Оңтайлы материалдарды таңдаудағы қажет талаптар.

1. Оңтайлы материалдарды таңдаудағы қажет талаптар.

Материалды ұтымды таңдау – материалтанушылар мен конструкторлардың маңызды міндеті, өйткені машинаның сенімділігі, тиімділігі, үнемділігі бір жағынан оның конструкциясына, ал екінші жағынан оның тетіктеріне қажет материалын дұрыс даңдауына байланысты болады.

Қазіргі таңда оңтайлы материалды таңдаудың бірыңғай методикасы жоқ, жарамды материалды таңдаудың дара (жекеленген) ғана ұсыныстары бар. Жеке жағдайларда түрлі тетіктердің тағайындалуына байланысты әдеттегі материалдар қолданылады.  Дегенмен, жалпы жағдайлар бар, оларды келесідей етіп тұжырымдауға болады - егер материал негізгі үш талаптарға жауап берсе, онда оны дұрыс таңдалған деп санауға болады:

-    пайдалану сенімділігі – σ_В шамасымен қамтамасыз етіледі;

-    технологиялылық – δ салыстырмалы деформациямен бақыланады;

-    үнемділік – өндірістің пайдалылығын анықтайды.

Материалдың жұмыс істеу қабілеттілігі басты талаптардың бірі болып саналады.  Пайдалану сенімділігі,  материалдың бекітілген шектеу мен қажетті уақыт аралығында өзінің тағайындалған немесе шартты жұмысын сол кезеңде тоқтаусыз қаматамасыз ету қабілеті.  Әрбір нақты жағдайда, сенімділіктің басты сипаттамасы оның негізгі пайдалану шартымен анықталады. Серіппелер үшін – шыдамдылық шегі, себебі олар ұзақ уақыт бойы ауысымды жүктеме жағдайында жұмыс атқарады. Мойынтіректер үшін қажуға төзімділік аса маңызды, ал газ турбиналарының күрекшелері үшін – ыстыққа беріктік және т.с.с. Бұл талаптардан басқа материалдардың қасиет көрсеткіштері бірнеше талаптарға сай болу қажет, бірақ әрбір жеке материалдың шектеуші қасиеттері басыңқы болу қажет.

Материалға қойылатын екінші талап – оның технологиялылығы, демек материалдың қандайда бір тәсілдермен өңделуге жарамдыллығы. Пішімі күрделі тетіктерді алудың ең арзан тәсілі – құю. Сондықтан отыру, сұйықаққыштық, балқу температурасы, жанғыштық және т.б. қасиеттерін ескере отырып жақсы құю қасиеттеріне ие металды таңдау керек. Егер пайдалану қасиеттері құюды пайдалануды керек етпесе, демек қысыммен өңделетін материал жеткілікті мөлшерде соғылуға икемді салқын және ыстық күйінде икемді болу керек. Сонымен қатар түйіршіктің мұрагерлігі мен қызусынғыштығы ескерілу керек.

Пісіруді қолданған кезде қалыптаулықпен қатар пісірілгіштік те технологиялық қаситтердің басты біреуі болып саналады, демек жарықшасыз, көп мөлшерде қалдық кернеусіз және басқа да ақауларсыз берік тігіс түзу бейімділігі. Тетікті кесумен дайындағанда лайықты материал қажет, ол құрал-сайманның жылдам тозуын болдырмау және сынғыш жоңқа түзу арқылы беткі қабаттың тазалығын қамтамасыз ету керек.

Өндірістің экономикасы көп жағдайларда, шешуші рөл атқарады. Материалды таңдағанда, оның құнының арзанын іздеу қажет. Бірақ көп жағдайларда өнімнің өзіндік құны дайындау және өңдеу технологиясына байланысты болады. Сонымен, тиімді материалды таңдау пайдалану сенімділігі және технологиялылықпен тығыз байланыста экономикалық сипаттамаларды есептеуге негізделу керек.

Эксплуатациялық сенімділік пен технологиялығы, материалдың экономикалық талаптарына сай бағасы қарастырылу керек.

