Қазақстан республикасы білім және ғылым министрлігі семей каласы

Металл және қорытпалар қатты күйінде кристалдық құрылымға ие және олардың

деформациясы кристалл құрылымының типіне және осы құрылымдағы шектеусіздіктің

болуына байланысты.

Монокристалды пластикалық деформацияны қарастырайық. Пластикалық деформация

жанама кернеу әсерінен өтіп екі әдіспен жүруі мүмкін:

1.Жазықтықта трансляциялық жылжу. Кристалл атомдарының бір қабаттары басқа

қабаттары арқылы жылжиды.Сонымен қатар олар түгел атомаралық қашықтыққа тең

дискретті шамаға u1072 ауысады. Сырғанау жолдарының аралықтарында деформация жүрмейді.

Қатты дене пластикалық деформация кезінде өзінің кристалдық құрылымын өзгертпейді

және қарапайым ұяшықтарда атомдардың орналасуы сақталады. Атомдары тығыздау

шоғырланған кристаллографиялық жазықтық сырғанау жазықтығы болып табылады. Бұл

деформацияның қысым арқылы өңдеудің маңызды түрі.

2.Еселену.Кристалдың бір бөлігінің басқа бір бөлігіне симметриялық жағдайдағы

бұрылысы. Еселену жазықтығы симметрия жазықтығы болып табылады. Еселену көбіне

кристалдардың көлемдік орталық және гексагональды торымен пластикалық деформация

кезінде пайда болады, сонымен қатар деформация жылдамдығының өсуімен және

температураның төмендеуімен еселенуге бейімділік төмендейді. Еселену сыртқы күштердің

қозғалысы нәтижесінде ғана емес, сонымен қатар пластикалық деформацияланған денені

жасыту нәтижесінде туындауы мүмкін. Бұл кубты қырлы центрленген торлы металдарға тән.

Еселену арқылы деформацияның белгісіз дәрежесіне қол жеткізуге болады.

Сүр.6.5. Пластикалық деформацияның әр түрлі әдістерінің сұлбасы, а) сырғанау арқылы;

б)еселену арқылы;

36

Пластикалық деформацияның дислокациялық механизмі.

Пластикалық деформация сырғанаудың немесе еселенудің нәтижесінде болады.

Ертеректе сырғанау кезінде кристалдың бір бөлігі периодтың бүтін санына басқа бөлігіне

қатысты бір бүтін ретінде жылжиды деп қарастырған. Бұл кернеуге қажеттілік шынайы

өзгермелі кернеуден бірнеше қатарға жоғары.

Темір үшін өзгермелі кернеудің теориялық мәні: tтеор=13300 МПа, t реал=20

Пластикалық деформацияның жаңа заманғы теориясының негізі ретінде келесі

жағдайлар алынған:

-сырғанау жылжу жазықтығында бір уақытта емес тізбектей таралады

-сырғанау кристалдың оны жүктеу кезінде пайда болатын кристалдық торының бұзылған

жерінен басталады.

Деформация механизімінің сұлбасы 6.6 суретте келтірілген. Деформация тепе-тең

күйде қозғалмайды. Экстражазықтық кернеудің әсерімен атомдардың орналасуының елеусіз

жагдайында оңнан солға қарай орын ауыстырады . PS (SR) жазықтығының төменгі бөлігі

оңға қарай ығысады және PQ экстражазықтығының төменгі шетімен бірігеді.

QR- қалдық деформация. Дислокация алдағы қозғалыстарда бүкіл сорғылау

жазықтығынын өтеді және дән бетіне шығады. Бұл кезде дәннің жоғарғы бөлігі төменгі

бөлігіне қатысты тордың атомаралық бір периодына жылжиды. (6.6.б сурет).

Дислокацияның әрбір бір қадам орын ауыстыруы кезінде сырғанау жазықтығының

жоғарғы және томенгі бөліктерінде орналасқан бүкіл атомдар арасындағы емес , тек PS

жазықтығының екі қатарының атомдарының арасындағы байланысты үзу керек. Бұл кезде

қажетті өзгермелі кернеу аз,практикалық шынайыға тең .

Сурет 6.6. Пластикалық деформациянын дислокациялық механизімінің сұлбасы.

