Дәріс Пәннің мақсаттары мен міндеттері. Материалтанудың даму бағыттары
жүктеу/скачать 1,5 Mb.
|
ЛЕКЦИИ по ФИЗ МАТ 1-15 лекции
|
Дәріс 1. Пәннің мақсаттары мен міндеттері. Материалтанудың даму бағыттары. Машиналар мен механизмдердің кез-келген бөлшектерінің ұзақ мерзімді жұмыс аткаруы ол бөлшектердің кандай техникалық материалдардан жасалатынына тікелей байланысты. Машиналар мен механизмдердің жұмысқа қабілеттілігі, сынбай, сенімді қызмет атқаруы олардың бөлшектері жасалатын конструкциялық материалдардың қасиеттерін пайдалану жағдайында (жүктеме күштер, жұмыс орталығы т.б.) қажетті жұмыс сипаттамаларына сәйкес келуімен байланысты болады. Атқаратын қызметіне қарай машина бөлшектерінің конструкциялық беріктігін қамтамасыздандырумен бірге, олардың арнайы касиеттерін мөлшерлеу кажет. Кейбір кезде, қызметіне байланысты машиналар мен механизмдердің бөлшектері жасалған материалдар жоғары немесе төмен температуралардың, ылғалдың немесе жебірлі орта әсерінен өздерінің жұмыс сипаттамаларын жоғалтпауы және оған бейімделуі керек. "Материалтану" пәнінің мақсаты студенттерге металдар мен қорытпалардың және металлемес материалдардың құрылысы, механикалық және технологиялық қасиеттері жөнінде мәлімет беру, металдар мен қорытпаларды термиялық өңдеудің теориялық негіздерімен таныстыру. Заманауи материалтану – ол материалдардың электрондық құрылысының, құрамының, құрылымының физикалық, химиялық, технологиялық және пайдалану қасиеттерімен өзара байланысын зерттейтін ғылым және түрлі термодинамикалық, кинетикалық жағдайларда температуралық, механикалық, механо-термиялық, химия-термиялық әсерлерден өзгеруін айқындайды. Теориялық материалтанудың мақсаты материалдардың қасиеттері жинағының өзгеру заңдылығын құрамына, құрылысына, құрылымына, күйіне, сонымен қатар, басқа да әсерлердің қасиеттерге тигізетін әсеріне байланысты анықтау. Материалтану ғылымының басты мақсаты материалдардың элементтік құрамын есептеу теориясы негізінде оларда қажетті қасиеттер деңгейін жұмыс жағдайында, тіптен экстремалды жағдайлар да да құру. Техникалық материалтанудың негізгі міндеті металлургия және машинажасау өндірісінің өнімдерінің сапа мен қасиеттерінің қажетті деңгейін қамтамасыз ету үшін тиімді, жоғары нәтижелі материалдар және технологиялар жасау. Барлық химиялық элементтер металл және металл емес болып бөлінеді. Табиғатга 100-ден астам элементтер бар, соның шамамен 80-і металдар. Барлық металдардьщ жалпы өзіне тән касиеттері болады: созымды, электр мен жылу өткізгіштігі жоғары, ерекше металдық жылтыры, температура жоғарылаған сайын электр кедергісінің артуы және т.б. Мұндай қасиеттерге металл қорытпалары да ие. Металл мен қорытпалардың қасиеттері ішкі құрылымға байланысты болады. Техникалык таза металдардың беріктік касиеттері төмен болғандықтан, машина жасауда негізінен олардьң қорытпаларын пайдаланады. Темір негізінде алынған қорытпаларды қара металдар деп атайды, оларға шойын мен болат жатады. Түсті металдар техникада қабылданған жіктелуі бойынша келесідей топтарға бөлінеді: тығыздығы 5 г/см3 дейін болатын жеңіл металдар; тығыздығы 10 г/см3 астам болатын ауыр металдар; жеңіл балқитын металдар; қиын балқитын металдар; асыл металдар; уранды металдар; сирек жер металдары. Қолдану мен пайдалануына қарай металдар мен қорытпаларды келесідей етіп жіктеуге болады: физикалық (түсі, балқу температурасы, жылуөткізгіштігі мен жылусыйымдылығы, магнитті қасиеттер және т.б.); химиялық (химиялық белсенділігі, жемірілуге қарсыласуы және т.б.); механикалық (қаттылық, беріктік, соққы тұтқырлығы және т.б.); пайдалану (тозуға төзімділігі, жемірілуге беріктігі, ыстыққа беріктігі, ыстыққа беріктігі, суыққа төзімділігі, антифрикциялылық және т.б.); технологиялық (құю, материалдың қысыммен және кесумен өңделу бейімділігі және т.