Лекции каз по тпмп 1-дәріс. Кіріспе
Металдарды қысыммен өңдеудің физикалық негіздері
жүктеу/скачать 4.11 Mb. Pdf көрінісі
|
| Металдарды қысыммен өңдеудің физикалық негіздері
Металдарды қысыммен өңдеу (МҚӨ) – бұл технологиялық процестер, олардың нәтижесінде сыртқы күштердің әсерінен дайындамалардың тұтастығын бұзбай олардың пішіні, өлшемдері және физика-механикалық қасиеттері өзгертіледі. МҚӨ негізгі міндеті дайындама металына оның илемді деформациясы процесінде берілген пішінді беруі болып табылады. Көптеген металдар мен олардың қорытпаларының илемді деформацияға ұшырау қабілеті МҚӨ кеңінен пайдалану мүмкіндігін береді. Процесс – металдың құрылымын өзгертуге, ал дұрыс қолданылатын технология кезінде алынатын бұйымдардың механикалық қасиеттерін арттыруға мүмкіндік береді. Деформациялаудың алдында дайындау (қыздыру) кезінде, илемді деформация кезінде және одан кейін металда болатын процестерді зерделеу, алынатын бұйымдардың сапасын едәуір дәрежеде жоғарылатуға және оларды өндіргенде шығындарын азайтуға мүмкіндік береді. Поликристалл дененің жалпы илемді деформациясы екі түрлі – кристалл ішіндегі және кристалл аралық деформациядан қалыптасады. Илемді деформация механизмінің сұлбалары 3.2-суретте көрсетілген. Кристалл ішіндегі деформация кезінде жеке алынған түйіршікте илемді деформация кристаллиттің бір жұқа атомдық қабаттарының басқаларға қатысты сырғанауы есебінен болады (3.2-сурет, а). Ығысулар атомдармен аса нығыздалған және сырғанау жазықтықтары деп аталатын, кристаллографиялық жазықтықтар I-I бойынша жасалады. Бірінші кезекте атом қабаттары қысу күші Р әрекетінің 45 о -қа қатынасы бойынша көлбеулетілген жазықтықтар бойынша сырғанайды, өйткені бұл бағыттар бойынша максимум жанама кернеулер τ max әрекет етеді. Металдағы деформация сұлбалары 3.3-суретте көрсетілген. Алынған үлгіден (3.3-сурет, а) сырғанау есебінен деформацияның ең алдымен түйіршіктерде 1 және 2 болатыны көрініп тұр, олардың сырғанау жазықтықтары түсірілген жүктеменің әрекетіне (қысу күші Р) 45 о бұрышпен орналасқан. Осындай илемді деформацияның нәтижесінде түйіршіктер металдың ең үлкен ағысы бағытында тартылады да, созылған пішінді 7 иеленеді (3.3-сурет, в). Мұндай құрылым жолды немесе жолақты деп аталады. Металды деформациялаған кезде оның илемді деформациясы тек сырғанау есебінен ғана емес, қосарлану есебінен де дамуы мүмкін. Бұл металға соққылық жүктемелер әсер еткенде болады. Қосарлану процесі (3.2-сурет, б) атомдар тобын α бұрышымен қосарлану жазықтығы деп аталатын, II-II жазықтығына қатысты ығыстырудан тұрады, оның нәтижесінде кристаллиттің бір бөлігі оның деформацияланбаған бөлігінің орнын айнадай шағылыс-тыратын орынды алады. а – сырғанау; б – ұқсастыру; α – атомдар тобының ығысу бұрышы; τ – жанама кернеулер 3.3-сурет – Илемді деформация механизмінің сұлбалары Деформациялау процесінде поликристалл түйіршіктері бұрылады және бір-біріне қатысты жылжиды – кристаллит аралық деформация болады (3.3-сурет, б). Бұл жағдайда түйіршіктердің уақыт өткен сайын көбейетін саны оларда соңында дененің барлық көлемінің илемді деформациясына әкелетін сырғанау есебінен илемді деформация қарқынды дамитындай бағдарланады. Кристаллиттің бір бөлігінің басқаларына қатысты бір мезгілде ығысуы үшін теориялық есептелген кернеулерден жүздеген есе артық кернеулер талап етілетіні практикада анықталған. Бұл нақты металдарда кристалл құрылым ақауларының бар болуымен байланысты. Сондықтан түйіршіктерде сырғанау барлық сырғанау жазықтығы бойында бір мезгілде емес, осы ақауларды ауыстыру жолымен тізбекті түрде болады, ол үшін едәуір аз ығысу кернеулері талап етіледі. Нақты кристаллиттер құрылысындағы жетілмегендік, мысалы, торда атомдардың болмауы немесе олардың артық болуы дислокация деп аталады. Илемді деформация кезінде металда қосымша дислокациялар пайда болады, олар қиылысады және түйіршіктер шекараларында жиналады, нәтижесінде кристаллиттер жарқыншақтары түзіледі. Бұл әрі қарай деформацияны қиындатады, металдың беріктігі мен қаттылығының жоғарылауын, оның илемділігінің төмендеуін және физика-химиялық қасиеттерінің өзгеруін тудырады. Металл қасиеттерінің илемді деформация нәтижесіндегі өзгерістерінің жиынтығы қақталма немесе беріктендіру деп аталады. Қақталма металдар мен қорытпаларды суық күйінде илемді деформациялау процесінде байқалады. Сырғанау жазықтығы Ұқсастыру жазықтығы 8 а – поликристалда; б – кристаллиттер арасында; в – кристаллиттердің созылған пішіні; Р – қысу күші; τ max – максимум жанама кернеулер 3.2-сурет – Металдағы деформация сұлбалары Белгілі бағытта бағдарланған үлкен деформацияларда кристаллиттер