а- шеткі дислокацияның қозғалысы кезінде атодардың бір атомаралық қашықтыққа орын

ауыстыруы ; б- дислокацияның бүкіл кристалл арқылы ауысуы.

Жоғары кернеуге қол жеткізген кезде деформация процесі бұзылумен аяқталады .

Денелер қимамен бір уақытта емес ,үшіншісінің дамуы нәтижесінде бұзылады. Бұзылуы 3

сатыдан турады : жарықтың пайда болуы,оның қима арқылы таралуы,толығымен бұзылу.

37

үзуі.Үзілуі алдына ала деформациямен жүргізілмейдi. Жарықтын пайда болу механизмі

осының салдарынан кернеу концентрациясына әкеліп соқтырады. Кернеуге белгілі бір мәнді

иеленгенде ,жарықтардың молшері критикалық болады және келесі өсуі қалыпты болады.

Әлсіз бұзылуға өткір, жиі тербелістегі жарық тән.Әлсіз бұзылуынын энергосыйымдылығы

аз,жарық жұмысының таралуы нольге жакын.

Транскристалдық бұзылуды айырады: жарық –дәннің аумағында таралады,

интеркристаллды дән шекаралында таралады.Сынық кенестігі –қалыпты кернеуге

перпендикуляр .Әртүрлі бұзылуы –жанасатын кернеудің әсерімен ,кесу жолымен

орындалады. Оған белгілі пластикалық деформациясы әкеліп соғады. Жарықтын таралу

жылдамдығы аз, энергосыйымдылық мәнді қуат бөлу бетінің пайда болуына және

пластикалық деформацияға жұмсалады,көп жұмыс жарықтын таралуына жумсалады.

Сынық беті тегіс емес жарық сәулесін таратады .Сынық арқылы бұзылудың сипаттамасын

анықтауға болады. Бузылудын маңызды механикалық құрамдары болып мыналар табылады:

беріктілік, қаттылық, тұтқырлық. Механикалық құрамды біле отырып конструктор

қажетті материалды тандайды . Деформациялық жағдайда материалдын механикалық

құрамы материалдың сыртқы әсерлерден бұзылуын анықтайды .Жүктеу әсеріне байланысты

механикалық құрамы мынадай түрлермен анықталады:

1.статикалық жүктеу -жүктелуі жай және қалыпты өседі

2.динамикалық жүктеу -жүктеу қарқынды жылдамдықпен өседі және өзіне тән

сипаттамалары бар.

3.кайталама немесе циклды жүктеу-жүктеуі жұмыс кезінде көп ретті және бағыты

бойынша жиі ауысып отырады.

Беріктік- материалдың деформацияға және бұзылуға қарсы тұруы.

Сынақ созылу диаграммасын жазатын арнайы машинада жүргізіледі.

Сүр.6.7. Созылу диаграммасы:а)абсолютті б)салыстырмалы в) аққыштық шегін анықтайтын

схема

серпимді деформация Гук заңына тауелді жүреді. Серпімді деформацияға сәйкес келетін а

нүктесіндегі кернеуді пропорциональды шегі деп атаймыз.

Пропорциональды шегі деформация мен кернеу арасындағы сызықтық тәуелділікті

сақтайтын жоғарғы кернеу.

Пропорциональды шегінен жоғары кернеу кезінде тепе тең пластикалық деформация

өтеді. Практика жүзінде серпімсіз жағдайға өту нүктесін белгілеу мүмкін емес болғандықтан,

38

серпімді деформация ала алатын жоғары кернеу шартты серпімділік шегін белгілейді.

Қалдықты u1076 деформацияның -аққыштық шегі- белгіленуі:

Өту шегі материалдың аз пластикалық деформацияға қарсы тұруын мінездейді.

Материалдың табиғатына байланысты физикалық шартты шегі қолданылады. Физикалық

өту шегі бұл тұрақты жүктелгендегі деформацияның үлкеюінен пайда болатын кернеу.

