Дәріс Пәннің мақсаттары мен міндеттері. Материалтанудың даму бағыттары
жүктеу/скачать 1,5 Mb.
|
ЛЕКЦИИ по ФИЗ МАТ 1-15 лекции
| Полиморфизм, не аллотропия деп металдардың қатты күйінде температура өзгеруіне байланысты өзінің кристалдық торын өзгерту қасиетін айтамыз.
Полиморфты түрленулер кезінде жылу бөлінеді, не сіңіріледі, сонымен қатар металдың қасиеттері де өзгереді. Түзілген түрлі аллотропиялық күйлерді модификациялар деп атайды. Әрбір модификацияға белгілі температуралар аралығында ғана тұрақты болу тән. Аллотропиялық түрлер грек әріптерімен белгіленеді: α, β, γ және т.б. Салқындау және қыздыру қисықтарында бір күйден екінші күйге өту – таза металдар үшін – горизонталь сызықпен, ал қорытпалар үшін – қисықтың сыртқы пішімінің өзгеруі байқалады. Аллотропиялық түрлену кезінде металдың қасиеттерінің өзгеруімен қатар (жылуөткізгіштік, электрөткізгіштік, механикалық, магниттік және т.б.) көлемінің және ерігіштігінің (мысалы көміртегінің темірде) өзгеруі де байқалады. Аллотропиялық түрлену көп металдарға тән. Мысалы металдардың мынадай полиморфты түрленулері белгілі: Feα↔Feγ; Coα↔Coγ ; Snα ↔Snβ ; Tiα ↔ Tiβ ; Mnα ↔Mnβ ↔Mnγ ↔Mnδ . Темірдің екі полиморфты модификациялары белгілі: α және γ (6 сурет). Суретте темірдің аллотропиялық түрленуін сипаттайтын салқындау қисығы келтірілген. Темір 911...1392о С аралығында жағына шоғырланған текше торға ие және γ-темір деп, ал 0-ден 911о С мен 1392-ден 1539 о С аралығында көлемге шоғырланған текше торға ие және α-темір деп аталады. Темір температура өзгеруіне байланысты өзінің магнитті қасиеттерін де өзгертеді. Мысалы, темір 768 о С-дан жоғары температураларда магнитті емес, ал 768 о С-дан төмен температураларда магнитті қасиетке ие болады. 6 сурет.
Металл қасиеттерінің олардың құрылымына байланыстылығы. Металдар мен қорытпалардың қасиеттері олардың құрылымына байланысты болады. Мысалы, бір фазалы қорытпаның түйіршіктерін ұсақтау арқылы оның коэрцитивтік күшін немесе ағу шегін он еседей арттыруға болады. Вакансиялардың концентрациясы пайыздың оннан бір бөлігіндей ғана өзгергенде, металдың электр кедергісі ондаған пайызға артады. Ме талдың атом-кристалды торының ақаулары жалпы олардың беріктігін жоғарылатады, ал илемділігін төмендетеді. Ақаулардың шамасы артқан сайын металдың қаттылығы, ағу шегі артады, ал салыстырмалы ұзаруы және көлденең қимасының салыстырмалы тарылуы, соққы тұтқырлығы кемиді. Ақаулар магнитті материалдардың коэрцитивтік күшін (Нс), металдардың электр кедергісін арттырып, жемірілуге төзімділігін төмендетеді. Қасиеттердің осылайша өзгеруі ақаулар төңірегінде серпімді кернеулер өрісінің пайда болуымен түсіндіріледі. Нүктелік ақаулардың, дислокациялардың және көлемдік ақаулардың төңірегіндегі кристал торының бұрмалануы менсерпімді кернеу өрісінің пайда болуы дислокациялардың қозғалысын қиындатады, нәтижесінде металдың илемді деформацияға қарсыласу қабілеті артады. Илемді деформация дәрежесі артқан сайын металл қаттылығының жоғарылауы мен илемді қасиеттерінің төмендеуі – дислокациялардың бір-бірімен және басқа ақаулармен түсіндіріледі. Поликристалды металда түйіршіктердің өлшемдері майда болған сайын олардың жалпы шекаралық ұзындығы арта түседі. Сондықтан шекаралардың деформация кезінде дислокациялардың қозғалысына кедергісі үлкен болады. Нәтижесінде ұсақ түйіршікті металдың беріктк қасиеттері жоғары болады. Демек ағу шегі, беріктік шегі және қаттылығы артады. Дислокациялардың тығыздығының артуы металдың магниттелу қабілетін тез төмендетіп, коэрцитивтік күшін арттырады. Деформация кезінде жылжып келе жатқан дислокация ұсақ түйіршіктерді қиып өте алмай қалған жағдайда олардың төңірегінде дислокациялық тұзақ қалдырып, оны айналып өтеді. Нәтижесінде металл ішінде қосымша ақаулар мен серпімді кернеулер түзіліп, оның деформацияға қарсыласуы арта түседі. Дәріс 4. Кристалдану. Өздігінен болатын алғашқы кристалдану.