Металдардың кристалдық құрылымы. Металдар мен қорытпалардың кристалдық құрылу кезінде құрылымдық қалыптасуы

Виккерс тәсілі. Виккерс тәсілі бойынша металдар мен қорытпалардың қаттылығын сынау үшін тазартылған үлгінің бетіне төрт қырлы алмаз пирамиданың ұшы енгізіледі. Алмаз пирамида ұшының қарама-қарсы қырларының төбесіндегі бұрышы 136⁰-қа тең болуы керек. Бұл тәсіл бойынша металдың қаттылығы оған түсірілген күш мөлшерінің (Р) үлгіге түскен таңба бетінің ауданына (Ғ) қатынасына тең HV= кг/мм², мұндағы Р – металға түсірілген күш мөлшері, Ғ – төрт қырлы пирамиданың үлгідегі түскен таңбасының ауданы.

Кейбір өнеркәсіптерде және ғылыми-зерттеу лабораторияларында металдар мен қорытпалардың құрылымдық бөліктерінің миркоқаттылығын анықтау  үшін Роквелл, Бринелль, Виккерс тәсілдерін пайдалануға мүмкіндік болмайды. Сол себептен басқа тәсілдерді қолдануға тура келеді. Бұл жағдайларда әр түрлі бұйымдардың микроқаттылығын ПТМ-3 приборының көмегімен анықтайды.

Металдардың микро қаттылығын арнайы ПТМ-3 құралдарды көмегімен анықтау тәсілін белгілі ғалымдар М.М. Хрущев пен Б.С. Беркович ойлап  тапқан. Негізінде ПТМ-3 приборы әр түрлі материалдардың микроскоптық аз көлеміндегі микроқаттылығын анықтауға арналған. Қазіргі өнеркәсіптерде бұл тәсілді әр түрлі технологиялық операциялармен өңдеу процестері бөлшектердің жоғарғы қабатының химия-механикалық қандай дәрежеде әсер ететінін зерттеуде, сондай-ақ қорытпалардың құрылымдық жеке бөліктерінің, сонымен бірге қалыңдығы 0,1 мм-ден кем өте жұқа арнаулы әр түрлі деталдардың микроқаттылығын анықату үшін пайдаланады.

б) Металдар мен қорытпалардың  микроқаттылығы

Негізгі қорытпалардың микрокаттылығын анықтау тәсілі Виккес тәсілімен бірдей деп айтуға болады. Демек, бұл тәсілмен арнайы детальдардың микроқаттылығын анықтағанда сыналатын үлгіге Виккес тәсіліндегідей бұрышы 136⁰ болып келген алмаз пирамидасының ұштығы аз күш (5-500г) мөлшерінің әсерімен батырылады. Ал жеке құрылымдық бөлшектерінің микроқабаттылығы үлгіге түскен күш мөлшерімен және сол күштің әсерімен түсірілген дақтың диаметрі бойынша есептеледі. Сыналатын үлгілерге қойылатын ең басты шарт – олардың беттері электроликттік және механикалық әдістермен мұқият өңделуі қажет. Бұл тәсілдің басқа тәсілдермен мұқият өңделуі қажет. Бұл тәсілдің басқа тәсілдермен салыстырғанда бірнеше артықшылығы бар. Мысалы, сынау кезінде үлгілер немесе детальдар бүлінбейді және бұл жағдайларда арнаулы үлгілер дайындаудың қажеті жоқ. Сондай – ақ кейбір лабораториялық жұмыстарды орындауда анықталған микроқабаттылық нәтижелерін есептеу жағдайларын анағұрлым оңайлату мақсатымен арнаулы таблицалар пайдалануы мүмкін. Ал кейбір практикалық жұмыстарды орындауда мемлекеттік стандарт бойынша әр түрлі тәсілдермен алынған қаттылық мәндері мәліметтерін бір жүйеге келтіріп аудару үшін тәжірибеге негізделген теңдіктерді қолдануға рұқсат етіледі.

Металдардың соғу тұтқырлығы. Материалдың соғу күші мөлшеріне қарсылық көрсете алатын өзіне тән қабілетін оның соғу тұтқырлығы деп атайды. Ал тұтқырлық дегеніміз морттыққа қарама-қарсы қасиет. Практикада кез келген материал тұтқыр не морт бұзылуы мүмкін. Мысалы, материалдың жанама кернеу әсерінен бұзылуын немесе үзілуін тұтқыр бұзылу деп атайды. Ал олардың бұл түрде бұзылуының алдындағы едәуір мағнадағы байқалған пластикалық деформация мөлшері материалдың тұтқырлығын сипаттайды. Тұтқыр үзілген сынықты көбінесе талшықты сынық деп атайды.