б.). Дәріс 2. Металдардың атом-кристалды құрылысы. Кристалл торлардының қарапайым ұяшықтарының негізгі түрлері және оларды сипаттайтын негізгі шамалар. Салқындату жылдамдығына байланысты қатты денелерді кристалдану (қатаю) кезінде аморфты және кристалды деп бөледі. Аморфты металл салқындату жылдамдығы 106 -107 о С/с немесе одан да жоғары жағдайда жұқа таспа немесе майда түйірлер түрінде түзіледі. Бұл жағдайда атомдар ретпен орналаспайды, демек кристалдар түзбейді. Аморфты қатты дене изотропты деп аталады, яғни барлық бағытта қаситтері бірдей болады. Мұндай денелердің қаттылығы жоғары және жемірілуге беріктігі жақсы болады. Кристалды денелерге анизотропия тән. Демек кристалды денелердің түрлі қасиеттері әр түрлі бағытта өзгеше болады. Бұл кристал торының түрлі жазықтықтардың қимасында атомдар санының түрліше болуымен түсіндіріледі (4.1 сурет). Кристалды қатты денелерде (салқындату жылдамдығы төмен) атомдардың дұрыс геометриялық ретпен орналасуы байқалады. Демек, нәтижесінде кристалдар пайда болып кристалдық тор түзіледі (4.2 сурет). Металдардың түрлі кристалдық торлары кездеседі. Солардың ішінде жиі кездесетін үш түрі болады (4.3 сурет): көлемге шоғырланған текше тор; жағына шоғырланған текше тор; тығыз гексагоналды кристалдық тор. Металдардың атомдық құрылысы қарапайым кристалл ұясымен сипатталады. а ә 4.1 – сурет. Атомдардың металда орналасу сұлбасы: а – жазықтықта; ә – кеңістікте а ә б в
а – кристалдық тор (көлемге шоғырланған текше) ; ә – кристалл торының ұяшығы (көлемге шоғырланған текше); б – кристалдық тор (жағына шоғырланған текше) ; в – кристалл торының ұяшығы (жағына шоғырланған текше) а ә б 4.3 сурет. Металдардың атом-кристалды құрылысы: а – көлемге шоғырланғантекше тор; ә — жағына шоғырланған текше тор; б — тығыз гексагональды Көлемге шоғырланған текше тордың қарапайым ұясында тоғыз атом орналасады: оның сегіз атомы ұяның түйіндерінде, ал бір атом ортасында. Мұндай кристалдық торға ие элементтер: литий, натрий, калий, рубидий, ванадий, молибден, вольфрам, ниобий, тантал, α–темір және т.б. Жағына шоғырланған текше торда қарапайым ұяның түйіршіктерінде онтөрт атом және әрбір жағының ортасында бір атом орналасады. Мұндай кристалдық торға ие элементтер: никель, қорғасын, күміс, алтын, мыс, алюминий, платина, кальций, α–темір, церий, α–кальций және т.б. Тығыз гексагоналды кристалдық тордың қарапайым ұясының түйіндерінде онжеті атом, әрбір алтықырдың ортасында бір атом және призманың ортасындағы жазықтықта үш атом ораналасады. Мұндай кристалдық торға ие элементтер: магний, мырыш, кадмий, рений, берилий, гафний, титан, осмий және т.б. Кристалдық торды сипаттайтын негігі шамалар: тор парамтрі, тордың координациялық саны, толтырылу коэффициенті. Тордың параметрі немесе периоды деп оның жақын жатқан екі атомының арасындағы қашықтықты айтады. Тордың параметрі ангстреммен өлшенеді (1Å=10-8 см). Егер кубты торды бір ғана параметр – а сипаттайтын болса, ал тығыз гексагоналды кристалдық торды екі параметр – а, с сипаттайды. Берілген атомға ең жақын және бірдей қашықтықта орналасқан атомдар саны тордың координациялық саны (кс) деп аталады. Мысалы, көлемге шоғырланған текше тордың координациялық саны сегізге тең болса, ал жағына шоғырланған текше тор мен тығыз гексагоналды тығыз торлардың координациялық саны онекіге тең. Атомдардың алып тұрған көлемінің кристалдық тордың қарапайым ұясының барлық көлеміне қатынасы толтырылу коэффициенті деп аталады. Толтырылу коэффициенті – η атомдардың алып тұрған көлемінің – Va, тордың қарапайым ұяшығының көлеміне –Vт қатынасымен анықталады: η= Va /Vт . Толтырылу коэффициенті тор атомдарының орналасу тығыздығын сипаттайды және де көлемге шоғырланған текше тор үшін 0,68-ге, ал жағына шоғырланған текше тор мен тығыз гексагоналды кристалдық тор үшін 0,74 –ке тең болады. жүктеу/скачать 1,5 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|