Өздігінен болмайтын алғашқы кристалдану. Металл құйма кесегінің құрылысы. Таза металдардың беріктігі және технологиялық қасиеттері төмен болады. Техникада әдетте қорытпаларды қолданады. Олар элементтерді бірге балқыту арқылы алынған күрделі заттар. Қорытпаларды компоненттер санына байланысты - екі компонентті, үш компонентті, көп компонентті; негізгі элементтері бойынша – темірлі, алюминийлі, мысты және т.б.; қолданылуына байланысты – конструкциялы, аспапты, серіппелі және т.б.; тығыздығы бойынша – ауыр (вольфрам, рений, қорғасын және т.б.), жеңіл (алюминий, магний, берилий және т.б.негізінде); балқу температурасына байланысты - қиын балқитын (ниобий, молибден, тантал, вольфрам және т.б. негізіндегі қорытпалар) және жеңіл балқитын қорытпалар (баббиттер және т.б.); бұйымдарды және жартылай фабрикаттарды дайындау технологиясына байланысты – құймалы, деформацияланатын, қақтала жабысқан (спеченные), түйіршіктелген (гранулированный), композициялы және т.б. Қорытпаны химиялық элементтер немесе химиялық қосылыстар түзеді. Металл қорытпаларының компоненттері металл және металл еместер болуы мүмкін. Компоненттер санына байланысты қорытпалар қос, үштік және т.т. болады. Компоненттердің химиялық әсерлесуіне байланысты қорытпаларда фазалар түзіледі. Қорытпаларда компоненттердің әрекеттесуінің нәтижесінде сұйық ерітінділер, қатты ерітінділер және химиялық қосылыстар түзілуі мүмкін. Кристалдану деп, металда кристалл торы пайда болып, сұйық күйден қатты күйге өту процесін айтады. 1878 жылы орыс оқымыстысы металлург Д.К. Чернов металдардың қатаюы кристалдану орталығының пайда болуынан басталатынын дәлелдеген. Олардан болашақ кристалдардың бастапқы (негізгі), сонан соң оларға перпендикуляр осьтері түзіле бастайтынын сипаттаған. Металдардың кристалдануы. Металдар мен қорытпалар үш агрегатты күйде болатыны белгілі. Олар қатты, сұйық және газ тәріздес. Металдардың сұйық күйден қатты күйге өтуі кристалдану деп аталады. Таза металдарда қатты күйден сұйық күге өту балқу температурасында, ал сұйық күйден газды күйге өтуі қайнау температурасында өтеді. Кристалдану процесінің теориялық негізін – металдар жөніндегі ғылымның негізін қалаушы Д.К.Чернов жасаған. Оның тұжырымдауы бойынша кристалдану процесі екі кезеңнен тұрады: кристалдану орталықтарының (тумалардың) пайда болуы және пайда болған орталықтардан кристалдардың өсуі (1 сурет). Кристалдар тумаларға сұйық атомдары қосылуы арқылы өседі. Бастапқыда кристалдар дұрыс геометриялық пішімдерін сақтап бір-бірімен түйіскенше бос өседі. Кристалдардың түйіскен жерлерінде олардың кейбіреулерінің жақтарының өсуі тоқтап, қалғандары өсе береді. Нәтижесінде кристалдар дұрыс геометриялық пішімге ие болмайды. Мұндай кристалдар кристаллиттер немесе түйіршіктер деп аталады. Түйіршіктердің өлшемі кристалдану орталықтарының санына және кристалдардың өсу жылдамдығына байланысты болады. Кристалдану орталықтарының пайда болуына салқындау жылдамдығы әсер етеді. Неғұрлым салқындау жылдамдығы жоғары болса, соғұрлым кристалдану орталықтары көп және түйіршіктер майда болады. Бірақ салқындату жылдамдықтарын реттеу барлық уақытта мүмкін бола бермейді. 1сурет. Металдардың кристалдану сұлбасы Сондықтан майда түйіршікті құрылым алу үшін жасанды кристалдану орталықтарын туғызу керек. Ол үшін балқытылған металға модификатор деп аталатын арнайы заттар енгізіледі. Түйіршіктердің өлшемін жасанды түрде реттеу процесі модификациялау деп аталады. 2 сурет. Кристалдану үдерісінің кинатикасы. 3 сурет. Кристалдану орталықтарының саны және олардың өсу жылдамдығының салқындау дәрежесіне тәуелділігі. жүктеу/скачать 1,5 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|