Материалтану
жүктеу/скачать 3.16 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- МАТЕРИАЛТАНУ
- УДК 669. 017 Н.Қ .Түленденова
|
Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі Д.СЕРІКБАЕВ ат. ШЫҒЫС-ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК ТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ Н.Қ.ТүленденоваМАТЕРИАЛТАНУ 5В071200 – Машинажасау, 5В071300 – Көлік, көліктік техника және технология, 5В072300 – Техникалық физика, 5В072400 – Технологиялық машиналар және жабдықтар, 5В080600 – Аграрлыыық техника және технология, 5В090100- Тасымалдауды, жол қатынасын және көлікті пайдалануды ұйымдастыру бойынша оқитын студенттерге арналған лекциялар конспектісі
2013
УДК 669. 017 Н.Қ.Түленденова 5В071200 – Машинажасау, 5В071300 – Көлік, көліктік техника және технология, 5В072300 – Техникалық физика, 5В072400 – Технологиялық машиналар және жабдықтар, 5В080600 – Аграрлыыық техника және технология, 5В090100- Тасымалдауды, жол қатынасын және көлікті пайдалануды ұйымдастыру мамандықтары бойынша оқитын студенттерге арналған лекциялар конспектісі/ ШҚМТУ - Өскемен, 2013 - 117 бет. Лекциялар конспектісінде металдар мен қорытпалардың құрылымдарынан, талдау әдістерінен, көміртекті және легірленген болаттар мен шойынның құрылымдарынан, темір-көміртегі диаграммасы және термиялық өңдеу тақырыптарынан, түсті металл негізді қорытпалардан, металл емес материалдардан мәліметтер берілген. Ұсынылған жұмыс студенттердің «Конструкциялық материалдар және материалтану», «Материалтану» пәндерін оқуда көтерілетін мәселелерді түсінуге көмекші құрал болады. Машина жасау және көлік факультетінің әдістемелік кеңесі бекіткен Хаттама № ________ ___________2013 © Д.Серікбаев ат. Шығыс-Қазақстан мемлекеттік техникалық университеті, 2013 МАЗМҰНЫ
Кіріспе
Ұсынылып отырған лекциялар конспектісі машина жасау, металлургия, жылуэнергетикасы, кәсіптік білім, бағалау мамандықтары бойынша мемлекеттік тілде «Материалтану», «Материалтану негіздері», «Салалық материалтану», «Конструкциялық материалдар және металды термиялық өңдеу» пәндерінің оқу жоспарына сәйкес дайындалған. Тақырыптардың негізі Ю.М.Лахтин мен В.П.Леонтьеваның «Материалтану» оқулығынан қазақ тіліне аударылып, қосымша әдебиеттерден алынған материалдармен кеңейтілген. Металдың және оның қорытпаларының құрылымы мен құрамының физикалық, химиялық, технологиялық және басқа қасиеттермен байланысын зерттейтiн ғылым металтану деп аталады. Металтану саласының негiзiн қалаушылар: Аносов Павел Петрович (1799-1851) - орыс инженерi, металдың құpылысы мен қасиетiнiң бip-бipiне байланыстылығын анықтады. Чернов Дмитрий Константинович (1839-1921) - орыс металлургi, металтанудың ғылыми негiзiн қалаушы, әдебиеттерде «металлография атасы» аталған, металдарды термиялық өңдеу процесінде металл құрылымының өзгеру температураларын (фазалық өзгеруін немесе межелі нүктелерді) анықтаған ғалым. Соңғы жылдарда жаңа ғылыми-техникалық даму дәуiрi - атом энергиясы, электроника, ғарышты игеру, радио, автоматтандыру жүйесi және т.