2. Қираудың физикалық механизімінің табиғатын білу


IV- тарау. Металл материалдардың беріктігінің температура мен уақытқа байланыстығы және оны талдау



жүктеу/скачать 0.65 Mb.
бет3/3
Дата17.06.2016
өлшемі0.65 Mb.
#141464
1   2   3

IV- тарау. Металл материалдардың беріктігінің температура мен уақытқа байланыстығы және оны талдау.

Техниканың әртүрлі саласында көп пайдаланылатын конструкциялық материалдардың қатарына металдар, қоспалар және композиттер жатады. Осы себептен көрсетілген конструкциялық материалдардың ұзақ уақыт жұмыс істеу қабілетін алдын ала болжамдау мәселесі ғылыми және практикалық тұрғыда өте қажет және қызығушылық тұрғызады.

Бұл таразда қола, жездің және Си-Мо композитінің беріктігінің температураға, уақытқа байланыстылығы тәжірибе арқылы анықталып, зерттеледі.

Бұл материалдарды зерттеудің басты себебі, олар өнеркәсіпте өте көп қолданылады.



4.1. Мысқа негіздегі қоспалары.

Таза жездің жоғары мыс, жоғары жылу өткізгіштігі, пластикалығы оны электротехникалық өндірісте кең пайдаланады. Бірақ оның мынандай кемістіктері бар: меншікті салмағы ауыр беріктігі онша жоғары емес, жоғары температурада тез тотығады. Сондықтан көп өндірістерде мыстың орнына қола мен латунь қолданылады.



4.2. Латуннің беріктігінің температураға және уақытқа байланыстылығы.

Өндірісте қолданылатын -латуннің 2 түрі болады. а) 168, б) 90- бұлардағы қалайының бөлігі 32% және 10% болады. Қоспаларда бірнеше процент бөтен де легирлеуші элементтер болады. Осы жұмыста -латуннің 68 “патрондық” немесе “гильзалық” түрі зерттелді. Латуньнің бұл түрі мысқа қарағанда пластикалығы жоғары, және арзан болады. Заводта прокаталған латунь жапырағынан стандартты үлгілер қиылып алынды. Үлгілердің екі басы күрекке ұқсаған болады. үлгінің екі басын қондырғының қысқышына қысып оған механикалық кернеу түсіреміз. Зерттеулер тұрақты жылдамдықпен не созылғыштық режимімен жүргізіледі. Латунь үлгілерімен қатар, нәтижелерін салыстыру үшін таза мыс (99,96% ) де зерттедік. Үлгілерді зерттеуден бұрын құрылымын тұрақтандыру үшін олар әртүрлітемпературада күйдірілу керек. Бірінші партиясы , 3 сағат, 2 партиясы , 2 сағат, 3 партиясы -, 3 сағат ауда. Ал мыстың үлгілері 8000 С, 3 сағат бойы вакуумде күйдірілді.



Тәжрибелердің нәтижелері мынандай: Тәжрибелер -латунь үшін 1000,2000 және 3000С тепературада уазақ беріктіктің тұрақты кернеуге байлныстылығы анықталды. Бұл функционалдық байланыс 200С дұрыс анықталынбады. Алынған график бірнеше түзулерден тұрады, зерттеу тепературасы жоғарланған сайын оның еңкею бұрышы азая береді, және олар бір нүктеде қиылысады (-13). Бұл нүктені “Полюс” деп атайды, оның физикалық мағынасы-атом тербелісінің периодына тең () көрсетілген графикті, түрлендіре отырып ; әртүрлі кернеулер үшін алуға болады.бұл графикті алу үшін МПа тұрақты кернеулерін пайдаланамыз. Бұл график бойынша алынған түзулер де экстрополяциялануында жасағанда бір нүктеде қиылысады