Өту пластикалық материалдарға байланысты. Бірақ қорытпа мен металдың көп бөлігі өту

аймағына жатпайды. Шартты өту шегі бұл қалдықты деформацияны тудыратын кернеу -

аққыштық шегі

Физикалық немесе шартты өту шегі материалдың ең қажетті есептеу мінездемесі болып

табылады. Бөлшекке әсер ететін кернеу өту шегінен кем болу керек. Барлық жағынан

пластикалық деформация тең көлемді өту шегіне дейін жалғасады. Пластикалық деформация

в нүктесінің өте әлсіз жерінде –мойын (шейка) құрылуы басталады, ол қуатты үлгінің

жергілікті басылуы болып табылады. Өту шегі бұл жоғары жүктелуге сәйкес келетін және

уақытша жоғарылауға қарсы тұратын кернеу. Мойынның (шейка) қалыптасуы пластикалық

материалдарға тән, олардың созылу диаграммасы максимальды мәнге ие.

Беріктік шегі бұл машина деформациясына қарсы мәндерінің тепе теңдігін мінездейтін

беріктілік.В нүктесіндегі мойынның дамуы барысында С нүктесіне ауырлық түсіп бұзылу

байқалады. Негізгі бұзылуға қарсылық үлгінің бұзылу үақытында материалды ұстап

тұратын максимальды кернеу. Бұзылуға негізгі қарсылық үлгінің көлденең қимасының түпкі

аймағына қатысты анықталатын болғандықтан, беріктік шегінен барынша үлкен болады.

Сүр.6.8.Созылудың негізгі диаграммасы

1.Деформация дегеніміз не?

2.Деформация түрлері қандай?

3.Бұзылудың маңызды механикалық құрамдыры

4.Қандай жүктеулер бар?

5.Пластикалық деформация қалай жүреді?

1. Деформация - кернеу әсерінен дененің өлшемі мен формасының өзгеріске ұшырауы.

2. Кернеу- бөлшектің бір бірлік қима ауданына әсер ететін күш.

3.Серпімді деформация- кернеулерді алып тастағанда толығымен жоғалып кететін

деформация par 39

4.Пластикалық немесе қалдықты деформация- кернеу тудыратын әрекеттер тоқтағаннан

кейінгі деформация.

5.Шартты өту шегі қалдықты деформацияны тудыратын кернеу.

6.Өту шегі жоғары жүктелуге сәйкес келетін және уақытша жоғарылауға қарсы тұратын

кернеу.

беріктілік.

8.Әлсіз бұзылу- нормальды созу кернеуі арқылы атомдардың бір қабатын басқа

қабаттарынан үзу.

9.Тәуелділік шегі деформация мен кернеу арасындағы сызықтық тәуелділікті сақтайтын

жоғарғы кернеу.

10.Беріктік- материалдың деформацияға және бұзылуға қарсы тұруы.

__7 Дәріс

1.Механикалық қасиеттер және анықтау амалдарының сандық сипаттамалары: қаттылық,

тұтқырлық, тозуға шыдамдылық.

2.Бриннель бойынша қаттылық (ГОСТ 9012)

3.Роквелл әдісі ГОСТ 9013

4.Виккерс әдісі

5.Тырнау әдісі

6.Динамикалық әдіс (Шор бойынша)

7.Температураның әсері

8.Тұтқырлықты бағалау тәсілдері

9.Сынық түрі бойынша тұтқырлықты бағалау

10.Негізгі сипаттамалар

11.Технологиялық қасиеттер

12.Пайдаланымдық қасиеттер

қарсылық көрсетуі, сынау кезінде деформацияланбайтын.Оның кең таралуы арнайы

үлгілердің қажетсіздігімен түсіндіріледі.

Бұзылмайтын тәсіл. Термиялық өңделген бұйымның сапасын тексерудің негізгі тәсілі.

Қаттылықты не индентордың ену тереңдігі бойынша, не салмақ салған кезде қалған із

бойынша бағаланады ( Бринелл, Виккерс тәсілдері, микроқаттылық)

Барлық жағдайларда материалдардың пластикалық деформациясы болады. Неғұрлым

материалдардың пластикалық деформациясының қарсылығы көп болса, соғұрлым

қаттылығы көбірек болады.

Бринелл, Роквелл, Виккерс, микроқаттылық әдісі кең қолданысқа ие болады. Сынау

схемасы 7.1 суретінде көрсетілген.

40

Сур. 7.1. Қаттылықты анықтау схемасы:

Сынау Бринелл бойынша қаттылық өлшегішімен жүргізіледі (сурет 7.1.)

Бұйымның қалыңдығы бойынша индентор ретінде диаметрі 2,5; 5, 10 мм болат шаригі

қолданылады. Қүші Р, өлшенетін қаттылықтың шаригінің диаметріне байланысты,

термиялық өңделген болат және шойын үшін Р=30 D2, құйылған қола және жез Р-10 D2,

алюминий және басқа да жұмсақ металдар үшін Р-2,5 D2.

“Ұстап қалу ұзақтығы”: болат пен шойын үшін – 10с, жез және қола үшін 30с.

Берілген таңба Бринелл үлкейткіш шыны көмегімен бойынша екі бағытта өлшенеді.

Қаттылық берілген қүштің сфералық таңбалы бетімен анықталады.

HB=

=

( )

 

қаттылығы НВ 250 болып белгіленеді, ал басқа жағдайларда былай болады: НВ D / Р / т, НВ

5 / 250 / 30-80.

Роквелл әдісі ГОСТ 9013

Берілген күштің ұштығының түсірімінің әсерімен негізделген (сур 7.1.)

Жұмсақ материалдар үшін индентор (НВ-230 дейін) диаметрі 1/16 (0,16мм) болат

шаригі қаттырақ материалдар үшін – алмазды конус.

Жүктелуі 2 кезеңінен іске асырылады. Біріншіден, ұштықтың тығыз жанасуы алдын-

ала күшімен қолданылады. Содан соң негізгі қүш қолданылады, бір қатар уақыт ішінде ортақ

күш жұмыс жасайды, негізгі күш алынған соң қаттылығын анықтайды.

Материалдың жаратылысына байланысты 3 қаттылық шкаласы қолданылады.

Кесте 7.1.Роквелл бойынша қаттылықты анықтайтын шкаласы

Шкала Белгілеу Индентор Жүктеу ,кг

Р0 Р1 Р2

Қолдану аумағы

А HRA Алмазды

конус<1200

10 50 60 Аса қатты

материалдарға

B HRB Шындалған

болатты

10 90 100 Салыстырмалы

жүмсақ

материалдарға

конус<1200

10 140 150 Салыстырмалы

қатты

41

Виккерс әдісі

Қаттылық түскен таңбаның мөлшерімен анықталады(рис.7.1 в).Индентор ретінде

алмазды төрт қырлы пирамиданы қолданылады, бұрышының ұшы 136°тең. Қаттылық күштің

Р түскен таңбасының аумағының F қатынасымен есептеледі.

HV= 2 2 2 1,8544

2 sin

d

P

d

P

V

P  



P салмақ құрайды 5...10кгс. Таңбаның диагоналі d микроскоп көмегімен өлшенеді,

Бұл амалдың артықшылығы әр материалдың қаттылығын анықтауға болады, жұқа

бұйымның, беттік қабығың. Ең жоғарғы дәлдік және сезімталдық әдіс болып келеді.

Микроқаттылық әдісі –қорытпаның құрлымының құраушылар мен фазаларды,өте

жіңішке беттік қабығын анықтауға арналған.

Сондай-ақ Виккерс әдісіне ұқсас, индентор – пирамида аз өлшемді, қысу кезінде Р

салмақты құрайды 5 ден 500 кгс.

Н200= 1,854 Р/ d2

Алмаздық конуспен, пирамида мен немесе шарикпен тырнау жүргізіледі, ол өлшеу болып

табылады. Басқа u1084 материалдарда тырналау кезінде олардың қаттылығы салыстырылады.

Тырнауды ені бойынша жүргізуге болады және де салмақ түсіру арқылы. Енін берген кезде

салмақтың мөлшерін анықтаймыз,.

Динамикалық әдіс.

Жоғарыдан шарикті белгілі қабаттан лақтырады, ол бір мөлшерге жылжиды. Жылжу

мөлшері неғұрлым жоғары болса, соғұрлым материал қатты болады. Нәтижесінде

динамикалық тәжірибе кезінде, айналма соққы арқылы кесілген арнайы үлгілермен (ГОСТ

9454) материалдардың тұтқырлық күйден сынғыш күйге өтуі анықталады.

Тұтқырлық – пластикалық деформация арқылы материалдың ішкі күштегі механикалық

энергиясын тұтынуы болып табылады.