Материалдың қалыпты  кернеуде бұзылуын немесе үзілуін морт бұзылу деп атайды, ал олардың тұтқырлығын сипаттайтын пластикалық деформация мағнасы морт бұзылу жағдайы шарттарында болғандықтан практикалық жұмыстар кезінде байқалуы мүмкін. Морт үзілген сынықтың микроқұрылымында кристалл түйіршіктері біртекті болмайды және соның іздері айқын байқалады. Практикалық шарттарда материалдардың морт үзілуіне олардың құрылымының факторлары, әсіресе әр түрлі ақау-кемістіктер, сонымен қатар кертпек кернеу концентраторлары ең басты себептердің бірі болып, олардың морт бұзылуына айтарлықтай әсерін тигізеді.

Негізінде материалдардың соғу тұтқырлығын анықтау үшін көлденең қимасы U немесе V пішінді болып келген өлшемді үлгілер жасалынады. U пішінді концентраторлардың радиусы 1 – 0,07мм, ал V пішінді кернеу концентраторының радиусы 0,25 – 0,025 мм болады. Материалдың соғу тұтқырлығын анықтау үшін алдын ала үлгіні сындыруға жұмсалған жалпы жұмыс мөлшері есептеледі: А =P(H₁–H₂) кгм, мұндағы А – үлгіні деформациялау немесе сындыру жұмысының жалпы мөлшері, Р –маятниктің ауырлық күші, H₁ – маятниктің бастапқы көтерілу биіктігі, Н₂ – маятниктің үлгіні сындырғаннан кейінгі көтерілген биіктігі.

Өзін-өзі тексеру сұрақтары:

1. Әр түрлі металдардың қаттылығын бақылау
2. Механикалық қасиеттердің басқа қаттылық пен байланысы байланысы

Әдебиеттер: 1,2,3,5,6,7,8,11,13

№4 тақырып. Темір негізіндегі қорытпалар. Шойын. Темір қорытпаларының фазалық ауысуы.

Дәрістің мақсаты:Темірдің негізгі қорытпаларындағы қасиеті мен құрылымын оқу.

Тақырыпқа сұрақтар:

1. Шойынның түрлері
2. Машина жасауда шойынды қолдану
3. Шойын құймасы алу
4. Шойынды пісіру

Дәріс тақырыбының  тезисы:

Аса маңызды  металургиялық просесс болып  есептелетін шойын өндірісін  оқып өткенде, оны технологиялық  тұрғыдан гөрі политехникалық оқу ретіндегі  талап-тілекке сай, ол процестегі теорияға , яғни домна пештеріндегі неізгі химиялық  реакцияларға зер салу қажет.

Алдымен темірді  көміртек оксидімен және бос көміртекпен  тотықсыздандыру реакциясын қарастыру  керек.

Егер де біз  мұндағы реакцияларды саты-сатыға жіктеп, олардын әрқайсысын талдаса, яғни темір оксидінің әуелі оксидіне, сосын оның таза темірге айналуына тоқтаса, ондайда ол домна пештеріндегі силкаттармен темір оксидінің кремнеземмен әрекеттесіп темір силикатының түзілуін түсіндіруге мүмкіндік алады. Домна пештеріндегі силикат құрамында темір силикатының едәуір кездесуі, бұл процестің әлі де жетілмегеннің көрсетеді.Сондай-ақ біздің назарымызды темірдің таза кеннен емес, онда көптеген басқа да қосылытардың болатындағына және олардын өзара әректесетіндігіне аударады.

Темір кенінде  тұрақты кездесетін тотықтардың бірі-кремний оксиді болғандықтан, оның қасиетін қысқаша ғана қайталаған жөн. Бізге әуелі бұл қышқылдық оксидтің негіздік оксидтермен әрекетесуіне тоқталады: кальций,магний оксидтерімен, темір оксидінен. Егер болған тағы да осы реакция кезінде пайда болатын күрделі  тұздарды силикат дегенді және олардың балқу температурасы өздерін құрайтын оксидтердікінен төмен екендігін қоссақ, онда адамдарға неліктен флюс деп аталатын кальций және магний карбонаттарын қосатындығы өздігінен-ақ түсінікті болады, өткені, олар домнадағы процестерде оңай ыдырап, калций мен магний оксидтерін түзеді.