б. салалардың талабына сай жаңа материалдарға мұқтаждық өсуде. Қазiргi металтанудың теориялық негiзгi бағыты таза және аса таза металдар өндiру тәсiлдерiн iздестiру болып табылады. Металға қоршаған ортаның тигізетін әсерiн зерттеуге де көп көңiл бөлiнуде. Бүгiнгi күнге дейiн машина жасауда қолданылып келген металдың негiзi - қара металлургия, демек, темiр негiздi металдар. Конструкциялық және құрал - саймандық материалдың 90-95% темiр негiздi болып келеді. Темiрдiң физикалық және технологиялық қасиеттерi үйлесiмдi, жер қойнауындағы қоры мол, арзан. Темiр мен оның қорытпаларының құны түстi металдар құнынан бiрнеше есе төмен. Техниканың дамуымен қатар металға қойылатын талаптар да өзгеруде. Олар: металдың конструктивті берiктiгi, жоғары температураға төзiмдiлігі, аса төмен температурада тұтқырлық қасиетін сақтауы, агрессивті орталарға төзiмдi және басқа да физикалық, химиялық қасиеттерi жоғары болуы керек. Осы қойылған талаптарды қанағаттандыру мақсатымен металл қорытпаларын, арнаулы қорытпаларды, композиттi материалдарды қолдану кейiнгi жылдарда кеңiнен жолға қойылған. 1 ЖАЛПЫ МӘЛІМЕТТЕР Металл мен оның қорытпалары кристалды денелер болып келеді. Аморфты денелермен салыстырғанда металдың атомдары геометриялық заңға бағынып реттi орналасқан. Металл құрылысы саны көп кристалдардан тұрады. Металдың қасиетi жылу және электр өткiзгiштiгi, металдық жылтырлығы, созымталдығы арқылы сипатталады. Металтану саласында «жүйе», «фаза», «құрылым» терминдерi кеңiнен қолданылады. Жүйе – тепе-теңдiк күйдегi фазалар жиынтығы. Фаза – басқа құраушы бөлшектерден аралары бөлінген, химиялық құрамы, кристалдык құрылысы мен қасиетi бiрдей, бір агрегатты күйдегі құрылымы біркелкі жүйе құраушы бөлшектер. Құрылым ұғымында металл мен қорытпалардағы тиісті фазалардың пішіні, өлшемі, өзара орналасу бағыты қаралады. Құрылым макроқұрылым және микроқұрылым болып ажыратылады. Макроқұрылымды 30-50 есе үлкейтетiн құралдардың көмегiмен, немесе жай көзбен көруге болады. Микроқұрылым тек қана микроскоп арқылы зерттелiнедi. Макроқұрылымдарды талдау тәсілдерін үшке бөлуге болады: дайын бұйымдардың беткі қабаттарын жай көзбен қарап бақылау, демек бұйымдардың бастапқы пішінін, өлшемін бұзбайтын тәсіл; бақылауға арналған металл сынықтарын немесе тетіктің істен шығу себебін анықтайтын металл омырығының беткі сипаттамасы (морт немесе тұтқыр, т.т. сынуы); арнайы дайындалған үлгілердің – макроысылмалардың макроқұрылымдарын талдау. Бірінші тәсіл бойынша бұйымның бетінде көрінетін ақауларды (газды көпіршіктерді, бос орынларды, жарықшаларды, қуыстарды, шөгістік борпылдақтық, құйма металдар құрылымындағы химиялық біртектіліктің болмауын (ликвация), металл емес кірмелерді) көруге болады. Мұндай қарапайым бақылау тәсілі бұйымды қолдануға жарамдығын анықтайды.
1.1- сурет. Макроқұрылымдар Бұйымның өндіру тәсілін (құю өндірісі, қысыммен өңдеу-деформацияланған, пісіріп өңдеу), сонымен қатар термиялық, химиялық-термиялық өңдеу түрлерін анықтауға болады. Мысалы, 1,1-суретте көрсетілгендей мыс, мырыш, болат құрылымдарын жәй көзбен көруге болады. Екінші тәсіл бойынша металдардың тұтқыр немесе морт сынуы арқылы бұйымның жарамдығы дәлірек анықталады. Тұтқыр сынған металдың беті күңгірт түсті, ойлы-шұңқырлы болады. Мұның бәрі металдың сынуының алдында пластикалық деформацияланғанының көрсеткіші. Морт сынған металдың беті жарқыраған түйіршікті, кедір-бұдырсыз тегіс, пластикалық деформацияланудың ізі байқалмайды. Морт сынық кенеттен туындайды және үлкен жылдамдықпен жүруіне байланысты өте қауіпті. Соңғы кезде металдың металлургиялық сапасын бағалауда, қирап-бұзылу процесінің заңдылығын дәлелдеуде, қирауына себепкер құрылымдық, технологиялық, басқа да факторларды айқындауда, сынық құрылысын зерттейтін білім саласы – фрактография тәсілі кеңінен қолданылады. Сынық деп металдың сынған жерінің беті қаралады. Сынық түрі құрылымның жұмыс атқаратын температурасына, ішкі ортасына, түсетін күшке, металды қорыту