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

Дәрістің мақсаты: Болат пен қорытпалардың ерекше физикалық қасиеті мен структурасын оқу

Тақырыпқа сұрақтар:

1. Магниттік болат пен қорытпалар
2. Металл шыны

Дәріс тақырыбының  тезисы:

Металдардың физикалық қасиеттеріне түсі, тығыздығы, балқығыштығы, қызғанда ұлғаюы, жылу өткізгіштігі, жылу сыйымдылығы, электр өткізгіштігі, магниттелу қабілеттігі жатады.

Жоғарыда аталған қасиеттердің физикалық деп аталуы бұл заттың химиялық құрамын өзгертетін қасиеттер қосарлана жүрмейтін құбылыстардың болуынан байқалады. Қыздырғанда, ток не жылу өткенде, магниттелгенде металдардың құрамы өзгермейді.

Физикалық қасиеттерге тән белгілі өлшеу бірлігі болады, осыған қарай металда осы қасиеттер қандай дәрежеде болатындығы анықталады.

Металдардың магниттік қасиеттері. Кейбір металдарда ғана магниттік қасиет болады, яғни тез магниттеледі және өздері магниттелгеннен кейін магнит тәрізді әсер етеді. Мұндай қасиет темірде және оның барлық қорытпаларында дерлік болады. Магниттелуге қабілетті металдар — никель, кобальт — ферромагнитті металдар, яғни темірге (феррум — темір) ұқсас деп аталады. Басқа металдарда магниттік қасиет нашар білінетіндіктен, оларды іс жүзінде магнитті емес деп санайды.

Болат пен шойынның магниттік қасиеті олардың химиялық құрамына байланысты болуымен қатар ішкі құрылысына да байланысты болады. Олай болса, бұл қасиет тұрақты емес екен, ол механикалық, термиялық өңдеу кезінде өзгеріп отырады.

Темірдің магниттік қасиеті төменгі температурада ғана анық білінеді. Темірді қыздырғанда бұл аз білінеді, ал 768°С-ден жоғары температурад мүлде жойылып кетеді (9-суретті қараңыз).

Кейбір болаттар өздерінің жоғары магниттік қасиетімен сипатталады. Мұндай болаттан техникада кең колданылатын түрлі электр аппаратуралары жасалады, мысалы, электромагнит; электромагнит болаттан жасалған бұйымдарды, кесек темірді көтеру және тасымалдау үшін, темір рудасынан құрамында темір жоқ заттарды (руданы магнит көмегімен байыту) сорттап бөлу үшін қолданылады. Электромагнитті динамомашина, телеграф және телефон аппаратураларының және т. б. бөлшектері ретінде де қолданады. Автоматты рубильниктерді, іске қосу механизмдерін және баскаларды электромагнит қозғалысқа келтіреді, іске қосады.

Кейде техникада магниттік қасиеті жоқ материалдар қажет. Мұндай магнитсіз материал, мысалы, құрамына никель мен марганецтің белгілі мөлшері қосылған болаттар бола алады. Бұл элементтерді қосқанда болаттың ішкі құрылысы өзгереді, соның салдарынан онда магниттік қасиет болмайды.

Өзін-өзі тексеру сұрақтары:

1. Магнитті қорытпа қасиеттері
2. Металдардың магниттік қасиеттері мен физикалық қасиеттерінің өзіндік ерекшеліктеріне сипаттама

Әдебиеттер: 1,2,3,5,6,7,8,11,13

 

№10 тақырып. Металдарды механикалық сынаудың басқа түрлері

Дәрістің мақсаты: Металдарды механикалық сынау түрлерінің басқа да түрлерімен танысып, оларға сипаттама беру

Тақырыпқа сұрақтар:

1. Қажауға сынауға сипаттама
2. Үйкелуге сынау
3. Сынау түрлерінің ерекшеліктері

Дәріс тақырыбының  тезисы:

Қажуға сынау. Кейде металдар, әсер ететін күш сол металдың  беріктік шегіне жетпей-ақ, бұзылады. Бұл құбылыстың техникада күш көп түсетін және тез қозғалатын машиналар қолдануға байланысты маңызы үлкен, өйткені мұндай машиналар бөлшектері жиі әсер ететін күш әсерінен бүлінеді, бұзылады. Мұндай бөлшектер — біліктер, шатундар, саусақтар, поршеньдер және басқалар.