Әйтсе де, көрнекі  құрал, қосымша мәлімет пайдаланбаса, ылғи теория күлдегі силикаттың түзілуі  түсініксіздеу болуы мүмкін. Сондықтан  да бұл процесті демонстрациялайтын тәжірибе  жасап көрсеткен жөн. Ол үшін екі стақан алады. Бірінші стақанға  құрғақ өзен құмын салады да, екіншісіне арнайы қатынастағы қоспа жасап, оны ұнтақтап, араластырады. Ол қоспа 3,6 бөлік өзен құмынан, 0.3бөлік кальций оксидінен (егер де ол жоқ болса, 0.4 бөлік сөндірілген ізбесті алады)  және 19 бөлік суссыз натрий карбонатынан  тұрады. Мұндағы бөліктер салмақ есебімен алынады. Екі стақан  ішіне спираль енгізіп, оларды реостат арқылы тоққа қосып, қыздырады. Қыздыра бастағаннан бастап, 4-5 минут өткеннен соң бірінші стақандағы таза құм спиральға жабыспайды,өткені құм мұндай температурада балқымайды.Ал екінші стақандағы қоспа нақ осы сәтте, дәл осы температурада қызарып, жұмсарып балқи бастайды да спиральге жабысады. Бұл тәжірибе домнадағы флюстің алатын орнын ешбір шүбәсіз көрсетеді.

Мұнымен қатар  шойын құрамына марганецтің қалайша  енетінін тиянақты түсінуі үшін, жоғары температурада кремнезем және марганец оксидтерінің көмірмен әректтесуін  талдаған жөн. Жоғары температурада  көмірдің темірде еритіндігін секе ала отырып, шойынның таза темірден гөрі төменгі температурада балқитындығын айтады.

Осылайша, домна процесінің теориялық тұрғыдан талдауға дайын болады. Олардың домна пештері сияқты аса  қуатты аппараттағы, өте жоғары температурада жүретін химиялық реакцияларды металлургтар қалайша басқаратындығын білуге деген құштарлығы артуы мүмкін. Мұндай  ынтығудығы арттыра түсу мақсатымен, темір металлургиясының қысқаша тарихына тоқталып, әуелгі адамдар қалайша көрік ойлап оны өрлеу арқылы қыздыру кезінде темір оксидінен темірді алуды ашқанын,қалайша таза темірді балқыта алмай қиналғандығын әңгімелейді. Домна пеші ойланып табылысымен, ондағы температураны 1000 градустан жоғарлату мүмкіндігі пайда болып, ондағы темірде көміртек ери келіп шойын құрап, ол балқып, пештен аққан. Осылайша алынған алғашқы шойындар омырылғыш болғандықтан соққылауға келмей, өз қолданылуын таппайды. Осы тұстағы металургтар шойынды қажетсіз металл деп есептейді де оны «шошқа темір» деп атаған.

Шойыннан болат пен  темірді алу әдісі ашылысымен шойынды домна пештерінде балқыту жұмысы дұрыс жүйеге қойып кен өрістеді.