Материалдың энергетикалық сипаттамасы болып табылады, жұмыс мөлшерімен

сипатталады. Металдың және де балқымасының тұтқырлығы олардың химиялық құрамымен,

термиялық өңделеумен және де басқа да ішкі факторлармен анықталады. Сонымен қатар

тұтқырлық жағдайға байланысты, металдың жұмыс істеуіне ( температура, жылдамдық

салмағы, концентраттардың күш салуымен) тәуелді.

Температура әсері

Температураның жоғарлауымен тұтқырлық жоғарлайды( 7.2 сур). Температураның

өзгеруімен аққыштық шегі өзгереді, қарсылас жұлыну (отрыву) температураға бағынбайды.

Тн температураның жоғарлауымен аққыштық шегі қарсылас жұлынудан аз болады. Жүктеме

кезінде ең бірінші пластикалық деформация орын алады, содан кейін бұзылу басталады.

Металл тұтқырлық күйде болады.

Тн температураның төмендеуімен қарсылас жұлыну аққыштық шектен аз болады. Бұл

жағдай металл деформация көмексіз бұзылады, сынғыштық күйде болады. Тұтқырлық

күйден сынғыштық күйге өтуі температура интервалдарына байланысты.

Мортсынғыштық дегеніміз температураның төмендеуімен металдың сынғыштық күйге

өтуі.

кубтық және де гексагональді тығыз негізделген кристалдық тордың болуы.

42

Сур.7.2.Пластикалық және сынғыштық u1082 күйдегі температураның әсері

Соққыш тұтқырлық металдың сенімділігін сипаттайды, оның мортсынғыштығына

қарсылас көрсету қабилеті.

Тәжірибені анықталған формада және де кесілген үлгіде жүргізеледі. Үлгіні кесілген

жағымен қазыққа қағып, қарама-қарсы жағын ұруға дайындап, белгілі биіктікке көтереді (7,3

сур)

кесілген стандартты үлгі; в) концентрантты кернеу түрлері; г) тұтқырлықты температурадан

тәуелділігі.

Үлгінің бұзылуына жұмсалатын жұмыс: А = Р(Н - h )

Мұндағы;

Р – маяктник салмағы

Н – соққыға дейінгі маятниктің көтерілу биіктігі.

Һ – соққыдан кейінгі маятниктің көтерілу биіктігі.

Соққы тұтқырлығы - сипаттамалы тұтқырлық болып табылады (аH) –жұмыстың

бөлініп бұзылуы, аH =АH / F0 , Мұндағы: F0 – кесік орындағы көлденен қима ауданы.

43

ГОСТ 9454 – 78 бойынша соққы тұтқырлықты KCV, KCU, КСТ деп белгіленеді. КС- соққы

радиусты(U),жарықты(Т) (сур.7.3 в).

Әртүрлі температурада үлгінің сериясын сынайды және сызықтарды құрады- соққы

тұтқырлықтың температурадан байланысының ( ан- Т), солай ақ морт сыңғыштың басталуын

анықтайды (сур. 7.3 г).

Морт сыңғыштың басталуы-бүзылудың өзгеру сипаттамасының температуралық

интервалы,конструкционды беріктіктің маңызды параметры болып есептеледі.

Неғұрлы морт сыңғыштың басталуы төмендеу болса, соғұрлы металл жүктеудің

шоғырлауна, деформацияның жылдамдығына әсерлігіші төмендейді .

Шыдамдылыққа сынақ (ГОСТ 2860) – беріктіктің шаршау сипаттамасын береді.

шамасы аққыштық шегінен аспайды.

Тозуға процессі 3 сатыдан u1179 .ұралады, сынықтағы осы сатыларға сәйкес аймақтар 7.4

суретте көрсетілген.

1.Ең жүктелген кесіңңің болінде сынықтың пайда болуы.

2.Сынықтың бірте – бірте таралуы

3.Соңғы бұзылуы

Беріктіктің шаршау сипаттамалары циклдық сынауларда анықтайды, 7.5.суретте схемасы

келтірілген.

Сур.7.5. Шаршау сынағы(а) , шаршау қисығы (б).

44

Негізгі мінездемелер.