, бұл дегеніміз осы материал үшін Журков формуласы жұмыс істейді деген сөз. түзулері-нің еңкейуі бұрышын пайдалана отырып басқа да энергиясының кернеуге байланыстылығын анықтауға болады. Бұл фунциональдық байланыс артқан сайын U кішіреие береді (түзу сызықты). Бұл түзуді ордината өсіне экстрополяция жасап , жағдайда U0 (бастапқы потенциалдық барьерді) анықтауға болады. алынған нәтижелерді топтай отырып, жіктеп, латунь үшін ұзақ беріктік температура мен кернеуге байланысты формуласымен өрнектелетіндігі айқындалды. Тәжрибеден алынған нәтижелер былай болды , шамасының атомның жылулық тербелісінің периодына тең болуы табиғи боп көрінеді,себебі, бұрынғы зерттеулер нәтижелері де қатты денелердің бәрінде де -осындай болатындығын анықтаған. Алынған , қираудың элементар актісін және оның механизмін анықтауға мүмкіндік береді. Бұл шама мыс пен мырыштың U0 энергияларының арасында жатыр. Мыс үшін , ал мырыш үшін U0 =126; көрсетілген энергиялар осы материалдардың сублимация энергияларымен тең, және олардың атомаралық байланыстарын сипаттайды. Әртүрлі металлдар үшін U0 – тұрақты болады және структуралық жағдайларына байланысты емес. Бұрынғы зерттеулерде әрбір металл үшін U0 -дің екі түрлі шамасы болады деп түжырымдалған. Біріншісі – сублимасия энергиясына тең, екіншісі бұл энергиядан шамамен 30% кем, былайша айтқанда өздікдиффузия энергиясына жақын. Майда жарықтардың пайда болуы мен дамуына осы энергиялар сәйкес келетіндігі дәлелденген. Егер U0 – сублимация энергиясынтең болса онда жарықтың пайда болу механизмі – дислокациялық, териофлуктуациялық. Егер U0 – өздікдиффузия энергиясына жақын болса, онда қираудың негізгі себебі – вакансия. Бұндай тепе- тең емес вакансиялар үлкен пластикалық диформациялар кезінде пайда болады, мысалға бұралу диформациясы кезінде. Жез үшін алынған U0 – сублимация энергиясынан аз өздікдиффузия энергиясынан көп , және мырыштың сублимациялық энергиясынан көп. Жездің структурасын қыздырып қалыптастыру бұл энергиясының өзгермейтіндігін көрсетті. Осы алынған моль нәтижені жездің беріктігінің температураға байланысты графигінен де алуға болады. Ол үшін G-T градшгінің түзу сызықты бөлігін экстраполяциялап жағдайындағы температураны анықтаймыз. Ол үшін мына формуланы пайдаланамыз. , ал ды тұрақты жылдамдықпен суды ыдысқа құя отырып анықталады. Жоғарыдағы формула арқылы есептеп табылған ге тең болып шықты. Былайша айтқанда моль екі түрлі эксперимент арқылы табылған бір-біріне тең болып шықты. әртүрлі термоөңдеуден өткен жездің экстрополяцияланған Тшамалары бірдей болуы, дің структураның өзгеруіне байланысты емес екендігін көрсетеді, және оның тұрақты екендігі қоспаның атомдарының байланыс энергиясының сипаттамасы екендігін анықтайды. Бұл жұмыста жездің активация энергиясын бірінші рет композитке пайданылған қоспа ережесі арқылы анықтауға әрекет жасалды.

Қоспа компоненттерінің активация энергиясы мен көлемдерін былай белгілейміз , , , . Мыс пен мырыштың активация энергиясын бөлек- бөлек G-T градшгінен анықталды. , ал , болды. Жоғарыда көрсетілген қоспа ережесінің формуласын пайдаланып жездің активация энергиясы табылды. Ол шамасына тең екендігі есептелді. Екі моль түрлі тәсілмен анықталған. бір- бірімен тең болып шықты. Көрсетілген тәжірибелердің нәтижелері мынаны анықтады: 1. - структура өзгеруіне байланысты емес.

2. Оның шамасын анықтауға қоспа ережесін пайдалануға болады, ол үшін мыс пен мырыштың энергия активация және көлемдерін білу қажет. Тәжрибе нәтижесінде алынған қираудың активация энергиясы - қирау дислокация механизіміне термофлуктуация әсерінен жүретіндігін көрсетеді.

Енді үлкен температураларда (t > 3000 С) түзулерінің сынатындығы неден болатын зерттейік. Кейбір авторлар бұндай сыну, қирау механизімі өзгергенде болатындығын ескертеді.



Микрожарықтар дамуы

Диспокациялық механизімнен- вакансиялық механизімге өткенде. Температура өскен сайын вакансия саны көбейіп, жарықтың дамуын шектейді. Тепе-тең ваканциялардың концентрациясының өсуі қираудың кинетикасына едәуір әсер етеді мүмкін, егер температура балқу температурасына жақын болса. Ал тепе- тең емес ваканциялар концентрациясы пластикалық деформация тез өскен жағдайда ғана пайда болады, мысалыға созылу деформациясынан бұалу деформациясына.

Біздің тәжрибелерде t =18- 3000 С деформацияның шамасы тең және 30% жуық.

