте сапалы болаттың құрамында зиянды қоспалардың  болуына (күкірттің 0,04% артық емес, фосфордан 0,035% артық емес) қатаң талаптар қойылады. Қаптауға

арналған 11 кп және 18 кп маркалы болаттардың құрамындағы  күкірттің мөлшері 0,035% артық емес, фосфор 0,030% аспауы керек. Сапалы көміртекті болаттарды екі еселенген сандармен белгілейді 05, 10, 15, ..., 60, бұл ондағы пайыздың жүзден біріндегі орташа көміртегі мөлшерін көрсетеді.

Кесте 4.1. Орташа сапалы көміртекті болаттардың құрамы

Mn Sі Ст0

Не более 0,23

Таңбаның соңында қайнаған немесе жартылай салқындатылған болатты тағайындалуында тотығу дәрежесі көрсетіледі: кп, пс. Тұрақты болат үшін тотығу дәрежесі көрсетілмейді Көміртегі мөлшеріне қарай жоғары сапалы көміртекті болаттарды көміртегі мөлшері төмен көміртекті (0,25% дейін көміртегі), орташа көміртекті (0,3 ... 0,5% көміртегі) және жоғары көміртекті құрылымды (0,65% дейін көміртегі) болып бөлінеді. Құрамындағы күкірт пен фосфордың мөлшері азырақ болатын  жоғары сапалы болаттарды өте жауапты пайдалану өнімдерін жасау үшін қолданады. Жоғары сапалы болаттардағы зиянды қоспалардың аз мөлшерін қамтамасыз ету қажеттілігі олардың шығындарын арттырады және оларды өндіруді қиындатады. Сондықтан әдетте жоғары сапалы болаттар көміртекті болаттар емес, қоспаланған болаттар болып отыр. Жоғары сапалы болаттардың маркасын  белгілегенде, соңында A әрпі қосылады, мысалы болат U10A. Құрамында 0.7. - 1,3% көміртегісі бар көміртекті болатты соғу және кесу құралдарын жасау үшін пайдаланады. Оларды У7, У13-деп белгілейді, мұндағы У әрпі көміртекті болатты көрсетеді және көміртегінің оннан бір бөліктегі пайыздық мөлшерін көрсетеді.

4.2. Кесте. Көміртекті болаттардың кейбір маркаларының құрамы мен қасиеттері

Мп

Сг, көп емес а

у, %

KCU, Дж/см

0,1

0,15

0,25