деформациялар бағытында созылып, металл жолды құрылымды иеленеді, нәтижесінде жаңа текстура түзіледі. Бұл металдың әр түрлі бағыттардағы механикалық қасиеттерінің анизотропиясын (теңсіздігін) тудырады. Сонымен бірге металл талшықты құрылымды иеленеді, онда металл емес қосындылары бар металдың ең көп ағысының бағытында созылған түйіршіктер шекараларын немесе металдың құрамында қоспалары жоғары аймақтарын білдіретін жіңішке жолақтар түзіледі. Металдың талшықты құрылысын – үлкейтпей көруге, ал жолды құрылымын тек микроскоппен ғана байқауға болады. Әрбір металда толық анықталған максимум илемді деформация кезінде микрожарықшақтар мен микроқуыстықтар пайда болады, олар дамиды, өседі және оның бұзылуына әкеледі. Бұл деформация металдың илемділігін сипаттайды және деформацияның әр түрлі жағдайларында металл үлгілерін сынау жолымен анықталады. Илемді деформациялау металдардың илемді деформацияға кедергісін арттыратын беріктендірумен жалғасады. Деформациялауға кедергінің сипаттамасы аққыштық шегі (σ 0,2 ) болып табылады. Металл температурасы металды илемді деформациялау сипатын анықтайды. Қыздырған кезде металдың илемділігі ұлғаяды, ал деформациялауға кедергі азаяды. Бұл илемді деформация процесінде беріктендірумен (қақталмамен) қатар беріксіздендірудің, яғни илемділікті қалпына келтірудің байқалуымен түсіндіріледі. Осы екі процесс жылдамдық- тарының ара қатысына байланысты суық, толық ыстық емес және ыстық деформацияны ажыратады. Суық деформация металды толық көлемде беріктендірумен жалғасады, өйткені беріксіздендіру (кристалсыздандыру, қайтару) процестері жүріп үлгермейді. Металдар түйіршіктері созылу деформациясы бағытында созылады, бұл олардың өлшемдерінің қысылу деформациясы бағытында азаюына келтіреді. Металл талшықты құрылымды иеленеді, анизотропты бола бастайды. Сонымен, қысыммен өңдеудің көмегімен тетікті пайдалану шарттарына сәйкес ондағы талшықтардың орналасуын басқаруға болады. Металдар мен қорытпалар суық деформациялау кезінде беріктендіруден басқа электр өткізгіштігін, коррозияға төзімділігін және басқа қасиеттерін өзгертеді. Толық ыстық емес деформация кезінде бұзылған кристалл құрылым жартылай қалпына келеді және металдағы қалдық кернеулер азаяды. Олар t = (0,25…0,3)t балл температурада байқалады, мұнда t балл – металдың балқу температурасы. Толық ыстық емес илемді деформация кезінде металл суық деформацияға қарағанда аз дәрежеде беріктеніп, жолды және талшықты құрылымды иеленеді. Ыстық деформация деформациялау мен кристалсыздандыру, яғни ол кезде металдың барлық көлемінде кристалсыздану болып үлгеретін, бұзылмаған кристалл құрылымы бар жаңа тең осьті түйіршіктердің пайда болу және өсу жылдамдықтарының ара қатысымен сипатталады. Кристалсыздандыру жолды құрылымды және деформацияланған металды беріктендіруді толығымен жояды. Таза металдар үшін ол t крис ≥ 0,4 t балл температурада жүреді. Ыстық деформация болғанда металдың талшықты құрылысы сақталады, өйткені 9 деформациямен созылған металл емес қосындылар кристалсыздандыру кезінде өзгермейді. Ыстық деформацияланған металда көлденеңге қарағанда талшықтардың бойында механикалық қасиеттері жоғары болады, сондықтан қысыммен өңдеуді микроқұрылымның талшықтылығы тетікте оның жұмыс істеген уақытында пайда болатын, аса үлкен қалыпты кернеулер бағытында орналасатындай түрде жүргізу керек. Ыстық өңдеу кезінде металдың қасиеттері оң жаққа қарай өзгереді: дайындаманың (кесектің) құйылған құрылымы бұзылады, кристалсыздандыру кіші өлшемді тең осьті түйіршіктердің түзілуіне әкеледі, металл қуыстықтарды пісіру салдарынан нығыздалады. Осының барлығы дайындаманың беріктік және илемді қасиеттерінің өсуіне әкеледі. Әр түрлі металдар мен қорытпалар бірдей емес табиғи илемділікті иеленеді де, осының салдарынан, қысыммен өңдеу кезінде әр түрлі болады. Металдар мен қорытпалардың илемділігі олардың химиялық құрамына, құрылымына, қыздыру температурасына, деформация жылдамдығы мен дәрежесіне, сондай-ақ кернеулі күй және деформация сұлбаларына байланысты болады. Қорытпаларға қарағанда таза металдардың илемділігі аса жоғары болады. Соңғыларда жаңа құрылымдық құраушылар, соның ішінде олардың бар болуы негізгі металдың илемділігін елеулі өзгерте алатын химиялық қосылыстар түзіледі. Мысалы, көміртек мөлшері көп болатын болатқа қарағанда, көміртек мөлшері аз болатын болаттың аса жоғары илемділігі бар; таза мыс оның қалайымен (қоламен) және т.б. қорытпасынан едәуір илемдірек. Температураның жоғарылауымен металдың илемділігі ұлғаяды, ал деформация кедергісі азаяды. жүктеу/скачать 4.11 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|