Кейбір авторлар түзуінің сынуын, қирау механизмінің аусыуы емес тотығу. Нәтижесінде болатындығын көрсеткен. Шындығында жезді сол температураларда ваккумде зерттегенде ол түзудің сынықтарының болмайтындығына көз жеткіздік. Ал қирау энергия активациясы ваккумде де болды. Тұрақты температурада мен формулаларын салыстыра отырып формуласын аламыз. ны графигінен біле отырып (ол жағдайдағы ) , шамасын анықтауға болады. Жез бен мыстың беріктігінің температураға, уақытқа байланыстылығын салыстыра отырып, жез графигіндегі түзу, қарағанда жоғары температурада сынатынын көреміз, себебі жез мысқа аз тотығады түзудің сынуы, қираудың механизімінің ауысуынан болады деген көзқараста болсақ, онда жездің түзуінің сынуы, мысқа қарағанда төмен температуда басталу керек еді, ал тәжрибе қарама – қарсы нәтиже көрсетті.



Қалайы және бериллий қоспалалары қоланың беріктігінің температураға, уақытқа байланыстылығы.
Бұл тәжрибеде біз беріктіктің уақытқа байланыстылығы бар ма, егер бар болса қандай температуралық интервалда болатындығын анықтадық. Алдымен қалайы қоспасы бар қоланы қарастырайық. Монета жасайтын қола лентасынан (5% қалайы) үлгілер жасалды. Бұл қоланың структурасы - латунь структурасымен ұқсас (қолайының мыстағы ертіндісі). Дайындалған үлгілердің бірінші партиясы 5000 С, екіншісі 7000 С 1 сағат күйдірілді. Содан ол үлгілер үшін , байланыстары зерттелді. Мына суретте ұзақберіктіктің температура мен кернеуге байланыстылығы көрсетілген. График мыс пен жез бірнеше түзу сызықтардан тұрады және олар бір нүктеде қиылысады “Полюс” . Түзулердің еңкею бұрыштары температураға байланысты, егер температура ұлғая бастаса еңкею бұрышы азая береді. Алынған тәжрибелер нәтижесі , арқылы графигін аламыз. График Журков формуласының дұрыстығын дәлелдеді (. Беріктіктің температураға байланыстығынан активация энергиясының шамасы екендігі анықталды. Екі тәсілмен анықталған шамалас болып шықты. әртүрлі температурада структураны термоөңдеуден өткізсек те, өзгермейді, алынған түзулер бір нүктеде қиылысады. Осындай түзулер ( 6-Т) жезде де байқалған. Қалайы қоспасы бар қола үшін ұзақберіктіктің температура мен кернеуге байланыстылығында да түзулер үлкен температурада сына бастайды, жездің осындай түзулеріне қарағанда сыну қатты байқалады. Бұның себебі қолаға қарағанда жез коррозияға шыдамды. Жалпы түзудің сынуы коррозияға байланыстылығын, ваккумда жүргізілген зерттеулер де дәлелдейді. Енді берілген қоспасы бар қоланың беріктігінің температураға және кернеуге байланысын қарастырайық. Бұл қоспада бериллии 2% болады. қоспаның структурасын тұрақтандыру үшін 8000С термоөңдеуден өткізіп, 4000С шыңдаудан өткізіледі. Төрт түрлі температурадағы ұзақберіктіктің кернеуге байланысты өзгеруі, жоғарыдағы, жез, қолайы қола қоспасы сияқты таралатын түзулер системасынан тұрады, бұл түзулер (-13) полюсте қиылысады. Бериллии қоласы үшін алынған және нәтижелері Журков формуласының дұрыстығын дәлелдеді, , ал болды. бұл энергия- қоспа матрицасының сублимация энергиясын тең болады. Бериллии қоласының түзулерінде жоғары температура пайда болатын сынулары6 мысты қалайы қоласымен салыстырғанда жоғары температураларда пайда болады. бұл мәселе кейбір авторлардың алдын ала айтқан болжамдарына сәйкес. Былайша айтқанда бериллии қоласы, жезге, қолайы қоласына қарағанда коррозияға шыдамды . 1. Эксперимент нәтижелері қола мен жездің қирауы зерттелген температураларда кинетикалық дислокациялық, термофлуктуациялық механизм бойынша жүретіндігі белгілі болды. Оның негізгі дәлелі осындай процесстер үшін Журков формуласының орындалуы. Және дың атом тербеліс периодымен, дың атом аралық әсерлесу энергиясы мен тең болуы. Бұл энергия структураның өзгеруіне байланыссыз және атомдардың жақын тәртібімен анықталады. Негізінен алғанда осы энергия термофлуктуацияның әсерінен микро жарықтардың дислокацияның бірігуінің нәтижесінде пайда болуына себепті болады.