технологиясына, қысып немесе термиялық өңдеу арқылы қалыптасатын кристаллографиялық құрылысына, металдың құрылымына байланысты анықталады. Үшінші тәсіл бойынша талдау жүргізу үлкен дайындықты қажет етеді. Басқа тәсілдермен салыстырғанда макроысылмалар арқылы беретін мәліметтер жан-жақты және кеңінен қамтылады. Макроталдауға арналған үлгілер алдын ала дайындалу керек. Ол үшін алдымен тетіктерден кесіліп алынған үлгілердің зерттейтін беттері қажақпен ысқыланып тегістеледі, сумен жуылғаннан соң химиялық реактивтермен уландырылады. Осылай дайындалған үлгілер макроысылма деп аталады. Макроысылманың көмегімен құйма металдың, деформацияланған металдың құрылыстары анықталады, дайындау технологиясын білуге болады. Макроқұрылымдарды зерттеу арқылы құйылған металдың түйiршiктерiнiң орналасуын, сырт пішінін, қысып өңделген (деформацияланған) дайындамалардың талшықты құрылымын (1.1,в- суреті), металл тұтастығын бұзушы ақауларды (шөккен жері, газды көпіршіктер, қуыстар, жарықшалар және т.б.); кристалдану процесінің барысында немесе химиялық-термиялық өңдеулердiң (цементтендіру, азотқа қанықтыру және т.б.) салдарынан қорытпаның химиялық біртекті еместігін көрсетуге болады. Микроқұрылым арқылы түйiршiктердiң өлшемі, сырт пішіні, фазалардың өзара орналасуы анықталады (1.2-сурет). Металдың микроқұрылымын зерттеу үшiн бөлшектен кесiп алынған үлгiнiң бiр бетi тегiстелiп, жалтыратылып, арнаулы химиялық реактивпен уландырылады. Осылай арнайы дайындалған үлгi микроысылма деп аталады. Металдың микроқұрылымын сәулелі немесе электрондық микроскоптар арқылы көруге болады. Микроскоптардың екі түрінің де жұмыс атқаруы геометриялық оптика заңына негізделген. Металдың атомдық-кристалдық құрылысын зерттеу рентгенқұрылымдық талдау арқылы жyргiзiледi. Металл мен қорытпаларды зерттеуде физикалық зерттеу тәсілдері (жылулық, көлемдік, электрлік, магниттік) қолданылады. Мұндай зерттеулер металл мен қорытпаларды өңдеу немесе басқа әсерлер (термиялық, механикалық) арқылы жүретін процестер мен физикалық қасиеттерінің өзгеруі арасындағы байланыстарға негізделген. Әсіресе жиі қолданылатын тәсілдер қатарына дифференциальді термиялық талдау тәсілдері жатады. Бұл тәсілдер фазалық өзгеру барысында металл көлемінің өзгеруіне негізделген. 
б) а) мыстың микроқұрылымы және схемасы; б) болаттың микроқұрылымы және схемасы (0,8% С); 1.2 – сурет. Микроқұрылымдар 2 Металдардың атомдық-кристалдық құрылысы Қандай зат болмасын үш агрегатты күйдің біреуінде: қатты, сұйық немесе газ тәрізді болады. Бұлардың бір-бірінен өзгешеліктері неде? Газдың бөлшектері (атомдары, молекулалары) ешқандай ережеге бағынбай ретсіз бос қозғалыста болады. Сұйықты құрайтын бөлшектерде тек қана жақындық реттік сақталады, ал қатты денелердің атомдары белгіленген реттікпен орналасады. Атомдардың, молекулалардың белгіленген заңдылықпен кеңістікте дұрыс орналасулары кристалдық күйін сипаттайды. Сол себепті физикада кристалдық күй немесе қатты күй деген ұғымдар бірдей қолданылады. Нақты кристалдың атомдарының (иондарының) өзара орналасуы оның атомдық -кристалдық құрылымы деп аталады. Металл кристалын еркiн орналасқан электрондардан тұратын “газдың” қоршауындағы оң зарядты иондар жиынтығы деп қарастыруға болады. Электрондар мен иондар жиынтығының арасындағы байланыс электрстатикалық күш арқылы ұсталады. Мұндай байланыс металдық байланысқа жатады. Демек, металдық байланыс – оң зарядты иондар мен еркін қозғала алатын валенттік электрондар газының арасындағы байланыс.
