Дәріс № Конструкторлық материалдар және оның жіктелуі. Материалдардың негізгі технологиялық, механикалық және эксплуатациялық қасиеттері

1. 
   Пластикалық деформация дегеніміз не?
   
2. 
   Пластикалық деформацияның жүру механизмі
   
3. 
   Дислокация дегеніміз не?
   
4. 
   Қайта кристалдану дегеніміз не?
   

Екі немесе одан көп белшектерді балқыту арқылы алынған зат қорытпа деген үғымды береді. Қорытпаларды даярлаудың басқа тәсілдері болуы мүмкін: пісіру, электролиздік, қысу. Бүл жағдайлардан алынған заттар жалған қорытпа деп аталады. Тек металл бөлшектерінен даярланған қорытпа және металл қасиеттеріне ие металдық қорытпалар деп аталады. Қүрамы және өңдеу әдісіне қарай өзгеретін, өзгермелі кешенді қасиеттерге ие қорытпалар болады.

Егер варианттылығы С = 1 (көпварианты жүйе), фазалардың саны өзгермейтін кейбір шектерде бір факторларын өзгерту мүмкін. Егер варианттылығы С = 0 (нонварианты жүйе), жүйедегі фазалардың санын өзгертпей, сыртқы әсерлерді өзгертуге болмайды.

Қүраушылар саны (Қ) мен фазалардың саны (Ф) және жүйенің варианттылығы (С) аралығында математикалық байланыс болады. Бүл фазалардың ережесі немесе Гиббс заңы.

С = К - Ф + 2

Егер барлық айналулар түрақты қысымда болатын болса, онда сан өзгергіштері азаяды:

С = К - Ф + 1

Мүнда: С - бостандық дәрежелерінің саны, Қ – қүраушылардың саны, Ф - фазалардың саны, 1- температураның өзгеру мүмкіншілігін ескеретін сан.

Сұйық түрінде қорытпа компоненттері көбінесе бір-бірінде шексіз ериді. Бір металл атомдары екінші металл атомдарының арасында бірқалыпты орналасқан, біртекті сұйық ерітінді пайда болады.. Жартылай немесе толық ерімеушілік атом диаметрлері мен балқу температураларының үлкен айырмашылығынан болады, ол кейбір металдар арасында, мысалы мыс-қорғасын, темір-қорғасын қорытпаларында байқалады. Бірге кристалданған компоненттер қорытпалардың келесі түрлерін түзуі мүмкін: химиялық қосылыс, қатты ерітінді, механикалық қоспа.

Механикалық қоспа. Егер кристалдану кезінде екі компонентте өз кристалдық торларын сақтай алмай, басқа кристалдық тор құрса, онда химиялық қосылыс түзіледі. Химиялық қосылыстар бір-біріне ұқсамайтын және құрылымы мен қасиеті жағынан біраз айырмашылығы бар элементтерден гүзіледі. Химиялық қосылыстар қүрайтын элементтердің атомдары белгілі бір қатынаста болады. Ол қатынасты АnВт формуласымен көрсетуге болады. Бұл қосылыс оны түзейтін элементтердің кристалдық торынан өзгеше кристалдық тор қүрады, сондықтан қасиеті бастапқы элементтерге қарағанда озгеше, қаттылығы мен морттылығы және электр кедергісі жоғары, балқу температурасы тұрақты. Химиялық қосылысты көбінесе металдар мен метал-лоидтар түзейді. Мысалы, карбидтер. Металл мен көміртегінің химиялық қосылыстары (темір, хром карбидтері), нитридтер азотпен металдардың химиялық қосылыстары (темір, алюминий иитридтері т.б.).

Егер кристалдану кезінде бір компонент өз кристалдық торын сақтап, ал екінші компонент өз кристалдық торын сақтай алмай, оның атомдары бөлек атомдар түрінде бірінші компоненттің кристалдық торында орналасса немесе бірінші компоненттің атомдарын алмастырса, қатты ерітінді түзіледі. Бірінші компонент еріткіш, ал екінші компонент еруші деп аталады. Ерігіш атомдардың еріткіш кристалл торында орналасу түріне байланысты ену қатты ерітіндісі, алмастыру қатты ерітіндісі немесе шегеруші катты ерітіндісі түзіледі. Ену қатты ерітінділерінде ерігіш компонент атомдары еріткіш компоненттің кристалдық торының атомдарының аралық қуыстарында орналасады (3.1-сурет, а). Ал металдардың материалтану және конструкциялық материалдар технологиясы кристалдық торларында атомдар бір-біріне жақын орналасқандықтан, олардың арасына өлшемдері өте кіші атомдар ғана ене алады. Өлшемдері кіші атомдар сутегі, азот, көміртегі, бор және тағы да басқа кейбір элементтерде болады. Олар металдармен қатты ену ерітіндісін түзеді. Бірақ бұл элементтердің атомдарының өлшемдері қаншама кішкене болғанымен, бәрібір металдардың атомаралық қуыстарынан үлкенірек болады. Сондықтан ену қатты ерітінділері түзілгенде, кристалдық тордың пішіні өзгеріңкіреп, онда кернеулер пайда болады. Сондықтан ену қатты ерітіндісінің концентрациясы өте төмен болады (1...2% шамасында). Алмастыру қатты ерітінділерінде ерігіш компоненттің атомдары негізгі металл атомдарының орындарында орналасады. (3.1-сурет, б) Бөтен атомдар еріткіш компоненттің атомдарын тордың кез келген жерінде алмастыруы мүмкін, сондықтан бүл ерітінділерді бейтәртіпті қатты ерітінділер деп атайды. Егер қорытпа компоненттердің атомдары өлшемдерінің айыр-машылығы 8%-дан аспаса, олар бір-бірінде ерігіштігі шексіз болатын алмастыру қатты ерітінділерін түзеді.

Мысалы, Сu - Ni, Со - Ni т.б. Ал егер атом өлшемдерінің айырмашылығы 8...15% болса, онда бір-бірінде ерігіштігі шекті болатын алмастыру қатты ерітінділері түзіледі. Егер атом өлшемдерінің айырмашылығы 15%-дан асса, онда алмастыру қатты ерітіндісі түзілмейді.

Шегеруші қатты ерітінділер кейбір химиялық қосылыстар негізінде түзіледі. Мысалы, химиялық қосылысқа оның формуласының ішінде бар элемент қосылғанда. Бұл жағдайда қосылған элементтің атомдары қосынды торында қалыпты орнына орналасады, ал екінші компоненттің атомдары орналасатын орындар бос қалады. Шегеруші қатты ерітінділер NiАІ химиялық қосылысқа алюминийді, титан карбидіне титанды қосып балқытқанда түзіледі.

Егер кристалдану кезінде біртекті атомдар арасындағы әсерлесу күші әртекті атомдар арасындағы әсерлесу күшінен көбірек болса, онда қорытпа кристалданғаннан кейін, таза металдардың түйіршіктерінен тұратын механикалық қоспа түзіледі. Әсерлесудің бұл түрі қорытпа түзетін металдардың қасиеттері арасындағы үлкен айырмашылық болғанда орын алады. Бұл жағдайда екі компонент тез кристалдық торын сақтап қалады.

Механикалық қоспа екі металдан немесе қатты ерітінді мен химиялық қосылыстан түзілуі мүмкін.

6.1-сурет. Қатты ерітіндінің атомды-кристалдық нобайы: а) алмастыру қатты ерітіндісі; б) ену қатты ерітіндісі;