Материалтану

жүктеу/скачать 180.53 Kb.

Дата	15.06.2016
өлшемі	180.53 Kb.
	#136837

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі
Д.СЕРІКБАЕВ ат. ШЫҒЫС-ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК ТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

Н.Қ.Түленденова

МАТЕРИАЛТАНУ
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

Өскемен

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

Шығыс-Қазақстан

мемлекеттік техникалық

университеті, 2013

МАЗМҰНЫ

		бет
1	Кіріспе Жалпы мәліметтер	6 7
2 2.1 2.2	Металдардың атомдық кристалдық құрылысы Анизатропия Кристалл торларының ақаулары	10 12 14

3	Металл құрылымының кристалдану процесінде қалыптасуы	18
3.1 3.2	Кристалдану процесінің энергетикалық шарттары Кристалдану процесінің механизмдері	18 20
3.3	Түйіршіктің өлшемі	21
3.4	Құймакесек металының құрылысы	22
3.4	Полиморфтық өзгеріс	24
4 4.1 4.2	Деформация және металдың қирауы Серпімді және пластикалық деформация Морт және тұтқыр қирау	25 25 26
4.3 4.4 4.5 4.6 4.7	Деформацияның металдың қасиетіне тигізер әсері Түйіршіктер өлшемінің қалыптасуы Қайта кристалдану Металдардың және қорытпалардың механикалық қасиеттері Механикалық сынау тәсілдері	28 28 29 30 31
5 5.1 5.2 5.3 6 6.1 6.2 7 7.1 7.2 7.3	Металл қорытпалары Жалпы түсініктеме Қорыытпа фазалары Темір және темір негізді қорытпалар Көміртекті болат Көміртегі мен тұрақты кірмелердің болаттың қасиетіне тигізер әсері Болатты класқа бөлу Шойын Сұр шойын Аса берік шойын Соғылымды шойын	36 36 36 37 43 43 45 48 48 50 51

8	Термиялық өңдеудің теориялық негіздері	53
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10 9 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6	Жалпы мәліметтер Ферритті- карбидті құрылымды қыздыру кезінде аустениттің өзгеруі Қыздыру кезінде аустенит түйіршіктерінің өсуі Болаттың қасиетіне түйіршік өлшемдерінің тигізер әсері Асыра суытылған аустениттің өзгеруіне жалпы сипаттама. Аустениттің изотермиялық өзгеру диаграммасы Перлиттік өзгеру Эвтектоидқа дейінгі және эвтектоидтан кейінгі болаттағы аустениттің изотермиялық өзгеруі Мартенситтік өзгеру Үздіксіз суыту кезіндегі аустениттің өзгеруі Мартенсит пен қалдық аустениттің қыздыру кезінде өзгеруі (болатты босату) Термиялық өңдеу технологиясы Жасыту және қалыптандыру Болатты шынықтыру Болатты босату Термомеханикалық өңдеу (ТМӨ) Болатты термиялық өңдеу кезінде пайда болатын ақаулар Беттік шынықтыру	53 54 57 58 58 59 60 61 62 63 65 65 66 70 71 72 72
10	Химиялық-термиялық өңдеу	74
10.1	Цементтендіру	74
10.2	Азотқа қанықтыру	75
10.3 10.4	Циандау (нитроцементтендіру) Бормен қанықтыру	76 76
10.5 10.6	Силициалау (кремниймен қанықтыру) Диффузия жолымен металдармен қанықтыру	76 77
11	Легірленген болат	78
11.1	Легірлеуші элементтердің тепе-теңдіктегі болаттың механикалық қасиетіне көрсетер әсері	79
11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8	Легірленген конструкциялық болаттарды таңбалау Төмен легірленген болат Цементтендірілетін конструкциялық (машина жасайтын) легірленген болаттар Жақсартылатын легірленген болаттар Рессорлы - серіппелі болаттар Тозуға төзімді болаттар мен қорытпалар Коррозияға берік және қызуға берік болаттар мен қорытпалар	80 80 80 81 81 82 83
12	Құрал – саймандық болаттар мен қорытпалар	85
12.1	Құрал – саймандық болаттарды класқа бөлу	85
12.2	Құрал – саймандық болаттың негізгі қасиеттері	86
12.3	Құрал – саймандық болатты таңбалау	86
12.4	Кескіш құрал жасайтын болаттар	87
12.5	Қалыпталатын (штампты) болаттар	88
12.6	Өлшеуіш құралдар жасайтын болаттар	88
12.7	Қатты қорытпалар мен алмас құралдары	88
13	Түсті металдар мен қорытпалар	90
13.1	Алюминий және оның қорытпалары	90
13.2	Алюминий 0орытпаларын класқа бөлу, таңбалау	92
13.3	Магний және оның қорытпалары	95
13.4 13.5	Мыс және оның қорытпалары Мырыш, қорғасын, қалайы және олардың қорытпалары	96 101
14	Конструкциялық ұнтақты және композитті материалдар	102
14.1	Конструкциялық ұнтақты материалдар	102
14.2 15	Композитті материалдар Металл емес материалдар	104 106
15.1	Полимерлер	106
15.2	Пластикалық массалар	109
15.3	Резеңке материалдары	113
15.4	Шыны	114
	Әдебиеттер	117

Кіріспе
«Материалтану» курсында металдар және металл емес материалдар қаралады. Соңғы жылдары металл емес материалдарды қолданудың қарқынды дамуына қарамастан, негізгі конструкциялық материал ретінде металл және металл негізді қорытпалар алдыңғы қатардан орын алады. Сол себепті лекциялар конспектісінде металдарды оқуға көп көңіл бөлінген.