Атомдар бiр-бiрiмен әрекеттесу энергиясы аз жұмсалатындай қашықтықта Қатты күйде атомдар әр заттың өзіне тән ретімен орналасып, кеңістікте кристалдық тор құрады. Иондар осы тордың түйіндерінде тербелмелі жылулық қозғалыста болады. Ал электрондар – олардың арасындағы кеңістікте химиялық байланысты қамтамасыз етеді. Сонымен, кристалдық тор деп – шартты түрде, түйіндерінде материалдық бөлшектер (иондар) орналасқан, түйіндердің арасы ойша сызықпен жалғасқан кеңістіктегі торды айтады. Кристалдық тор құрылысын толық бейнелеу үшін оның бір дара бөлігін алып бір жазықтықта жатпайтын X, Y, Z координаталарының бойына орналастыралық (2.2- сурет). Мұндағы координатаның өстеріне параллель және бір-бірінен a, b, c қашықтықта жүргізілген жазықтықтар кристалды өзара тең және параллель бағдарланған көптеген параллелепипедтерге бөледі. Кристалдық тордың симметриясын, атомдардың орналасу ретін, тығыздығын, т.б. қасиеттерін сақтайтын ең кіші бөлігі (дара параллелепипед) элементар тор немесе торұя деп аталады. Кристалдық тор құратын элементар торлардың барлығының сырт пішіні мен көлемі бірдей. Атомдар элементар торлардың тор түйіндеріне немесе тор орталықтарына, қабырғаларына орналасулары мүмкін. Егер атомдар тек тор түйініне орналасса ондай элементар тор қарапайым, егер басқалай орналасса күрделі деп аталынады. 
2.2- сурет. Дара кристалдық тор (элементар тордың a, b, c, , , параметрлері көрсетілген) Элементар торлардың сырт пішініне және ондағы атомдардың орналасу ретіне сүйеніп кристалдың геометриялық сипаттамасын, демек оның атомдық-кристалдық құрылымын зерттеуге болады. Кристалдық торды сипаттайтын параметрлерге a, b, c қабырғалары және X, Y, Z өстерінің арасындағы , , бұрыштары жатады. Көптеген металдың атомдары көлемі орталықтанған текше тор, жағы орталықтанған текше тор, гексагональді тығыз орналасқан тор, т.б. торлар құрайды. Кристалдық тордың өлшемі параметрлерімен анықталады. Параметрлер қатарына тор периоды, координациялық сан және т.б. жатады. Элементарлы торға іргелес жатқан екі атомның арақашықтығы тор периоды деп аталады. Өлшемі нанометр, 1нм=10-9 см. Тор периоды a, b, c әріптерімен белгіленеді. Металдық байланысы бар заттарда атомдар симметриясы жоғары, тығыздығы жоғары, ықшамды кристалдық торлар құрады. Жалпы кристалдық торлардағы кез келген жеке атомның төңірегінде бірдей қашықтықта орналасқан көрші атомдарының саны – кристалдық тордың координациялық саны (К) деп аталады. Ол атомдардың кеңістікте, координациялық сфераның ішінде орналасу ретін көрсетеді. Қатты заттарда атомдардың 14 элементар торы кездеседі. Олардың ішінде металдар көбінесе көлемдік центрленген куб (КЦК), беттік центрленген куб (БЦК), гексагональді тығыз торға (ГТТ) кристалданады (2.3-сурет). Кристалдық торы КЦК металдарға (К= 8) - K , Na, W, V, α-Fe, Cr, Nb, БЦК металдарға (К= 12) - Cu, Pb, Pt, Al, Ag, Au, β-Fe, ГТТ металдарға (К= 12) - Mg, Be, Cd, Zn, Os, α-Ti жатады. 
а) көлемдік центрленген кубтық тор ; б) беттік центрленген кубтық тор; в) гексагональді тығыз тор. 2.3 – сурет. Кристалдық тор типтері жүктеу/скачать 3.16 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
орналасады (2.1-сурет). Атомдар бiр-бiрiне