Түсетін күш қайта-қайта әсер еткенде металдың бұзылу себебі металдың қажуы деп, ал сол нүкте шыдау қабілеттілігі металдың төзімділігі деп аталады.

Металдардың қажудан бүлінуінің бір себебі — металдың кей жерінде бөгде заттардың, мысалы, шлак түйіршіктерінің болуынан, металдың үзілуінен, немесе металл ішінде майда саңлаулардың пайда болуынан. Бұл ақаулықтар бірте-бірте күшейе түсуінен үлкен саңылау пайда болып, металл бұзылады.

Металдың қажуын сынауға арнайы машиналар қолданылады. Бұл машиналарда металл үлгілеріне бірнеше рет түрлі күш түсіріледі, яғни металл үлгісі созылады, қысылады, қайта-қайта иіледі, қайта-қайта бұралады және басқалар.

Сынау ұзаққа созылады және сол кезде металдың қажу шегі, яғни металл төтеп беретін ең көп циклы анықталады.

Металды қажуға сынау нәтижесінде бүлінген металл, сынығынан екі аймақты бақылауға болады: бірінің беті тегіс, ал екіншісі кристалл құрылысты — тез бұзылу, морт сыну аймағы.

Үйкелуге сынау. Үйкеліске ұшырайтын бөлшектер (цилиндрлер, подшипниктер, тежеу қондырғылары) жасалатын металдарды үйкелуге немесе өз ара ауыстырғанда төзімділігіне сынайды. Үйкелу немесе тозу кезінде бөлшектерден металл бөлшектері бөлінеді және салмағы кемиді.

Үйкелуге сынау нәтижесі бөлшектердің жұмыс кезінде, яғни сол қысым, сол майлау және т. б. жағдайда ғана дәл болады.

Металды үйкелуге сынау үшін түрлі тәсілдер: үйкелісетін жерді дәл өлшеу, салмағын өлшеу (бөлшектер салмағының кемуіне қарай үйкелу дәрежесін анықтау үшін), таңба түсіру тәсілдері қолданылады. Соңғы тәсілдің мәні мынада: үйкеліске ұшырайтын беттің қаттылығын сынау үшін алмаз пирамиданың көмегімен бетке түсіреді. Бөлшектер үйкелісінде таңба мөлшері бірте-бірте кішірейеді, ол бөлшектің тозу дәрежесін көрсетеді.

Сынау үшін, сондай-ақ металдың металға үйкелісінде және металдардың абразивті материалдармен үйкелісінде тозуын анықтайтын конструкциясы әр түрлі машиналар қолданылады.

Өзін-өзі тексеру сұрақтары:

1. Сынаудың басты ерекшелігі
2. Сынақтан өткен металдар

Әдебиеттер: 1,2,3,5,6,7,8,11,13

 

№11 тақырып. Тоттану теориясының негізі

Дәрістің мақсаты: Тоттануға төзімді (тат баспайтын) болаттар мен қорытпалар

 Тақырыпқа сұрақтар:

1. Тот
2. Тоттану теориясы

Дәріс тақырыбының  тезисы:

Химиялық және электрохимиялық  әселер нәтижесінде металдар мен қорытпалардың бұзылуын таттану деп атайды.

Тоттану металл бетінде таттанып бұзылудың өнімдерін қалтырумен жүреді. Мысалы, тоттану нәтижесінде темір қорытпаларының бетінде тат пайда болады. Кейбір бөлек жағдайларда металл таттануының белгілері болмай оны анықтау қиынға түседі.

Тоттанып бұзылу – металдың сыртқы ортамен әсерлесуінің нәтижесі және оның даму белсенділігі металдың қасиеттеріне және қоршаған ортаның табиғатына байланысты болады. Бір ортада мықты болатын кейбір металдар басқа ортаға түскен кезде оңай бұзылуы мүмкін. Мысалы, жезді қорытпалар ылғалды атмосферада мықты болады бірақ, ауада аз да болса аммиак мөлшері кездессе таттануға ұшырайды. Үй температурасында тантал мен титан көптеген ортаға берік болады. Бірақ, 600 – тан жоғары температурада үлкен химиялық белсенділікке түседі.