2. Конструкциялық материалдарды пайдалану сенімділігі.

Материалдың жұмыс қабілетін қамтамасыз ететін негізгі талап ретінде оның пйдалану сенімділігін айтуға болады, яғни материалдың бекітілген шектеу мен қажетті уақыт аралығында өзінің тағайындалған немесе шартты жұмысын сол кезеңде тоқтаусыз қамтамасыз ету қабілеті.

Сөйтіп, әрбір нақты жағдайдағы сенімділіктің басты сипаттамасы оның негізгі пайдалану шартымен анықталады. Серіппелер үшін бұл шыдамдылық шегі, себебі олар ұзақ уақыт бойы ауысымды жүктеме жағдайында жұмыс атқарады. Мойынтірек үшін қажуға төзімділік аса маңызды, ал газ турбиналарының күрекшелері үшін – ыстыққа беріктік және т.с.с. Бұл талаптардан басқа материалдар қасиет көрсеткіштер қатарына бірнеше талаптарына сай болу қажет, бірақ әрбір жеке материалдың шектеуші қасиеттері басыңқы болуы талап етіледі.

Материалды дұрыс таңдаудағы негізгі шарт басыңқы мінездемені сандық бағалау, мысалы, жеткілікті созымдылық мөлшері кезіндегі беріктік және берілген ыстыққаберіктік кезіндегі ыстыққатөзімділік және т.с.с. Ымыралы  шешімдерді қабылдау әдебиет көздерінде берілген мәліметтерге, немесе тиісті түрде ұйымдыстырылған өзінің тәжірибесіне негізделеді.

3. Конструкциялық материалдардың технологиялылығы.

Кең мағынада технологиялылық сөзінің мағынасы (грек тілінен – шеберлік және – сөз, ғылым) материалдың немесе конструкцияның өндірісте, пайдалану кезінде және жөндеу жұмыстарында қажетті сапаны қамтамасыз ететіп ең қолайлы технологиялылық қасиетті береді.

Материалдың технологиялылығы дегеніміз – технологиялық үдеріс үнемділігін қамтамасыз ететін материалдың әртүрлі өңдеу түрлеріне түсу қабілеті. Материалдың технологиялылығы операциялардың саны және күрделілігімен, сондай-ақ оның сапасын анықтайтын технологиялылық параметрлердің шегімен сипатталады. Төмен технологиялылық параметрлердің тар аралықпен (балқу температурасының, құюдың, термиялық өңдеудің, деформацияның шегі), төмен пісірілгіштікпен және төмен кесумен анықталады. Ондай материалдар жаңа конструкцияларды өндіру мен қолайлы технологиялылық процестерді өткізуге қатал шек қояды.

Технологиялылықтың екі негізгі түрі бар:

-    өндірістік, өндірістік көрсеткіштерді жақсартумен байланысты (өзіндік құны, көп еңбек пен материалды етуді қажет ету, сериалық шығарылымды ұзақ зерттеу және т.б.)

-    пайдалану, сенімділікті, еңбеқ тұрақтылығы мен ұзақ мерзімділігін арттырумен анықталады.

Материалдың технологиялылығы оған әртүрлі ықпал ету әсерінен артуы мүмкін: ультрадыбыс әсерінен (наложение) кристалдау, модификациялау, суытуды жылдамдату (ұсақ түйіршікті құрылым алу), термоциклдеу, рекристализациялық жасыту және т.б.

Технологиялылық қасиеттерге сұйықаққыштық, созымдылық, пісірілгіштік, кесумен өңдеу және т.б. жатады.

Материалдың технологиялылығы оны термиялық өңдеу үдерісінен өткізу қабілеттілігін де қарастырады. Бұл факторлардың барлығын ескеру қажетті құрылымды материалмен оны пйдалану қасиеттерін таңдауға әсер ететін технологиялылығын көрсетеді.