Шыдам шегі σ-1 – жүктеудің симметриялық өзгерісі кезінде, жүктеудің симметриялық

емес өзгересі кезінде– салмақ салудың үлкен циклы кезіндегі материал шыдай алатын

максималды жиктеу.

Шектеулі шыдам шегі – салмақ салудың немесе уақыттың белгілі бір сандық мәнінің

циклы кезіндегі материалдың шыдай алатын максималды жиктеу.

толықтай бұзылу цикл санының арасындағы айырмашылық.

қабілетін сипаттайды .

1.Құйылымдық қасиеттер – бұл берілген материалдаң одан сапалы құйма алуға болатын

қабілеттілігін сипаттайды.

сипаттайды

өзінің сызықтық және көлемдік өлшемдерін өзгерту қабілетін сипаттайды. Модель жасау

кезінде сызықтық отырымдылықтың алдын алу үшін стандартты емес метрлер қолданылады.

Ликвация – материалдың көлемі бойынша химиялық құрамының біртекті еместігі.

2.Материалды қысыммен өңдеуге қабілеттілігі – бұл материалдардың сыртқы жиктеу

кезінде сынбай өзінің формасы мен өлшемдерін өзгерте алу қасиеті. Ол максималды түрде

өндірістік жағдайларға ортада өтетін технологиялық сынамалар қорытындысы бойынша

бақыланады.Беттік материалды июге, қалпына келтіруге сынайды. Сым материалдарды

июге, бұрауға, ал трубаларды үлестіруге және июге сынайды. Сынаудан кейін материалда

ақаулардың u1073 болмауы, материалдың жарамдылық критериі болып табылады.

3.Пісірімділік – бұл материалдың талапқа сай сападағы бөлінбейтін қосылыс түзу

қасиеті.Ол пісірілген тігіс сапасы бойынша бағаланады.

4.Кесу арқылы өңдеуге қабілеттілік – материалдың әртүрлі кескіш құралдармен кесу

арқылы көндігу қабілетін мінездейді. Ол кескіш құралдың беріктігімен және беткі қабаттың

сапасы бойынша бағаланады.

қабілетін сипаттайды.

1.Тозуға төзімділік – бұл, материалдың ішкі үйкеліс әсерінен беттік бұзылуға қарсы тұру

қабілеті.

2.Коррияға төзімділік – материалдың қышқылдық және сілтілік орталардың зиянды әсеріне

қарсы тұру қабілеті.

3.Қызуға төзімділік – бұл, материалдың жоғары температура кезінде тотықсыздануға қарсы

тұруы.

сақтап қалу қабілеті.

5.Салқынға төзімділік – бұл, материалдың төмен температура жағдайында өзінің

пластикалық қасиетін сақтайтын қасиеті.

6. Антифракциялық – материалдың басқа материалға жүмысты айнала алу қабілеті.

Бұл қасиеттер бұйымның жұмыс жағдайына байланысты арнайы сынақтар жүргізу

арқылы анықталады. Белгілі бір конструкция жасау үшін материал таңдаған кезде оның

техникалық, технологиялық және эксплуатациялық қасиеттерін есепке алу керек.

қабілеттілігін сипаттайды.

сипаттайды .

45

Тұтқырлық – пластикалық деформация арқылы материалдың ішкі күштегі механикалық

энергиясын тұтынуы болып табылады.

көрсетуі

өтуі.

аққыштық шегінен аспайды.

Соққы тұтқырлығы - сипаттамалы тұтқырлық болып табылады (аH)

Бақылау сұрақтары:

1.Қандай механикалық қасиеттерді білесіңіз?

2.Қаттылықты өлшеу әдістері

3.Бринелл әдісінің шекті қаттылығы

4.Тұтқырлық дегеніміз не?

8 Дәріс

Материалдың конструкциялық төзімділігі.Поликристалдық денелердің

деформациялық ерекшелігі.Тойтару,қайтымдылық

және қайта кристалдану.

1.Материалдың конструкциялық төзімділігі.

2.Поликристалдық денелердің деформациялық ерекшеліктері.

3.Пластикалық деформацияның металдың құрлымы мен құрлысына әсері:тойтару.

4.Деформацияланған металдың құрлымы мен құрлысына қыздырудың әсері:қайтымдылық

және қайта кристалдану.