Тоттанудың бірнеше түрі бар: түгел және бірқалыпты. Мұнда бұйымның барлық беті таттануға ұшырайды; нүктелік және жергілікті таттану бөлек кішігірім жерде дамиды; кристалл арқылы таттану, таттанудың шекарасы бойынша бұйымның түбіне қарай таралады; қысым астындағы таттану – қысым мен ортаның металға біруақытта әсер етуі салдарынан таттану жарықтардың пайда болуы.

Тоттану – қоршаған ортамен химиялық реаксия салдарынан санымен қатар металл мен сыртқы орта шекарасындағы электрохимииялық процесі салдарынан жүруі мүмкін. Металдың көп бөлігі электрохимиялық тоттану нәтижесінде бұзылады.

Металдар мен қорытпалардың  электролит әсерінен бұзылуын электрохимиялық  таттану деп атайды. Тоттанудың бұл түрі электр тогының ағысымен, атомдардың, иондалған жағдайға өтуімен және басқа электрохимиялық процестермен сипатталады.  Тұздардың, қышқылдардың, сілтілердің сулы ертінділері тәжірибелерде жиі кездесетін элементтер болып табылады. Электрохимиялық таттануға металл ыдыстарды, құбырларды, машина бөлшектері мен столзионарлық құралдардың бөліктерін қышқылдардың, теңізді, өзенді, грунтты және басқа сулардың көмегімен таттандыру жатады. Ең көп таттанылғаны – атмосфералық таттану.

Егер электролитте электродты потенциялы әртүрлі екі металл болса, онда терістігі көп электродты потенцияланады өзінің иондарын ертіндіге береді. Ал пайда болған артық электрондар электродты потенциялының катодтың терістігі сіз металға ауысуды. Жанаспа жұптағы катод бұзылмайды. Оның электрондары сыртқы ортада жойылып отырады.

Барлық металл электрохимиялық  потенциалының азаюына байланысты бір қатарда орналасуы мүмкін.

Металл алтын, күміс, мыс, сутегі, никел, титан, мырыш, алюмин электродты потенциал +1,42, +0,80, +0,34, 0, -0,20, -0,44, -0,76, -1,66.

Көп кристалды денелер болып табылатын техникалық металдар мен қорытпалардың микроқұралымы бір немесе бірнеше фазалы дәндерден, металл емес қосылулардан және т.б. тұрады. Электролитпен байланыс кезінде әртүрлі физика-химиялық қасиеттерге ие болатын құрылымды құраушылар көлемі мен белгісі бірдей емес электродты потенциялдарға иеленеді. Оның бірі – анод, екіншісі – катод болады. электролитпен әсер еткендегі металдар мен қорытпаларды саны есеп микроскопиялы кішкентай таттанушы гальваникалық жұптар гальвонаптардан тұратын көп электродты элементтер ретінде қарастыруға болады. қорытпадағы фазалардың электродты потенциалы ерекшеленген сайын таттанудан бұзылуы да тезірек жүреді. Осыдан жоғары таттанушылық беріктікте құрылымы біркелкі қатты ерітіндісі бар не өте таза металдар, не қорытпалар болуы мүмкін екенін көреміз.

Металдың агрессивті ортадағы жоғары тоттанушылық беріктігі бар жағдай пассивті жағдай д.а.

Бұған қарама қарсы металдың өзі таттайтын жағдай активті  жағдай д.а.

Тәжірибелік мәліметтер көрсеткендей металдың активті жағдайдан пассивті жағдайға ауысуы оның потенциалының жоғарылауымен байланысты. Мысалы, темірдің дағдылы жағдайындағы электродты потенциалы -0,4B, ал пассивті жағдайда оның потенциалы +1,0B-қа көтерілуі мүмкін.