4, 5, 8, 9, 17, 31, 38, 46, 54. Ерігіштік немесе беріктену критерийі α = cd перитектика, монотектика немесе эвтектика температураларында негізгі фазада легірлеуші элементердің (ЛЭ) шекті ерігіштігін көрсетеді. Аталған қорытпаның беріктік қасиеттерінің критеринің физикалық мағынасы легірлеуші элементтердің құрамына байланысты болуында. Қорытпалардың беріктігінің өсуі легірлеуші элементтер құрамының қатты ерітінділер аймағында нақты байқалады. Ол легірлеуші компоненттің өзбетінше бөлінген морт фазаның бөлінуіне дейін байқалады.  Эвтектикадан кейінгі силуминдерде кремний күйінде – өздігінше морт фаза легірлеуші компонент ретінде, Al-Fe қорытпаларында FeAl₃ эвтектикадан кейінгі болаттарда цементит күйінде, содан кейін беріктік күрт төмендейді.

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

σ_в = А×С –орын басу қатты ерітінділері;

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

         А және В – негізгі компоненттердің табиғатына тәуелді коэффициенттер.

С - атомдық пайызбен көрсетілген легірлеуші қоспаның концентрациясы.

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

- қатты ерітінді түріне – орын басу, ену;

         - негізгі және легірлеуші элементтердің атомдарының өлшемі;

         - кристалдық тор түріде ;

         - валенттілктерінің айырмашылығы;

         - серпімділік модулінің шамалары және т.б.

         Қорытпаның негізі мен легірлеуші элементтердің сипаттамаларының айырмашылығы көп болуы керек.

6, 7, 16, 32, 39,  47.  γ = cf:hg термиялық өңдеу критерийі, шынықтыру, босату ескіру нәтижесінде қорытпаның беріктенуін және эвтектикалық пен бөлме температураларында, легірлеуші элементтердің ерігіштік айырмашылығын сипаттау мүмкіндігін көрсетеді

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

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

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

10, 11, 33, 40, 48, 55. Температура критерийі (немесе ыстыққа сынғыштық)τ = od:оабіріншілік айналу (эвтектикалық, перитектикалық немесе басқалары) температурасының қорытпаның негізінің (Кельвин градусымен)  балқу температурасынаберілген қатынасымен түсіндіріледі.

5.6.- сурет. Эвтектикаға жақын қорытпалардың ыстыққа сынғыштығы

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

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

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

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

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

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

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

12, 34, 41, 49, 56.β = bd үйлесімділік критерийі (немесе теориялық сұйықаққыштық), бірінші эвтектиканың немесе перетектиканың атомдық пайызбен сипатталатын, негізгі компоненттің сұйық фазадағы (ЛЭ) қосындының шекті еруін  концентрациясын сипаттайды. Эвтектикалық немесе перитектикалық температуралық горизонтальдан жоғары (қатты- сұйық күйдегі аумақ) өз құрамына байланысты abcd аймағында β критериі концентрация-температура кристалдану аралығында сұйық және қатты фазалар арасындағы қатынасты анықтайды, демек, соған жанама түрде құймалардың сұйық аққыштығын (эвтектика үшін ол максимал мәнге тең) сұйық және қатты фазалар аралығында екі параметр арқылы және ΔТ_кр   ені арқылы сипаттайды.

Сонымен қатар эвтектиканың концентрациясы неғұрлым жоғары болған сайын, қатты фазалардың кристалдану мөлшері температура-концентрация аралығында  көп болады, осыған орай, қорытпаның теориялық сұйықаққыштығы эвтектиканың концентрациясы жоғары болған кезде жоғары концентрациялы концентрацияланған эвтектикаға қарағанда, төмен болады.