2. Жез және қола үшін жоғары температураларда түзулерінде сынақ пайда болатындығы көрсетілді. Оның негізгі себебі коррозия және микрожарықтардың дамуы - дің өзгеруінен емес. ( Дислокациялық механизмнен ваканциялық механизмге ауысу емес ). Бұл зерттеулердің ішіндегі ең қызықтысы, жездің атомаралық байланысы (). Атомаралық энергияны материалдарды легирлеу арқылы өзгертуге болатынын ғылымдар тәжрибелерінде айтқан. Финкельштейн біртектес қатты ертінді аумағында алюминии арқылы күмістің атомаралық энергиясын өзгертуге болатындығын көрсетті рентгендифракциялық тәсіл арқылы көрсетті. Курдюмов та өзінің зерттеулерінде энергиясының өзгеретіндігін айтты. Бірақ Журков, Бетехтиндер екі фазалық қатты ертінділерде - дің өзгермейтіндігін айтты. Ол сублимация энергиясына тең болады дейді. Бұрынғы істелген жұмыстардың тұжырымдарын осы жұмыстағы қола нәтижелерімен салыстыру қиын. Себебі біріншіден қоспаның құрамындағы лигерлеуші элементтер проценті аз.

Екіншіден матрица мен легирлеуші элементтердің сублимация энергиялары бір- бірінен алшақ емес. Жоғарыда көрсетілген себептер және энергиясының дәлелдігі 10% болғандықтан жоғарыда көрсетілген мәселер дәлелі туралы айту қиын.

Ал жез үшін 32% ғы болғандықтан энергиясының өзгеруін байқауға болады.


4.1.3. Cu-M0 композиттерінің беріктігінің температураға байланыстылығы.

Cu-M0 композиті диффузиялық дәнекерлеу арқылы дайындалды. Ол үшін мыс фольгаға қалыңдығы 0,15мм молибден сымдарының () арақашықтарын біртекті етіп орналастырылды. Осы компоненттерді дәнекерлеу ваккумде тар УДС- 2 аппараты арқылы жүргізілді. Дәнекерлеу алдында үлгілерді 8500С де 8 минут ұстап сол температурада 5минут ішінде дәнекерленді. Диффузия дәнекері қысымда жүргізілді. Жалпы үлгінің ұзындығы 50мм, ені 15мм пластина түрінде болады. үлгілердің 4түрі дайындалды. Олардағы молибдень пайызы 3, 4, 5, 10%. Зерттелетін үлгілерді, жоғарғы үлгілерден қырқып алдық. Оның ұзындығы 10мм ені 3мм. Үлгілер 10-6 тор вакукумде, тұрақты температурада, тұрақты жылдамдықпен өзгеретін күш арқылы зерттелді. 3-10% Си-Мо композитінің беріктігін температура, мен кернеуге байланысты өзгеруі анықталды. Алынған нәтижелер мына өрнекпен апроксимацияланды. Көрсетілген формуланы пайдалана отырып, ны тауып, деп есептеп энергиясын анықтауға болады. осындай тәсілмен энергиясын анықтағанымызда 3% Мо бар қоспаның энергиясы ~ мыс сублимация энергиясына, 10% Мо бар қоспаның энергиясы ~ молибденнің сублимация энергиясына жуықтығы анықталды.

Осы үлгілердің беріктігінің температураға байланысты өзгеруін зерттедік. 3, 4, 5, 10% молибденді мыс компоненттерінің графигі түзулерден тұрады. Бұл түзулерді экстрополяциялағанда 3-4% Мо мыс композит бір нүктеде, 5- 10% Мо мыс композит екінші нүктеде қиылысады. Бұл дегеніміз екі түрлі активация энергиясы болатындығы байқалды. Былайша айтқанда 3- 4% Мо бар композитте энергиясы 5-10% Мо бар композитте ге болатындығы белгілі болды. энергиясының % Мо байланысты өзгеруі 4, 5% Мо болғанда күрт өзгереді.

Алынған нәтижелер біріншіден практикалық мәселелер үшін өте қажет. Себебі материалдың ұзақ беріктігін арттыру үшін қымбат Молибденнің оптимал пайызы анықталды.