Өзін-өзі тексеру сұрақтары:

3. Тотанудың басты ерекшелігі
4. Тотың пайда болуы

Әдебиеттер: 1,2,3,5,6,7,8,11,13

 

№12 тақырып. Алюминий және қорытпалар негізі

Дәрістің мақсаты: Алюминий және қорытпалар негізіндегі құрылымы мен қасиеті

 Тақырыпқа сұрақтар:

1. Алюминий
2. Алюминий және қортпаларды деформациялау

Дәріс тақырыбының тезисы:

Қосарлы (БрА5 және  БрА7) және қасымша легрлейтін Ni, Fe, Mn   және басқа элементтері бар алюминиленген  қолалар көп қолданысқа ие болуда. Оны әр түрлі тығынға, фланецтерге, тістірегіштерге және басқа онша үлкен көлемдегі емес жауапты жерге пайдаланылатын детальдарға қолданады. Алюминйи 9 пайызды құрайтын қолалар – бір фазалы әрі . Cu –дегі алюминийдің  α  - қатты ерітіндісінен тұрады. Ол жоғары пластикалы және айтарлықтай берік келеді. Алюминий құрамы қолада 9 пайыздан жоғары болса, эвтектойд (α+β)-Cu Al электронды қосылысы пайда болады. Тез салқындатылған кезде, электройд қорытпада   Al 6…8 мөлшерін құрайды. Екі фазалы α+β қолаларының қаттылығы жоғары болады, бірақ бір фазалыққа қарағанда, пластикалығы төмен келеді.

Қолалар	б в, МПа	б %
БрОЦС	180	8(5)
БрОЦС	150	6(4)

Алюминийлі қолалар  термиялық өңдеу арқылы (шыңдау және дисперттік қатайту) қатайтылады, сол  арқылы оның қаттылығы НВ 1700…2000 ден  НВ 4000-ге дейін көтеріледі.

Өзін-өзі тексеру сұрақтары:

1. Алюминийдің негізгі қасиеттері
2. Алюминийді қолдану

Әдебиеттер: 1,2,3,5,6,7,8,11,13

 

Тақырып №13. Кремний және қорытпалар негізі

Дәрістің мақсаты: Кремний және қортпалар негізіндегі құрылымы мен қасиеті

 Тақырыпқа сұрақтар:

1. Кремний
2. Кремнийдің қорытпалары

Дәріс тақырыбының  тезисы:

Периодта белгіленуі Si. Реттік нөмірі 14, атомдық салмағы 28. табиғатта таралуы жағынан екінші орында. Минералды дүние элементі болып  табылады. Табиғатта кремний қшқылының тұздары – силикаттар түрінде кездеседі. Екі аллотропиялық түр өзгерісі бар: кристалл және аморфты. өте таза кремний жартылай өткізгіш ретінде қолданылады. Силикаттар кремнизм түрінде көп кездеседі. Кристалл кремниге – кварц жатады. Алты қырлы кварц кристалы тау хрусталі деп аталады. Қызыл түстісі – аметист, көкшіл түстісі – топаз. Кремнийдің сутегімен қосылысы – силан, өте улы газ, ауада өздігінен жанып кетеді.

Кремнийдің қолданылуы. Кремний қышқылға төзімді болат өндіруде, жартылай өткізгіштер өндіруде, фотоэлементтер алуда, карборунд алуда, айнымалы  токтың түзеткіші ретінде қолданылады. Алты қырлы кристалл оптикалық аспаптар жасау үшін, радиотехникада қолданылады.

Өзін-өзі тексеру сұрақтары:

1. Кремнийдің  негізгі қасиеттері
2. Кремнийді  қолдану

Әдебиеттер: 1,2,3,5,6,7,8,11,13

 

№14 тақырып. Бейметалдар

Дәрістің мақсаты: Бейметалдардың құрылымы мен қасиетін оқу

 Тақырыпқа сұрақтар:

1. Бейметалдарға жалпы сипаттама.
2. Бейметалдарды құрылымы

Дәріс тақырыбының  тезисы:

Табиғаттағы белгілі  бейметалдар саны металдармен салыстырғанда  аса көп емес. Д. И. Менделеев жасаған  химиялық элементердің периодтық жүйесінде олардың орналасуын төмендегідей кестеден көруге болады.