ҚОРЫТЫНДЫ: құймалы қорытпалар үшін β критерийінің шамасы төмен болу керек. Кристалдану температурасының аралығы үшін (ΔТкр.) сұйықаққыштық өзгеруі үйлесімділік критерийіне ұқсас өзгереді, мысалы: эвтектика неғұрлым конценрациялы болса, кристалдану температуратурасының аралығы соғұрлым кең болады, қорытпалардың сұйықаққыштық және құюлу қасиеттері нашарлайды. 13, 35, 43, 51, 58.ω = cd:bd таралу немесе технологиялық илемділік критерийі – қорытпа негізіндегі қатты және сұйық фазалардағы легірлеуші компоненттердің қатынасын және қатты ерітінді мөлшері мен эвтектика және перитектиканың арасындағы қатынасын сипаттайды.
α және β критерийлерінің ара қатынасынан  эвтектикалық қорытпалар үшін ω өлшемі 1 - ден төмен, ал перитектикалық (өспелі перитектика) үшін 1 ден жоғары болады. Қатты күйде ерігіштік жоқ  болғанда c → d нольге тең болуы мүмкін, мұндай жағдай қарапайым эвтектикалық диаграммаларына тән. Осы себептен ω нольге тең болған кезде қорытпалар таза құймалы, олардың  технологиялық илемділігі минималды болады .          Эвтектикалық (жеңіл балқитын) құраушының қорытпаларда болуы жылы және ыстық деформациялану қабілетінің төмендеуіне алып келеді, сонымен қатар технологиялық илемділіктің төмендеуіне алып келеді,  ал деформацияланатын қорытпалар үшін оның құрамын міндетті түрде минимумға дейін төмендету керек. Мұндай жағдай қорытпалардың қатты және сұйық фазаларында шамамен бірдей ерігіштігінде (ЛЭ) – с → b, демек,  эвтектикалық горизонтальдің сингулярлы нүктеге  айналуы кезінде ω мамасы 1- ге ұмтылады.          ҚОРЫТЫНДЫ: технологиялылығы жоғары қорытпалар үшін ω  критерийінің шамасы 1- ге жақын болуы керек, әдетте ол 0,7-0,8 , бұл жағдайда  деформация үшін қорытпаларды  қыздыру кезінде эвтектиканың мөлшері еріп қатты күйге өтуі мүмкін. 14, 36, 42, 50, 57.δ =ad:cd кеуектілік белгісі (немесе газ сіңіргіштікке бейімділік) –   қорытпа негізінің және эвтектиканың қатты фазадағы кристалдану температурасы мен еру шегіне қатынасының айырмасы, және қорытпа мен эвтектиканың балқу температурасының арасындағы байланысты, сонымен қатар сХо санымен сипатталады.

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

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

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

         ҚОРЫТЫНДЫ: δкритерийінің мәні кеуектілігі аз қорытпаларды алуда төмен болу керек.

	Х0
	6.6-сурет. Түрлі құрамды эвтектикалық қорытпаларда отыру қуыстартарының дамуы  15, 37, 44, 52, 59. Іс жүзіндегі сұйықаққыштық критериі λ = ad:bd – қоспаның концентрациясы жоғары болған жағдайда ликвидус температурасының төмендеу ырғағының көрсеткіші және эвтектика конценрациясының және таңдалған жүйенің қорытпаларының құю қасиеттеріне кристалдану температурасының интервалы әсерін сипаттайды (6.7, 6.8 - суреттер). Ол неғұрлым енді болған сайын, соғұрлым 6.7- суретке сәйкес күй диаграммасының ликвидусы қарқынды төмендейді және қорытпанң сұйықаққыштығы соғұрлым төмен болады. Кристалдану интервалы енінің сұйықаққыштыққа әсері қорытпа тасқынында қатты кристалдардың жинақталу шартымен  және қысқа уақыт ішінде мықты бітеуіш түзілуімен шартталады. Кристалдану интервалының енсіздігінен қатты бөлшектердің жинақталуы өте баяу өтеді.

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

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

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

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

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

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

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

18. Ерекше қасиеттерге ие материалдар және оларды алуда орындалатын негізгі әрекеттер.

Ерекше физикалық және механикалық қасиеттері бар легірленген болаттарды бес класқа бөлуге болады: тоттанбайтын, қызуға төзімді (тотыққа төзімді) және қызуға беріктікті; тозуға төзімді; магнитті; ерекше жылулықты қасиеттерімен.

Тоттанбайтын болат әр түрлі агрессиялық орталарда коррозияға қарсы жоғары кедергісімен ерекшеленеді. Көбірек кең тарағаны 0,1-0,45%С пен 12-14%Сr болатын тоттанбайтын болаттар болып саналады. Хром болаттың бетінде бұйымды агрессиялық ортада бұзылудан сенімді қорғайтын жұқа және тығыз хром тотығының қабыршығын түзейді. Сол сияқты, аустенит класының хромникельді болаттары (0,12-0,14%С, 17-29%Сr мен 8-11% Nі) коррозияға жоғарғы беріктігімен жасалады.

Қызуға төзімді (тотыққа төзімді) болаттар - бұл қорытпалар 550⁰С температурадан жоғары газды ортаның әсерінде ұзақ уақыт болса да бетінен бұзылмайды.

Қызуға төзімді қорытпалар мен болаттар жоғары температураларда жұмыс істейтін, бірақ үлкен жүктемелер түспейтін бөлшектерді жасау үшін қолданылады. Кейбір жағдайларда мұндай болаттар пештердің қыздыратын элементтері үшін пайдаланылады.

Қызуға беріктік болаттар мен қорытпалар тотыққа төзімділігімен қоса жоғарғы температураларда механикалық қасиеттерін де сақтай білу керек.

Қызуға беріктік қорытпалардың құрамына хром, алюминий және кремний қосады, олар жоғарғы температураларда тотықтандырушы газдардың әсеріне болаттың қарсыласуын жоғарлатады. Бұл элементтердің әсері негізгі металды тотықтанудан қорғайтын, болат пен қорытпалардың бетінде пайда болатын жұқа, тығыз қабыршықтарға негізделген.

Хромды болат (12-14%Сr) 700-800⁰С дейін жеткілікті тотыққа төзімділігімен айқындалады. Болаттағы хром 15-17% болғанда тотыққа төзімділігі 850-1000⁰С дейін, ал 30% Сr болса 1100⁰С дейін сақталады.

Көп мөлшерде кремний, хром, никель болатын күрделі легірленген болаттар (Х6СЮ, 4Х9С2, 1Х12СЮ, Х18Н25СЮ), 800-ден 1100⁰С дейін қыздырғанда жоғарғы тотыққа төзімділігін жоғалтпайды.

Жоғарғы температуралар мен қысымның әсеріне тап болатын бөлшектерді жасау үшін әдетте Х25Н20С2 таңбалы хромникелькремнийлі болат қолданылады. Бумен не газбен жұмыс істейтін турбиналардың бөлшектері мен клапандар 4Х14Н14Б2М таңбасы тым күрделі болаттан жасалады.

Тозуға төзімді болаттар тобынан марганецті болатты (0,9-1%С пен 12-14% мөлшерінде Мn) еске аламыз, ал 1000-1050⁰С қыздырылып суда шыныққан соң таза аустениттік құрылымды болады. Бұл болат үлкен тұтқырлығымен қатар тозуға қарсы жоғары қарсыласатын бөлшектер (жерқазатын машиналардың, экскаваторлардың ожаулары мен күнқағарларын, драгаларды, ұнтақтаушы жақтар, темір жолдардағы стрелкалар мен крестовиналар) жасау үшін қолданылады.

Магнитті болаттар жұмсақ магнитті және қатты магнитті болып бөлінеді. Жұмсақ магнитті болаттар өзекшелерді, трансформаторларды, генераторларды, электрлі моторларды және электрлі магниттерді (динамикалық пен трансформаторлық болаттар) жасау үшін пайдаланылады. Бұл болаттар жоғары магниттік өткізгіштігімен, гистерезис пен құйын тоқтарға шамалы жоғалтуымен белгілі болады.

Магнитті қатты болаттар бірқатар өлшеуіш аппараттарға, радиоаппаратураға қойылатын тұрақты магниттерді жасау үшін қажет. Бұл болаттар жоғарғы коэрцитивтік күшімен және қалдық индукциясымен белгілі болады. Тұрақты магниттерді Со, W, Сr, Ві, Сu және Аl легірленген күрделі болаттардан жасайды.

Магнитті қатты болаттардағы жоғары магниттік қасиеттері және олардың тұрақтылығы тек легірлеуші элементтердің белгілі санын қосу жолымен емес, сол сияқты термиялық өңдеудің арнайы тәртіптерін сақтаумен жетілдіріледі.

Алғашқыда 1100-1250⁰С температурада тұрақтандыру жүргізіледі, сонан соң 830-850⁰С температураларға дейін шынығуға қыздырып, майда суытады, ең аяғында 100⁰С жұмсартады (ауада суытып).

Никельдің көп мөлшері (35-44%), ал көміртектің аз мөлшері (0,35% дейін) болатын болаттар аустениттік құрылымға ие болып, қыздырғанда олардың жылулық кеңею коэффициенті төмен болады.

Ерекше жылулық қасиеттерімен белгілі болаттардың үш таңбалы: инвар (36% Nі) немесе суперинвар (31%Nі мен 50% Со), платинит (42%Nі) және элинвар (Х8Н36) болады. Инвардың сызықтық ұлғаю коэффициенті - 50-ден +100⁰С-қа дейін (0) нөлге жақын. Дегенмен 100⁰С жоғары температурада бұл коэффициент жоғарлайды және 275⁰С-да қарапайым болаттардың сызықтық ұлғаю коэффициентінен көп болады. Инвар дәл прибор жасауда (геодезиялық және оптикалық приборлар) қолданылады.

19. Серпімділік қасиеттері жоғары материалдарға қойылатын талаптар.

20. Серпімді қорытпаларға қойылатын негізгі талаптар.

Серпімді элементтерге қойылатын талаптар олардың мақсатына, жұмыс шарттары мен механизмдердің дәлдігіне байланысты. Алайда, әртүрлі мақсаттағы серпімді элементтер бірқатар жалпы қасиеттерге ие. Механизм жұмысының дәлдігі көп жағдайда оларды жасау кезінде жоғары сапалы материалдарды пайдалану есебінен қол жеткізілетін серіппелердің серпімді сипаттамаларының тұрақтылығына байланысты болады. Бұдан басқа, аспаптардың серпімді элементтері жеткілікті беріктікке және төзімділікке, ал бірқатар жағдайларда электр өткізгіштікке және агрессивті орталарға төзімділікке ие болуы тиіс.

21. Ыстыққа берік қорытпаларды таңдау

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

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

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

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

Бұдан шығатын қорытынды:

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

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

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

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

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

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

22. Ыстыққа төзімді қорытпаларды таңдаудың қосымша талаптары.

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

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

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

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

- балқу және сублимация температуралары жоғары болуы қажет;

- оңай балқитын эвтектикалар түзбеуі керек.

23. Ыстыққа төзімді қорытпаларды легірлеудегі негізгі ұстанымдар.

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

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

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

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

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

24. Кешенді легірлеуді қолдану қандай себептермен шартталады?

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

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

1.1 Берілген деңгейі бойынша илемділігінің және тұтқырлығының беріктігі.

1.2 Қорытпаның берілген деңгейі бойынша илемділігінің және беріктігінің төменгі құны.

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

1.4 Берілген деңгейі бойынша беріктігі және құндылығының максимальді электр өткізгіштігі.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

25. Хромның легірлеуші элемент ретінде болаттың қасиетіне әсері.

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

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

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

26. Никельдің легірлеуші элемент ретінде болаттың қасиетіне әсері.

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

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

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

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

27. Вольфрамның легірлеуші элемент ретінде болаттың қасиетіне әсері.

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

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

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

28. Молибденнің легірлеуші элемент ретінде болаттың қасиетіне әсері.

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

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

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

29. Ванадийдің легірлеуші элемент ретінде болаттың қасиетіне әсері.

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

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

30, 45. Марганец, кремний, ниобий, титан, алюминий және бордың легірлеуші элементтер ретінде болаттың қасиетіне әсері.

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

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

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

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

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

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

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

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

53. Болаттың құрамындағы легірлеуші элементтерінің болаттың қасиетіне әсері.

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

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

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

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

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

60. Қорытпалар синтезінің принциптері.

Материалдарды сынау мен зерттеудің дұрыс әдістерін жинақтау, сонымен қатар оларды алу технологиясы мен өңдеу, материалтанудың негізгі тапсырмасы болатын  – талап етілген құрылым мен қасиеттерге ие материалдарды дайындаудағы шешімнің дұрыстығын қамтамасыз етеді. Механикалық және тасымалдау қасиеттерінің көп факторларға тәуелділігіне байланысты материалтанудағы негізгі әдістер эмпирикалық және эксперименттік болып бөлінеді. Оларға металографиялық, электронды- графикалық және рентгенқұрылымды анализдер, термография, механикалық сынау, сапа мен қасиетті физикалық бақылау әдістері және олардың түрлері жатады.

Материалтанудың тәжірибе мен жартылай тасымалдау теорияларын қосып алатын жартылайэмпирикалық әдістеріне ХХ ғасырдың 70- жылдарында құрылған «қорытпалар синтезі» деп аталатын оңтайлы қасиеттерге ие қорытпалар жүйесі  жатады. Жүйенің негізгі құралдарына: физика-химиялық анализ (күй диаграммасы), Д.И.Менделеевтің периодтық элементтер жүйесі, технико-экономикалық бағалар,жобаланған тәжірибелер және олардың оңтайландырудың негізінде қорытпаның математикалық модельін құру жатады. Жүйе жаңа қорытпалардың алгоритімі болып қана емес, бар қорытпалар туралы мәліметтер жиынтығы болып табылады.

Ұстаным (принцип, лат. тілінен – бастама, негіз) - қандайда бір теорияның, оқудың, ғылымның, көзқарастың және т.б. бастыпқы негізгі түрі.

Қорытпалар синтезінің жалпы күйінің ұстанымы.

Жаңа қорытпаны жасау тапсырмасы жалпы күйде мына түрде құрылуы мүмкін:

Берілгені: Д.И.Менделеевтің периодтық элементтер жүйесі және элементтердің қасиеттері туралы барлық қажетті деректер, сонымен қатар олардың техникалық – экономикалық көрсеткіштері.

Шарт: жасалатын қорытпа үш категорияға бөлінетін нақты қасиеттер кешеніне ие болуы керек. – басты қасиет, оңтайлы мәндерге ие болу (беріктік, жемірілуге тұрақтылық, баға, технологиялығы).

– шектеулі қасиеті, шекті мәннен аз не көп болуы алдын – ала келісіледі; (соққы тұтқырлығы, аз легірлеуші элементтердің концентрациясы, бағасы, улылығы және т.б.).

 Екі қасиетте үлгілер мен технологиялық сынаулармен анықталады.

– «өзіндік» құрамы, жоғары жылдамдық пен жоғары жүктемелерде тасымалдау қасиетін қанағаттандыру және нақты өндірістік орталарда технологиялығын сынаумен анықталады.

– Талап етіледі: есептiң барлық шарттарын орындауларды қамтамасыз ететiн балқыманың құрамы және оның өңдеуiн тәртiп табу.

Бірқатар жағдайда шешімге алып келетін және келесі ұғымдарды қосатын тапсырмалар нақтылануы қажет:

– Қорытпаларды әзірлеу – нысанды зерттеу жолында жұмсалған еңбекті, энергияны, жұмысты білдіреді, бірақ шығарылатын тапсырманың мәнін түсіндірмейді.

– Қорытпаны таңдау – зерттеу үшін болжамдалған объектілерден ең жаксысы таңдалады. Барлық ұсынған балқымалардың сынау және қателiк әдiсiмен таңдаумен iске асады.

– Қорытпалардың оңтауландыру – легірлеуші элементтердің шектеулі концентрациясымен берілген кейбір ауданның едәуір жақсырақ құрамын таңдау операциясы. Барлық жұмыстың басты бөлігінің бірі.

 – Балқыманы әзірлеу – бұл аймақта бұрын ештеңе iстелмегенi ескеріледі. Қазіргі кезде ондай аумақты табу мүмкін емес.

– Балқымалардың синтезі – қорытпалардың қасиеттерінің, құрамы қандай болатындығына жауапты тұжырымдайды.