Домнаны және онда болатын  процестерді талдап өтер алдында, онда болып ұратын негзігі процестерді  көрсететін және жұмыс жүргізетін шағын  үлгісін көрсеткен дұрыс. Оны  жасауға бола ма? Егер де оны методикалық әдебиеттерден көрсеткендей етіп домна процесіне сәйкес, бірақ бірнеше рет кішірейтілген үлгісін пробиркадан жасаса, онда домна процесі қайталанбайды. Демек, бұған басқаша қарау қажет, яғни жасалынған үлгіні химиялық өрдірісті көшірме деместен, оны түсіндіретін көрнекілейтін қондырғы ретінде қарастыру керек. Ол үшін көмір мен немесе көміртек оксидінен тотықсазданылатын және төменгі температуралрда балқитын метал тотықтарын пайдаланған жөн. Домна пеші ұзындығы 35-40см. Диаметрі 3-3.5 см, аса жоғары температурада балқитын шыны түтігін әзерлейді. Оның төменгі жағын оттекті үрлеуге арналған жіңішке түтікшесі бар резинке тынығымен тығындайды. Ол тығын  үстіне қалындағы 4-5см. асбест мақтасын төсеп, оның үстіне ағаш көмірін салады. Шыны түтіктін үстінгі жағындағы тығын арқылы ұнтақ заттарды үзік-үзік қосуға арналған конусті құйғыш өткізеді де ол арқылы екі ұшында кішкене тығыны бар, жоғарылы-төменді жылжып тұратын өзекше  орналасады. Әуелі ұнтақ затты қосатын воронеаның жұмысын көрсетеді: өзекшені төбесінен төмен басып, түтікке көмі төгеді. Сосын түтік арқылы оттек жібереді де, өзекшені жоғары көтеріп, воронкаға қыздырылған   көмір салады да, түтікті жабады. Қыздырылған көмір барлық көмірді тұтандырады. Осы сәтте оттекпен үрлеуді күшейтеді. Мұнда көмір оттекпен әрекеттесіп, яғни жанып көмір қышқыл газын түзеді, ал ол газ қыздырылған көмірмен қосылып көмірек оксидін береді.Енді  соы көміртек оксиді қорғасынды оның оксидінен тотықсаздандырады. Балқыған қорғасын төменге ағып, сонда суып қатаяды. Шыны түтік салқындағаннан кейін, оның шішндегісін төкенде,қорғасын түйіршіктерін көруге болады.

Сұр шойынды вагранка пештерінде шойын сыныптарын қайта балқытып құю (құйма) арқылы алады, (вагранка - шойын және түсті металдарды балқытатын шахта пеші). Вагранкалар кез келген машина жасау зауытының құю цехтарында жұмыс істейді.

Сұр шойынның маркалары:

СЧ10,.,.СЧ35,..,СЧ40.

Сұр шойыннан: цилиндрлер блогын, піспекті сақиналар, сермер (маховик), ілінісудің жетекші дискілерін, беріліс қорабының қартерін, цилиндрлер блогының бас тиектерін (ЯМЗ), цилиндрлер блогының; гильзасын, тежегіш цилиндрлер, итергіштер, май және су сорғыларының корпустарын (АЗЛК, ГАЗ) құйып жасайды.

Сұр шойын - бұл барлық шойындардың ішіндегі ең өтімдісі, арзаны. Жоғары беріктілікті шойын Егер шөмішке құю кезінде сұр шойынға магнийдің аздаған мөлшерін үстемелеп қосса, онда графріттің шар пішініндегі, беріктілігі жоғары шойын алынады. Бұл процесс модификациялау деп аталады.

Беріктілігі жоғары шойынның иілгіштілігі, соққы тұтқырлығы жоғары болады. Беріктілігі жоғары шойыннан жауапты бөлшектерді: бөлгіш және иінді біліктерді құйып жасайды.

Беріктілігі жоғары шойынның маркалары (таңбалары):ВЧ38-іГ,ВЧ 42-12; ...ВЧ 120-4. ВЧ 42-12 беріктілігі жоғары шойынның созылуға беріктілік шегі   а_ь =4200кг/см   салыстырмалы ұзаруы о=12%

Өзін-өзі тексеру сұрақтары:

1. Аустенит және феррит дегеніміз не
2. Ақ және сұр шойын

Әдебиеттер: 1,2,3,5,6,7,8,11,13

2-Модуль.Әртүрлі материалдар,  болаттар және қорытпалардың термиялық және химия-термиялық өңдеуі

Глоссарий:

Болат – машина жасау өндірісінде, сондай-ақ түрлі құралдарды жасау үшін, құрылыстарда және халық шаруашылығының басқа саласында да, қыздыру құралдарының және энергетикалық қондырғылардың түрлі бөлшектерін жасауда, өлшеуіш және кескіш аспаптарын, штамптарды жасауда кең қолданылатын негізгі материал. Ол салыстырмалы түрде қымбат емес және көптеп өндіріледі.

Қоспалы деп талап етілген қасиеттерді беру үшін құрамына арнайы элементтер енгізілген болатты айтады.

Қоспалы деп талап етілген қасиеттерді беру үшін құрамына арнайы элементтер енгізілген болатты айтады.

 Болат механикалық, физика-химиялық және технологиялық қасиеттердің құнды кешендеріне ие.

№5 тақырып. Болатты термиялық өңдеу

Дәрістің мақсаты:Термиялық өңдеудің әртүрлі түрін оқу

Тақырыпқа сұрақтар:

1. Шыңдау, күйдіру және қалыптау
2. Шынықтыру