Екіншіден Си-W (мыс вольфрам) композитіндегі энергия біртіндеп өзгереді. Си-W композитінде W- 4% дейін өскенше оның активация энергиясы мыстың сублимация энергиясына тең болады, ал W-12% асқан соң вольфрамның сублимация энергиясына тең болады. біздің зерттеулерімізде Си- Мо энергияның өзгеруі күрт болатындығын дәлелдейді. Және күрт өзгеретін интервалын анықтайды. 5- 10% Мо бар Си- Мо композитінде түзуінің сынығы болмау. Себебі қирауға қарсы түратын қоспа Мо екендігі оның екендігінен анықталып тұр.


3.3.Қортынды.

1. Мыс қоспаларының (Си-Мо композиті мырыш-68, қола) беріктігінің температураға, уақытқа байланыстылығы зерттелді. Және кинетикалық параметрлері () анықталды. Алынған нәтижелер кинетикалық позиция тұрғысынан жақсы түсіндіріледі.

2. Тәжрибеде алынған мыс пен мыс қоспаларының түзуіндегі сыну, бұл материалдардың 2000 С ,3000 С тотығуының нәтижесі екендігі белгілі болды.

3. Қоспаларда кираудың активация энергиясының қоспа бөліктерінің процентіне тікелей байланысты екендігі белгілі болды, егер проценті аз болса (қола) онда оның активация энергиясы матрицаның сублимация энергиясын тең екендігі, егер қоспаның проценті көп болса (қалайы) оны қоспалар тәсілі арқылы анықтауға болатыны аңғарылды.

4. Си-Мо композитінде Мо 5% болса, онда оның қирауының активация энергиясы күрт өсіп Молибдень сублимация энергиясына жететіндігі белгілі болды.


Пайданылған әдебиетттер.


  1. Zwicky F. Die Reibfestigkeit von steinsch Physikalische Zeitsihrift // M-L, 1923, V. 24, N. 1, P. 131- 141.

  2. Иоффе А. Ф. Физика кристаллов. Ленинград – Москва, 1929, 192с.

  3. Welter С. Statische danerfestigkeit von metallen a legierungen // Zeit. Fur Metall. Kunde, 1926, V. 18, N.2, P. 117- 124.

  4. Мур Г.Ф., Коммерс Д.В. Усталость металлов, дерево, бетона. Москва, 1929, 202с.

  5. Mahnke D. Temperature bhangigkeit der danerfestigkeit und Zerreibfestigkeit synthetischen NaCl // Zeit fur Phys., 1934, V. 90, N. 3. P. 77-88.

6. Muzgetzoyd J.B Mechanizim of bzittle zuptuze Natuze,

1944, 8, 51, 38-97.

7. Orowan. E. The fatigue of glass unohez stzess,

Natuze, 1944, 154, 3906, 341-343.

8. Шураков С.С. Задержанное разрушение закаленной стали // ЖТФ, 1954, Т. 24, №8 С. 527- 532.

9. Журков С. Н. Кинетическая концепция прочности твердых тел
[16] Журков С. Н. Нарзуллаев Б. Н. Временная зависимость прочности твёрдых тел // ЖТФ.- 1953- v NN23, 10.- С. 1677-1685.

[17] Журков С. Н. Санфирова Т.П. температурно- временная зависомость прочности чистых металлов // ДАН, СССР. - 1955.- v NN 101, 2.-С. 237- 241.

[18] Бетехтин В.И., Журков С. Н., Савицкий А.В., влияние примисей на температура- временную зависимость прочности металлов // ФММ.- 1960.- v NN 10.- C. 453- 461.

[19] Бетехтин В.И., Журков С. Н., Cлуцкер А. В., временная зависимость прочности двухфазных сплавов на основе алюминия // ФММ.- 1964.- NN17, 4.- C.564- 571.

[20] Бетехтин В.И., Температурно- временная зависимость прочности металлов и сплавов.- В.кн. // прочность и надёжность металлов и сплавов. – Л.; ЛДНТП. – 1965. С. 32- 43.

[21] Бетехтин В.И., Журков С. Н., Зокономерности разрушения с различным типом кристаллической решетки // ФММ.- 1967,- NN-24, 5.- С. 940- 946.

[22] Бетехтин В.И., Журков С. Временная и температурная зависимость прочности твёрдых тел // прблемы прчности.- 1971, N2.- С. 39- 43.

[23] Бетехтин В.И., Временная зависимость прочности твёрдых тел // Экспирементальные исследования инженерных соружении- М.: Наука, 1973. С. 10-18.



[24] Бетехтин В.И. долговечность и структура кристаллических тел // Проблемы прочности и пластичности твёрдых тел – Л: Наука, 1979.С. 155- 166.
жүктеу/скачать 0.65 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3



©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз
    Басты бет