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.

а)мырыш сынығы; б) мыс сынығы; в) деформацияланған болат сынығы

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

1 ПӘННІҢ МАЗМҰНЫ

Лекциялық курс

1.1.1 Металдар мен қорытпалардың құрылысы және негізгі қасиеттері. Металдардың атомдық-кристалдық құрылысы. Нақты металдар мен қорытпалардың құрылыстық ақаулары. Металдардың кристалдануы. Металдағы аллотропиялық өзгерістер. Қорытпалардың құрылысы туралы түсінік. Екі компоненттік жүйелер диаграммаларының негізгі типтері.

1.1.2 Темір-көміртегі қорытпалары

Темір-көміртегі жүйесі диаграммасы. Темір-көміртегі қорытпаларының микроқұрылымдары. Көміртекті болат пен шойынды кластарға жіктеу және таңбалау. Болат пен шойынның механикалық қасиеттері. Оларды анықтау тәсілдері. Болат пен шойынның мемлекеттік стандарттары (МСТары). Болат өндіру тәсілдері мен оның қасиетіне тигізер әсері.

Болатты термиялық өңдеу негіздері

Термиялық өңдеу түрлері. Болатты қыздыру кезіндегі өзгерістер, нақты және тұқымдық түйіршіктер. Жасыту түрлері. Аустенитті суыту кезіндегі өзгерулердің заңдылығы. Қорытпалар құрылыстары. Босату кездегі өзгерістер. Болатты шынықтыру және босату технологиясы, шынықтыру түрлері (баспалдақтық, изотермиялық). Шынықтыру ақаулары. Болатты беттік шынықтыру, газды жалынды және ЖЖТ арқылы қыздыру. Болатты термомеханикалық өңдеу.

Термиялық өңдеу кезіндегі қалдық кернеулер және олардың болаттың беріктігіне тигізер әсері. Болатты термиялық өңдеу кезіндегі қауіпсіздік техникасы.

Легірленген болаттар мен қорытпалар.

Болаттың құрылысы мен қасиетіне легірлеуші элементтердің әсері. Конструкциялық легірленген болат, оларды таңбалау және қолдану саласы. Қасиеттері ерекше – таттанбайтын, қызуға берік, магнитті болаттар мен қорытпалар, физикалық қасиеттері ерекше қорытпалар. Мартенситті ескіргіш болаттар. Ұнтақты қорытпалар – үйкеліске қарсы, үйкелістік, САП қорытпалары, керметтер; олардың құрамы, қасиеттері және қолдану саласы.

Қорытпалардың сапасын одан ары көтеру жолдары.

Болатты химиялық-термиялық өңдеу.

Цементтендіру, нитроцементтендіру, азоттандыру. Процестердің негізгі параметрлері және оларды қолдану салалары. Диффузиялап металмен қаптау.
1.1.6 Түсті металдар мен қорытпалар.

Мыс және оның қорытпалары, өндірісте қолдануы. Алюминий және оның қорытпалары. Қолдану салалары. Магний және оның қорытпалары. Титан және олардың қорытпалары. Мойынтіректік қорытпалар.

1.1.7 Металл емес материалдар

Полимерлі материалдардың құрылысының және қасиеттерінің негізі. Термопластикалы және термореактивті материалдар, резеңке; олардың құрылысы, қасиеттері және техникада қолданылуы. Техникада қолданудың экономикалық тиімділігі.

Металл және металл емес материалдарды нығайту тәсілдері.

Студенттердің жұмысын жеңілдету мақсатымен пәнді оқуда қолданылатын жиі кездесетін диаграммалар мен терминологиялық сөздік тізімі қарастырылған.

әдебиеттер
Негізгі:
1. Смағұлов Д.Ұ. Металлография. – Алматы, ҚазҰТУ баспасы, 2007г.

2. Түленденова Н.Қ.-Материалтану. – Өскемен ШҚМТУ баспасы, 2005ж.

Қосымша:
3.Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. – Москва, «Машиностроение», 1990г

4. Гуляев А.П. – Металловедение – М. «Металлургия», 1986г

5.Справочник металлиста под редакцией А.Г.Рахштадта – М.Машиностроение – т.2,т3.

6.Түленденова Н.Қ –Материалтанудан қысқаша терминологиялық

түсініктеме -сөздік, 1993ж.

7. Түленденова Н.Қ. - Зертханалық жұмыстарға арналған әдістемелік

нұсқау, 2013 ж

8. Казахско-русский - русско-казахский терминологический словарь.

Машиностроение, т.7; Горное дело, т. 19. - М.: Респуб. гос. изд-во Рауан.

-Алматы, 2000.

9. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна. Справочник под редакцией А.Г. Рахштадта – М.: «Интермет Инжиниринг», т.3, 2007.- 919с

10. Самохоцкий А.И.,Кунявский М.Н. Лабораторные работы по

материаловедению и термической обработке металлов, –М. Машиностроение, 1981г.

11. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. - Оборонгиз, 1980

12. Орысша - қазақша сөздік. -1,2 т. Қазақ совет энциклопедиясының бас редакциясы / Жалпы редакциясын басқарған Ғ.Ғ.Мұсабаев. – Алматы, 1978, 1 т. -575 б., 2 т. – 588 б.

13. Брандон Д., Каплан У., Мир материалов и технологий. Микростуктура

материалов.Методы исследования и контроля, - М: Техносфера, 2006, 375с.

жүктеу/скачать 180.53 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: