Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі Қарағанды мемлекеттік  техникалық университеті     Бекітемін Бірінші проректор _______________________ «____» _________ 2014ж.         ОҚЫТУШЫ ПӘНІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ     Физикалық материалтану  пәні бойынша   050710 «Материалтану және жаңа материалдар технологиясы» мамандығының студенттері үшін   Машина жасау факультеті   ҚӨМТ және КМ кафедрасы     2014 жыл

Алғы сөз Оқытушы пәнінің оқу-әдістемелік кешенін әзірлеген: т.ғ.к., доц. Балбекова Б.К., т.ғ.к., доц. Шарая О.А., оқыт. Платонова Е.С. инженер. Смагулова Ж.Б.         ҚӨМТ және КМ кафедра отырысында талқыланған № _______ хаттама «____»______________2008 г. Төрағасы Күспекова Ш.А. «____»____________2008 г.       Машина жасау факультетінің әдістемелік бюросымен мақұлданған № ________ хаттама «_____»_____________2008г. Төрағасы каф. меңгерушісі Күзембаев С.Б. «____»____________ 2008г.

1 Оқу жұмыс бағдарламасы

 

1.1 Оқытушы туралы мәліметтер және байланыстық ақпарат

 

ҚӨМТ және КМ кафедрасының  т.ғ.к. доцент Балбекова Бахыт Кабкеновна

ҚӨМТ және КМ кафедрасының  т.ғ.к. доцент Шарая Ольга Александровна

ҚӨМТ және КМ кафедрасының  оқытушысы Платонова Елена Сергеевна

ҚӨМТ және КМ кафедрасының  инженері Смагулова Жулдыз Болатовна

 

ҚӨМТ және КМ кафедрасы ҚарМТУ-дың бас корпусында (Қарағанды қаласы, Бейбітшілік көшесі 56), 313 аудиторияда орналасқан, байланыс телефоны 567596 — 124 қосымша.

 

1.2 Пәннің еңбек сыйымдылығы

 

Семестр	Кредиттер саны	Сабақтардың түрі					СДЖ сағат-тары-ның саны	Жалпы сағаттар саны	Бақылау түрі
		байланыс сағаттарының саны			СОДЖ сағатта-рының саны	сағат-тардың барлы-ғы
		дәрістер	практика-лық сабақтар	зертханалық сабақтар
4	3	15	15	15	45	90	45	135	емтихан

 

1.3                      Пәннің сипаттамасы

 

«Физикалық материалтану» дәрісі базалық әдістің міндетті компоненті, 050710 «Материалтану және жаңа материалдар технологиясы» мамандығы бакалаврларға арналған әдістеме болып табылады. Кванттық механикасының негізгісімен, физиканың қатты денесін және фазалық ауысу теориясымен танысу үшін міндетті түрде металл және металл емес материалдардың түсінігін, олардың қасиеттерін, фазалық ауысуын, дайын өнімнің өндіріліуін және оны алуын білу керек. Теориялық негізгіні білу химиялық құрамды таңдауды, өндіріс режімін, құйма және материалдарды өндіруді білуді қамтамасыз етеді.

1.4 Пәннің мақсаты

Берілген дәрістің негізгі мақсаты болып металл және металл емес материалдардың құрылыс қаситеттерімен, фазалық ауысуымен, термиялық өңдеу кезіндегі, химиялық-термиялық және басқа өңдеу әдістерімен толығырақ танысу болып табылады. Алынған білім міндетті түрде әртүрлі материалдардан өңделінген дайындаманың рационалды технологиясының таңдауына қажет етеді.

 

1.5 Пәннің міндеттері

Пәннің міндеттері келесідей:

 

Физика-химиялық өзгерістердің бакалаврлардың және олардың фазалық құрамдарына тәуелді механикалық қасиеттерін және құрамдарын меңгеру болып табылады, олардың химиялық құрамдарына және өңдеу режімдеріне тәуелді болады.

Берілген пәнді зерделеу нәтижесінде студенттер:

Материалдардың құрылыс теориясы; таза металлдардың құрылымы, қатты ерітінділер, интерметаллдық қосылыс; қатты денедегі фазалық ауысу,

білу:

металлдағы құрылымның өзгеруі және фазалық ауысудың өзгеруі; болаттың құрылуы және қасиеті, ұнтақталған, композициондық және металл емес материалдар;

қарастыру:

үштік және екілік жүйедегі құрылым диаграммасын нәтижелеу; беріктендірілген материалдарына арналған теориялық білімді қолдану;

практикалық дағдыларға ие болуды:

фазалық диаграмманың термодинамикалық қамтуы; фазалық құрылымның, құрамның, әртүрлі материалдардың физика-химиялық және механикалық қасиеттердің эксперименттік зерттеу әдістерін өткізу.

 

1.6 Айрықша деректемелер

Берілген пәнді зерделеу үшін келесі пәндерді (бөлімдерді (тақырыптарды) көрсету арқылы) меңгеру қажет:

 

 

 

 

 

 

1.7 Тұрақты деректемелер

«Физикалық материалтану» дәрісі кезіндегі алынған білім басқа базалық және профильдік әдістері кезінде де қолданылады. Мынандай:

Теория және термиялық өңдеудің технологиясы.

1.     Технологические процессы производства материалов.

1. Материал таңдауының басты ғылымдары.
2. Материал құрылысының теориясы.
3. Ұнтақталған және композициялық материалдардың басты өндірісінің технологиясы.
4. Материалдардық механикалық қасиеттері.
5. Материалдардық физикалық қасиеттері және т.б.

 

1.8 Пәннің мазмұны

 

1.8.1 Сабақтардың түрлері бойынша пәннің мазмұны және олардың еңбек сыйымдылығы

 

 

1.9 Негізгі әдебиеттер тізімі

 

1. Физическое металловедение / Под ред. Кан Р.У., Хаазена П. 3-е изд. I-II том. М.: Металлургия, 1987.

2. Арзамасов Б.Н., Макарова В.И., Мухин Г.Г. и др Материаловедение / Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. М.: МГТУ им. Баумана, 2001.

3. Исин Д.К., Исагулов А.З. Физика твердого тела. Учебное пособие. Караганда: изд. КарГТУ, 2005.

4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение М.: Машиностроение, 1990.

5. Захаров А.М. Диаграммы состояния двойных и тройных систем. М.: Металлургия, 1978.

6. Лившиц Б.Г. Металлография. М.: Металлургия, 1990.

7. Методические указания к практическим занятиям по курсу «Технологические процессы машиностроительного производства: Мате-риаловедение». Шарая О.А., Балбекова Б.К. Караганда: изд. КарГТУ, 2005г.

8. Методические указания «Материаловедение. Лабораторный практикум». Смолькин А.А., Исагулов А.З., Шарая О.А. Караганда: изд. КарГТУ, 1997г.

 

1.10 Қосымша әдебиеттер тізімі

 

9. Ахиезер А.И. Атомная физика. Справочное пособие. Киев: Наукова думка, 1988.

10. Мозберг Р.К. Материаловедение. М.: Высшая школа, 1991.

11. Металлургия / Под ред. Коротича В.И. Свердловск: Уральск. гос. техн. ун-т, 2001.

12. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. М.: Метал-лургия, 1991.

13. Материаловедение и конструкционные материалы. Пинчук Л.С., Мышкин Н.К., Свириденок А.И. Минск, Высшая школа, 1989.

14. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Металловедение цветных металлов». Балбекова Б.К., Тулегенова Ш.Н., Малашкевичуте Е.О., Медведева И.Е. Караганда: изд. КарГТУ, 2005.

 

1.11 Студенттердің білімдерін бағалау критерийлері

Пән бойынша емтихан бағасы межелік бақылау бойынша үлгерімнің барынша үлкен көрсеткіштерінің (60% дейін) және қорытынды аттестацияның (емтиханның) (40% дейін) қосындысы ретінде анықталады және кестеге сәйкес   100% дейінгі мәнді құрайды.

 

 

Аралық бақылау оқытудың 5-ші, 10-шы және 15-ші апталарында жүргізіледі және бақылаудың  келесі түрлерінен алғанда қалыптасады:

 

 

 

1.12 Саясаты және процедуралары

«Физикалық материалтану» пәнін зерделеу кезінде келесі ережелерді сақтауды сұраймын:

1. Сабаққа кешікпеу.

2. Сабақты орынды себепсіз босатпау, ауырған жағдайда – анықтаманы, басқа жағдайларда түсіндірме хатты ұсынуды сұраймын.

3. Қалу себептеріне қарамай өткен сабақтағы келмеген күнін жою.

4. Оқу процесіне белсене қатысу.

5. Курстастармен және оқытушылармен шыдамды, ашық, қалтқысыз және тілектес болу.

 

1.13 Пәннің оқу—әдістемелік қамтамасыз етілгендігі

Автордың аты-жөні	Оқу-әдістемелік әдебиеттердің атауы	Баспасы, шыққан жылы	Даналар саны
			кітапханада	кафедрада

 

1	2	3	4	5
Негізгі әдебиеттер
Кан Р.У., Хаазен П.	Физическое металловедение.	Металлургия, 1987	10	3
Арзамасов Б.Н., Макарова В.И., Мухин Г.Г. и др.	Материаловедение.	М.: МГТУ им. Баумана, 2001.	15	2
Исин Д.К., Исагулов А.З.	Физика твердого тела.	Караганда: изд. КарГТУ, 2005	30	3
Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П.	Материаловедение.	М.: Машиност-роение, 1990.	25	2
Захаров А.М.	Диаграммы сос-тояния двойных и тройных систем.	М.: Металлургия, 1978.	18	2
Лившиц Б.Г.	Металлография.	М.: Металлургия, 1990.	5	1
Шарая О.А., Балбекова Б.К.	Метод. указ. к практ. зан. по курсу «Техно-логич. процесс. маш. произв.: Материаловедение».	Караганда: изд. КарГТУ, 2005г.	25	3
Смолькин А.А., Исагулов А.З., Шарая О.А.	Метод. указ. «Мате-риаловедение. Лабо-раторный практик.»	Караганда: изд. КарГТУ, 1997г.	15	2
Қосымша әдебиеттер
Ахиезер А.И.	Атомная физика	Киев: Наукова думка, 1988	8	—
Мозберг Р.К.	Материаловедение.	М.: Высшая школа, 1991.	10	1
Коротича В.И.	Металлургия	Свердловск: Уральск. гос. техн. ун-т, 2001	12	2
Кипарисов С.С., Либенсон Г.А.	Порошковая металлургия.	М.: Металлургия, 1991.	18	3
Пинчук Л.С. и др.	Материаловедение и конструкционные материалы.	Минск, Высшая школа, 1989.	9	1
Балбекова Б.К., Тулегенова Ш.Н., Малашкевичуте Е.О., Медведева И.Е.	Метод. указ. к лаб. раб. по дисц. «Ме-талловедение цвет. метал.».	Караганда: изд. КарГТУ, 2005.	30	5

2 Пән бойынша тапсырмаларды орындау және тапсыру кестесі

Бақылау түрі	Тапсырманың мақсаты мен мазмұны	Ұсынылатын әдебиеттер	Орындау ұзақтығы	Бақылау түрі	Тапсыру мерзімі
1	2	3	4	5	6
Тәж.саб. 1 есеп шығару	Электрондық құрылым элементтері бойынша тереңдетіп оқыту Д.И. периодтық кестесі	[1-2]	2 апта	ағымдағы	2 апта
1 зерт.жұм.орындау	Оптикалық микроскоп құрылғысымен танысу	[8]	2 апта	ағымдағы	2 апта
СӨЖ- бойынша есеп беру (тақырыптар 1, 2)	Тақырыптар бойынша  білімін тереңдету	[1-4, 9-10]	1-3 апта	ағымдағы	3 апта
2 зерт.жұм.орындау	Бірінші металлдағы кристаллизация үрдісімен танысу	[8]	2 апта	ағымдағы	3 апта
Тәж.саб. 2 сұрақтарын талдау	«Металлтанудағы термодинамика» пәні бойынша тереңдетіп оқыту	[2, 6]	2 апта	ағымдағы	4 апта
3 зерт.жұм.орындау	«Темір-цементит» диаграммасын және болаттардың микроқұрылымдарын және ақ шойындарды тереңдетіп оқыту	[8]	3 апта	ағымдағы	5 апта
К.Ж.№ 1	Жабылу және өтілген тақырыптар бойынша білімдік бақылау  1-4	[1-4, 6], дәріс конспекті		аралық	5 апта
СӨЖ- бойынша есеп беру (тақырыптар 3, 4)	Тақырыптар бойынша  білімін тереңдету	[2, 4, 6]	1-3 апта	ағымдағы	5 апта
Тәж.саб. 3 есеп шығару	«Екі және үш компонентті фазалық диаграмма» пәні бойынша тереңдетіп оқыту	[11]	2 апта	ағымдағы	6 апта
4 зерт.жұм.орындау	Темоөңдеуден кейінгі микроқұрылымды және болаттың қаттылығын тереңдетіп оқыту	[8]	2 апта	ағымдағы	7 апта
СӨЖ- бойынша есеп беру (тақырыптар 5)	Тақырыптар бойынша  білімін тереңдету	[6, 7, 11]	1-3 апта	ағымдағы	7 апта
5 зерт.жұм.орындау	Ыстыққа төзімді микроқұрылымды зерттеу	[2, 6, 8]	2 апта	ағымдағы	8 апта
Тәж.саб. 4 есеп шығару	«Фазалық құрам және легірленген болаттардың құрылымы» пәні бойынша тереңдетіп оқыту	[2, 5-8]	8 апта	ағымдағы	12 апта
К.Ж.№ 2	тақырыптар бойынша білімін бақылау 5-9	[2-7, 10, 11], дәріс конспекті		аралық	10 апта
СӨЖ- бойынша есеп беру (тақырыптар 6, 7, 8, 9, 10)	Тақырыптар бойынша  білімін тереңдету	[2-7, 10, 11]	5 апта	ағымдағы	11 апта
Тәж.саб. 5 есеп шығару	«Түсті металлдар негізіндегі қорытпалар» пәні бойынша тереңдетіп оқыту	[6, 12]	2 апта	ағымдағы	14 апта
Зерт.жұм. 6 орындау	Латунның микроқұрылымын зерттеу	[2, 11, 12]	1 апта	ағымдағы	10 апта
СӨЖ- бойынша есеп беру (тақырыптар11, 13)	Тақырыптар бойынша  білімін тереңдету	[1, 2, 6, 7]	1-3 апта	ағымдағы	14 апта
Зерт.жұм. 7 орындау	Металл емес материалдардың дымқылдылығын анықтау	[2, 11, 12]	1 апта	ағымдағы	14 апта
СӨЖ- бойынша есеп беру (тақырыптар14, 15)	Тақырыптар бойынша  білімін тереңдету	[2, 4, 10]	2 апта	ағымдағы	14 апта
8 зерт.жұм.орындау	Соққы кезіндегі резеңке жарамсыздық температурасын анықтау	[2, 11, 12]	1 апта	ағымдағы	14 апта
К.Ж.№ 3	14, 15 тақырыптар бойынша білімін бақылау	[2, 4, 10], конспект лекций		аралық	15 апта
Реферат	Реферат тақырыбы бойынша білімін тереңдету	[1,2,6,7], период. шығ.	Семестр ішінде		15 апта
Емтихан	Курс бойынша бақылау	Барлық ұсынылған әдебиеттер, (негізгі және қосымша әдебиеттер, қысқаша дәріс конспектілері)		қорытынды	Сессия кезінде

 

         3 Дәрістердің қысқаша жазбасы

 

Тақырып 1 Металлдардың электрондық теориясы (1сағат)

Дәріс жоспары:

1. Физикалық материалтанудың кіріспесі.

2. Фазалық құрылғының, материалдардың құрамы мен қасиеттерін, физикалық материалтануда қолдануын  зерттеу әдістері.

3. Металлдың электрондық теориясы. Шекараның пайда болуы. Қарапайым және өтетін металлдың энергиялық шекарасы.

Физикалық материалтану — фазалық өзгеріс және құрылымның өзгерісі, өңдеу режіміне және материалдың химиялық тәуелділігінің, фазалық құрам құрылуының ғылымы болып табылады, сонымен қатар халықтық шаруашылықта кеңінен қолданылады. Физикалық материалтануда металлографияда сияқты эксперименттік және фазалық құрамның теориялық (есептік) зерттеу әдістері, құрылымдар және физика-химиялық және материалдардың механикалық қасиеттері қолданылады. Эксперименттік әдістерге мыналар жатады:

– оптикалық және электрондық микроскопия;

– рентгенография;

– химиялық және рентгеноспектрлік нәтижелер.

Металлдың эксперименттік зерттеу әдістері тік (құрылымдық) және қисық болып екіге бөлінеді. Олардың барлығы құрылым аралыққа және фазалық күйге тәуелді, бір жағынан, және көрсеткіштің басқа қасиеті жағынан да тәуелді болады.

Тік әдіске микроқұрылымды зерттеу және микроқұрылымдарды оптикалық және электрондық микроскоп арқылы.

Қисық әдіс зерттеуге термиялық нәтиженің әдісі, тұрақты температурадағы электркедергі құрамына тәуелділік нәтижесі (бұл әдіс физика-химиялық нәтиженің мысалы реті болып табылады) және т.б. жатады.

Жиналған экперименттік материалдар, құрылым затты мінездейтін, электрондардың құрамын және басқа микрообъектілері классикалық механика негізінде басқаша түрінде жазылуы мүмкін. Микробөлшектер кванттық механикаға бағынады, ол қазіргі заманға сәйкес атом моделі негізінде.

Кванттық механиканың негізгі жағдайларын қарастырайық.

Энергия шығады және бөлек порция ретінде жұтып алады – кванттармен. Сондықтан, микробөлшек энергиясы секіргіш ретінде өзгертіледі.

2. Электрондар және басқа микробөлшектер еселенген табиғатты иемденеді: бір жағынан, олар бөлшектің қасиетін көрсетеді (мысалы, салмақты және зарядты иемденеді), ал екінші жағынан, қозғалыс кезінде олар электрмагнит толқын қасиеттерін көрсетеді.

3. Кванттық механика микробөлшекте анықталған орбитаны көрсетпейді. Олар атмодық ядроның жанында орналасқан. Тек қана әртүрлі жерлердегі электрондардық орналасу ықтималдылығын қайда екенін анықтауға болады.

Энергиялық күй және қатты денедегі электрондардың қозғалысы. Мысалы

N атомын ойша кристаллдық торда орналастырайық, бірақ олардың аралары алыс болу керек. Мұндай жүйедегі атомдар тәжірибелік жағдайда әсерлеспейді және әр электрон атомдық деңгейдегі энергияға – боровкалық орбитаға сәйкес келеді. Енді бұл бөлінген атомдар реалды атомаралық деңгейге дейін қысылады. Бұл келісім, атом арасында әсерлесуге тәуелділікті  және сәйкесінше электрондар күйін өзгертеді, изолирленген атомдар қасиеті қатты дене қасиетіне аусыады. Мысалға құйманы қарастырайық. Бұл таңдау өте қолайлы, өйткені құйма – қарапайым элемент, қарапайым қатты күйде болады, толықтырылған қабықшада  екі электрон құралған және бір валенттік электрон. Төменгі сатыда екі электрон бар, ал үстінгіде – бір. Атомдар жақындаған сайын бірнеше эффект пайда болады. Оның біреуі электростатика заңы бойынша түсіндіріледі, ал басқалары типтік кванттар болып табылады. Әр электронға енді тек қана атом ядросы ғана әсер етпейді, сонымен қатар көршілес атом ядросы да әсер етеді. Тартылған электрон, бұл атомдағы ядро байланысын әлсіретеді, потенциалдық барьердің биіктігі, бөлінген атомдар, ал келесі, кішірейтіледі және валенттік электрондар байланыс энергиясы да кішірейтіледі. Валенттілік электрондардың көрші атомдарға әсері және  ішкі толтырылған қабықшадағы электрондар әртүрлі болады. Ішкі қабықшалардың электрондары, қатты денедегі атомдар араларының күйлерінің өлшемі, көршілес атомдар әрқалай әсер етеді, ол атом ядросына қарағанда алыста орналасқан. Соған қарамастан қатты денедегі нәтижесінде туннельдік эффект пайда болатын қозғалыс электрондар атомдары атомдарға әсер етеді, сонымен қатар ол бір деңгейдегі атом күйдегі барлық электрондарға да әсер етеді. Анықталмаған ∆ετ ~ ħ сәйкес, өмір уақытын байланыстыратын электрондар τ кейбір күйдегі анықталмаған оның энергиясы ∆ε – деңгей ені, туннельдік өткізгіш электрондар атомдағы электрондар энергиясының кеңеюіне әсер етеді және кристаллда пайда болатын энергиялық сызық (шекараны) ені ∆ε ~ ħ/τ. Сондықтан туннельдік ықтималдылық 1/τ атом арасындағы потенциадық барьер U биіктігі экспоненциальды әсер етпейді,  1/τ ~ exp(-α√U), мұндағы α – тұрақты, тереңдегі ішкі дәрежеге арналған энергиялық шекараның ені өте аз және электрондардың мұндай деңгейін тордағы түйіндегі локализделінген болып табылады. Сондықтан атомдық ядро барлық ішкі электрондармен қатты денеге бір атомдық құрам ретінде – берілген йод элементі кіреді.

Қолданылатын әдебиет:

1. [3] стр.5-14.

2. [6] стр.20-27.

3. [9] стр.64-207

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 1-тақырып [1, 3, 6, 9]

1. Кванттық механиканың негізгі жағдайлары.

2. Бос электрондардың пошталық моделдері.

3. Бинарлық қорытпалар.

4. Жылулықтың пайда болуы.

5. Магнетизм.

 

 

 

 

 

Тақырып 2 Таза металлдардың құрылысы (1сағат)

Дәріс жоспары:

1. Атомдардың электрондық құрылысы. Элементтің периодтық жүйесі. В тобындағы кристаллдық құрылымдар. Екі қысқа период. IA және IIА топтар. Өтетін металлдардың топтары IB және IIВ. В тобындағы металлдар. Қасиеттің қысқаша жазбасы. Анизотропия.

2. Кристаллдағы байланыс күші. Иондық байланыс. Коваленттік байланыс. Ван-дер-Ваальс байланысы. Металлдық байланыс. Резонанстық байланыс. Полиморфтық ауысу.

3. Металлдағы фазалық ауысымдар және құрылым өзгерістері. Металлдардық кристалдануы. Сығымдама құрылымы.

4. Металлдық беріктілік және пластикалық деформациясы.

 

Химиялық элементтің электронндық қабықша атомы. Атомдардың құрылу теориясы заңға сәйкес, ол микробөлшек қозғалысын (электрондар, атомдар, молекулалар) және олардың жүйелерін (мысалға, кристаллдар) суреттейді. Микробөлшектердің салмақтары мен бөлшектері микроскопиялық денемен салыстырғанда оның салмағы мен өлшемі аз. Сондықтан бөлек микробөлшектің қасиеті микроскопиялық денемен салыстырғанда сапалы қасиетімен және заң түріндегі қозғалысымен айырылады, ол классикалық физикамен оқытылады. Қозғалыс және микробөлшектердің әсерлесуі (немесе толқындық) кванттық механика суреттеледі. Ол кванттық энергияға, микробөлшек қозғалысындағы толқындық мінезге және микрокөлемдердің ықтималдылық әдісіне (статистикалық) негізделеді.

Кеңістіктегі ядро жанындағы облыс, электрондардың пайда болу ықтималдылығын орбиталды деп атайды. Шекаралас жазықтықтың пішіні мен өлшемін орбиталдың (электронндық қабықша) шекарасы мен жазықтығы ретінде де санауға болады. Пішін орбиталды және электронндық қабықша пішін мінездемесіне орбиталды кванттық санды l енгізуге болады. Өткізілетін l белгіленген сан басты кванттық санымен n анықталады.  Кванттық сан l мына мағынаны береді: 0, 1, 2, 3, …(n – 1). Орбиталды кванттық санды әріптер арқылы белгілу керек:

Орбиталды кванттық l      1 2 3 4  5

Белгіленуі               s p d f   h

Әрбір кванттық санның белгіленуі орбиталдық сан мына белгілерді қабылдайды, 0 и (n – 1) аралығында болуы тиіс:

Басты кванттық сан n	Орбиттық кванттық сан  l	Орбиталдың белгіленуі (электрондық бұлттар)
1 2 3 4	0 0, 1 0, 1, 2 0, 1, 2, 3	1 s 2 s, 2 p 3 s, 3 p, 3 d 4 s, 4 p, 4 d, 4 f

Осылайша, бірінші энергиялық электрондық деңгейі (n =1) тек қана бір пішінді орбитал, ал екінші энергиялық электрондық деңгейіне (n =2) екі пішінді орбитал, ал үшіншіге үш және т.с.с.  сәйкес.

Кванттық-механикалық есептеуге сәйкес s–орбиталдар шар тәріздес пішінді, p-орбиталдар – гантел пішінін,  d- және f- орбиталдар – көбірек қиын пішінді иемденеді.

Басты кванттық сан электрондық күй белгілеу кезінде орбиталды кванттық санының алдында белгіленеді. Мысалы, 4s электрон,  мұндағы  n = 4 және l = 0 (қабықша санды иемденеді); 2p электронды белгілейді, мұндағы n = 2 және l = 1( қабықша гантел пішінін иемденеді) және т.с.с.

Кеңістіктегі мінезделген орбиталды орналасу үшін магниттік кванттық сан m_l қолданылады.

Магниттік кванттық санның белгіленуі орбиталды кванттық санға тәуелді және (2 l + 1) тең.

s-бір орбиталды күйге жауап береді, p-күйге – үш, d-күйге – бес, f-күйге жеті және т.с.с. Бірдей энергиялы орбиталдар азғындар. Осылайша, p-үшқысқартылған күй азғындалады, d-күйі — бесқысқартылған, f-күйі – жеті қысқартылған және т.с.с.

Атомдық спектрлердің жіңішке құрылымын оқытуы, қабықша өлшемінің айырылуының айырмашылығын көрсетеді, олардың пішіндері және бір-біріне сәйкес келетін электрондар спинмен айырылады (Спин ағылшынша – «қозғау», «айналдыру»). Спинді өз осіндегі электрондар айналысындағы ұршық айналыс тәрізді ұсынуға болады. Электронның спиндік мінездемесі үшін төртінші кванттық сан m_s енгізіледі, оны спиндік деп атайды.  Ол +1/2 және -1/2 бір немесе белгілерді магниттік дала егістікке тәуелді.

1925 жылы В. Паули принципі айтылды: атомдарда екі электрон болу мүмкін емес, өйткені барлық төрт кванттық сандар бір жиынтықты иемденеді. Паули принципінен, бір орбиталда тек қана екі электрон ғана болуы мүмкін.

Сондықтан, s-күйде (бір орбитал) екі электрон болуы мүмкін, p-күйде (үш орбитал) – алты, d-күйде (бес орбитал) – он және т.с.с.

Берілген энергиялық дәреженің сан орбиталы n² тең, энергиялық дәреженің құрамының сыйымдылығы 2n² электрондарды құрады.

Электрондық қабықшаның конфигурациясы қоздырылмаған атом оның зарядтық ядросымен анықталады. Бір белгілі басты кванттық санның n электрондары аспан өлшемі бойынша жақын кванттық қабат пайда болады.   n + 1,2,3,4 … қабаттарымен мына әріптерге сәйкес K, L, M, N, … белгілейді. Ядро белгілі бір өлшемде жойылса, онда қабаттардың сыйымдылығы жоғарылайды және сәйкесінше 2n² белгісі құрады: 2 (n=1, қабат K), 8 (n=2, қабат L), 18 (n=3, қабат M), 32 (n=4, қабат N) электрондар.

Кванттық қабаттар қабат астылармен құралған, бірдей белгілі орбиталды кванттық санымен l қосылады. Қабат асты орбиталдардан тұрады.

Атомдардың күйлері көбірек берік, олардың электрондары ең төмен энергияны иемденеді, яғни ядро қабаттарынан табылады. Энергиялық күйдің жүйелігі көпэлектронды атомның орбитал осі бойынша энергиялық орбиталдың өсу қатары келесі атомдар түрінде көрсетілген: 1s < 2s < 2p < 3s <3p < 4s ≈ 3d < 4p <  5s ≈ 4d < 5p < 6s ≈ 5d ≈ 4f и т.д.

Берілген қабықша асты орбиталды толтыру жөнімен Хунда ережесіне бағынады: Порядок заполнения орбиталей данного подслоя подчиняется правилу Хунда: берілген қабықша астының электрондарының жиынтық спиндік саны максималды болуы тиіс.

Орбиталда бір электрон болса, онда бұл ереже энергиялық түрде пайдалы. Басқа сөзбен айтқанда, берілген орбитал қабықша астын ең бірінші бір-бірден толтырады, сосын екі-екіден. Қарама-қарсы электрондар спиндері бір және басқа орбиталда екі электронды аспан пайда болады және олардың жиынтық спиндері нолге тең.

Барлық заттар атомдардан тұрады. Атом зарядталған жағымды ядродағы жүйені құрады, оның жанында жағымсыз электрондар айналады. Электрондар ядроға жақындайды және және бір-бірімен итеріседі. Ядроға жақын орналасқан электрондар үлкен тартылысқа ұшырайды, олар ішкі электрондарды тартылысты әлсіретеді және олар ядродан алыс қашықтықта орналасқан. Ішкі электрондар бір атомнан екінші атомға қазғыланады және олардың ішкі электрондар саны өзгереді, басқа атомға қосылады. Мұндай электрондар валенттілік деп атайды. Әртүрлі заттың атомдары әртүрлі валенттілік сандарды құрады. Бір немесе бірнеше жоғалтқан атомдар жағымды зарядталған ион болып табылады. Өзіне бос электрондарды қосқан атомдар, жағымсыз зарядталған ион болып табылады.

Атомдардан молекулалар құрады. Молекулардағы атомдардың қосылу байланысы химиялық деп аталады. Басқа заттармен қосылған атомдардың қабілеттілігі және пайда болған молекулалар химиялық қасиет затымен анықталады. Молекула заттың ең төменгі бөлшегі болып табылады, ол оның химиялық қасиетін сақтап қалады. Заттың атомдар арсындағы химиялық байланысы коваленттілікке (атомдық), иондық, металлдық және молекулярляқ деп бөлуге болады.

Түр байланысының құрылымға және қаситеке әсері. Кристаллда пайда болатын элементарлық бөлшектер атомдардың түр байланысы өзара әсерлесуге тұратын электрондық құрылуымен анықталады. Кристаллдағы элементарлық бөлшектер анықталған ара қашықтыққа жақындайды, ол кристаллға көп термодинамикалық тұрақтылықты қамтамасыз етеді.  Бөлшектер жақындауының арақышықтығы кристаллда қозғалатын өзара әсерлесу күшімен анықталады. Жақындау күші өз атомының жағымды зарядталған ядросымен өзара әсерлесу электрондар көмегі арқылы, сонымен қатар көрші атомдардың зарядталған ядросы да пайда болады. Тебу күші жақындау кезіндегі көрші атомдардың зарядталған ядролардың өзара әсерлесу жағымды нәтижесі кезінде пайда болады.

Тебу күші күшті жақындау нәтижесінде болады және жақындау күшіне қарағанда интенсивті түрде өседі. (сур.2.1). d_о арақашықтығындағы элементарлық бөлшек жақындау кезінде тегістеуөлшем күші пайда болады. Бұл жақындауға Е_св минимум энергиялық байланыс сәйкес келеді, сондықтан кристаллды термодинамикалық тұрақты болады. Ол балқыту температурсын, булану, серпімділік модулі, сызықтық кеңеюінің температуралық коэффициенті және басқа қасиеттерді анықтайды.

Сурет. 2.1 Әсерлесу күшінің өзгерісі (а) және кристаллдағы атомдардың жақындау кезіндегі энергиялық байланыс (б)

 

Барлық кристаллдар байланысқа басым мінездеме бойынша молекулярлыққа, коваленттілікке, металлдылыққа және иондыққа бөлінеді. Көбінесе бұл күштер коваленттілік байланыспен кристаллдарда анағұрлым болады.  Иондық байланыспен ол бірнеше кіші және металлдық байланыспен одан да кішірек болады. Молекулярлық кристаллда бұл күштер байланысы минимум ретінде қарастырылады. Бірақ мұндай бөлу шартты түрде болады, кейбір жағдайда тек қана бір түрлі байланысқа ғана емес бірнеше байланысқа да әсер етеді.

Молекулярлық кристалдар. Бұл кристаллдар Ван-дер-Ваальс байланысында басымдылық көрсетеді. Мұндай байланыс кез-келген элементарлық бөлшектермен пайда болады (иондар, атомдар, молекулалар), бірақ көп кристаллдар үшін басқа белгілі күштерге қарағанда азырақ.

Кристалдарда инерттік газдар байланысы Ван-дер-Ваальс тек қана жалғыз, сондықтан ол кристаллдың қасиетін және құрылымын анықтайды.     Аргон басқа инерттік газдар тәрізді үлкен қысымда және өте төмен температурада сұйық және қатты күйге ауысады.

Инертті газдардың атомдары толық құрылған энергиялық дәрежені иемденеді, сондықтан атомдардың жақындауы кезінде электрондармен ауысу мүмкін емес. Атомдар арасындағы жақындау күштің пайда болуы жақындау кезінде атомдардың тез арада поляризациялануымен түсіндіріледі (сурет. 2.2).

Сурет. 2.2 Аргон атомының жақындауы кезінде диполдің пайда болуы

 

Аналогиялық күштер молекула арасында H₂,N₂,Cl₂екі атомдар газдардың кристалдары қаныққан байланыспен әсерлеседі, үлкен қысымда және өте төмен температура кезінде пайда болу мүмкіндігі бар; кристалдарда   J₂, CO₂, сонымен қатар СН₄ және қалыпты шарт кезіндегі —  басқа органикалық заттарда да (полиэтиленде, фторопласта) әсерлеседі.

Ван-дер-Ваальс күші бағытталған мінездемені иемденбейді, сондықтан көрші әр атомдармен бірге тез арада диполь пайда болады. Нәтижесінде атомдар кристалдық торда көрші санын үлкейтеді, көбіне компактілік бейнеде жатқызылады. Инерттік газдарға арналған торлардың түрлері ГЦК торы болып табылады, түйінде атомдар орналастырылады.

Иод кристалы ромбалы шекараорталықтандырылған торды иемденеді (сурет.2.3), түйінде молекулалар орналасқан.

Сурет. 2.3 Иодтың кристалдық торы

 

Ван-дер-Ваальс күшінің байланыс энергиясы үлкен емес, сондықтан молекулярлық кристалдар балқытудың төмен температурасын және булануын қамтамасыз етеді. Қарапайым шарт кезіндегі арасындағы көбісі – газдар. Молекулярлық кристаллдар – диэлектрлер, нейтралды электрлік атомдардан құралған кристал (молкуладан), мұндағы энергиялық шекаралар толығымен құрылған.

Полимерлер үшін аз энергиялық байланыс сызықтық кеңеюдің үлкен температуралық коэфициентті анықтайды.

Молекулярлық байланыстың басты түрі болып су байланысы табылады, ол екі иондар арасында орналасқан ион сутек арқылы пайда болады (протон). Сутектік байланыс сутек молекулаларымен және кейбір органикалық қосылыстармен бірігеді.

Коваленттік кристалдар. Бұл кристалдар коваленттік байланыс түрін қамтамасыз етеді. Олардан элементтер IV, V, VI топтар асты В пайда болады. Олар электржағымсыз, сондықтан ол үлкен потенциал ионизациясын иемденеді және басқа топтағы элементтердің әсерлесуімен енеді, өзінің валенттілік шекарасымен салып бітіреді (әртүрлі атомдардың беріктік валенттілік электрондары пайда болады); бір-бірімен әсерлесу кезінде атомдар көрші атомдармен бірге ортақтасады, сонымен бірге валенттілік шекараны салып бітіреді.

Коваленттік кристаллдар атомдарды, көміртектерді, кремнии, германии, сурьма, висмут және т.б. – ды пайдаға әкеледі.

Олармен электрондар жалпыланатын атомдар саны, элементтің валенттілігіне байланысты болады және (8 – N) ережесіне сәйкес анықталуы мүмкін, мұнда N – элементтің валенттілігі. Мысалы, көміртегінде бұл сан 4-ке тең, яғни көміртегі атомының төрт валенттілік электроны бар, ол олардың көмегімен төрт бағытталған байланысты құрайды және төрт көршілес атоммен алмасулық өзара әрекеттеседі.

Мұндай жалпылама түсінікті қарапайым жүйеден яғни – сутек молекуласынан бастаған жөн. Бұл жағдай коваленттік байланыстың типтік мысалын ұсынады, антибағыттағы қабырғалардың екі электрондармен жүзеге асады. Екі протонды электрлік шекарада екі электрон болады. Екі электронды сутек молекулалары екі атомға жатады, және валенттік шекараның соңынан, барлық уақыт бойы бір атомнан екінші атомға «көшеді», сосын коваленттік ауысым күші пайда болады.

Кристалдық тордың өзегіндегі коваленттік кристалдарда атомдар орналасқан, олардың арасында сол баяғы күштер әсер етеді.

Мысалы, көміртек атомы төрт валенттік электронды иемденеді, сосын төрт бағыттық байланысты иеленеді және төрт көрші атомдарымен аусымдық өзара әсерлесуге кіріседі. Әр сыңар атомдар арасында валенттік электрондармен ауысым пайда болады, молекуладағы атом сутек тәрізді.

Көміртек табиғатында екі кристалдық пішін кездеседі (сурет. 2.4.). Екі кристалдық торлар әр атомдардың төрт көршілермен мінезделеді. Қиын алмас торында барлық төрт көршілер орталықтандырылған атомдардан бірдей қашықтықта орналасқан (штрихталған сыязықта жақсы көрсетілген).

Графиттің гексогональдік қабатталған торындағы төрт көршілердің біреуі (2.4 суреттегі қалың сызықты қара) айтарлықтай жойылуға сәйкес келеді. Басты жазықтық торындағы үш атом арасында коваленттік күштер әсерлеседі, ал басты арасында Ван-дер-Ваальс күші төмен болады. Деформация графиті кезінде бірінші жағдайда қабатталған байланыс арасы қирайды, графиттің төмен қаттылығы сонымен түсіндіріледі. Сызықтық коэффициент кеңеюі өте үлкен  Ван-дер-Ваальс күшіне бағытталған байланыс.

                  а                                  б

Сурет. 2.4 Алмас (а) және графиттің (б) кристалл торлары

 

Коваленттік байланыс бағытталғандықтан сипатталады, өйткені әрбір атом көршілес атомдардың белгілі санымен алмасулық өзара әрекеттеседі. Осының салдарынан коваленттік кристалдардағы атомдар шағын түрде салынбайды және аз координаталық саны бар кристалл құрылымдары құрайды. Алмастың кубтық торы координациялық сан 4 (К4) иемденеді.

Атом аралық байланыстардың бағытталғандығы және тығыз салынбаған кристалл құрылымдар төмен икемділікке және жоғарғы қаттылыққа әкеледі (алмас ең қатты материал).

Байланыстың үлкен энергиясы салдарынан коваленттік кристалдар жоғарғы балқу (алмаста ол 5000^оС тең) және булану температураларымен сипатталады.

Мұндай байланыс кезінде валенттілік шекараның тотыруының пайда болуы коваленттік кристаллдарды жартылайөткізгіштікке және диэлектрикке айналдырады. Алмаз – жартылай өткізгіш. Графиттің жақсы электрлік өткізгіші Ван-дер-Ваальс байланысының төрт ковалентті біреуімен айырбас болуымен түсіндіріледі,  сосын нәтижесінде электр токтың иеленушілігі пайда болады.

Коваленттік кристалдарда электр кедергісінің температуралық уоэффициентінің теріс мәні бар, яғни қыздырған кезде электр кедергісі төмендейді. Коваленттік кристалдарға әр текті атомдардан тұратын, көптеген күрделі кристалл заттар жатады, мысалы кремний карбиді, алюминий нитриді, бор нитриді және т.б. Кейбір органикалық қосылыстардың; полиэтиленнің (С₂Н₄)_n, политетр-фторэтиленнің (С₂F₄)_n молекулаларының коваленттік байланысы бар, сонымен бірге бұл материалдағы жеке молекулалар арасында молекулалық байланыстар құрылады.

Коваленттік байланыстың алуан түрлі донорлық-акцепторлық байланыс болып табылады, ол электронды (донорды) беруге қабілетті атомның және осы электронды (акцепторды) қабылдауға қабілетті атомның арасында пайда болады. Мұндай материалдардың мысалы мышьяктың қосылыстары – галлий Ga және индий InAs арсенидтері болып табылады.

Металдық кристалдар. Бұл оларда байланыстың металдық типі басым болатын кристалдар. Оларды барлық А қосымша тобының және В қосымша тобының I – III  элементтері құрайды. Металл кристалында басқа топтар элементтерімен өзара әрекеттескенде атомдар өздерінің валенттілік электрондарын оңай береді және оң ионға айналады.

Бір-бірімен өзара әрекеттескенде еркін қосымша деңгейлермен огртақ аумақты құрып, атомдаодың валенттілік энергетикалық аумақтары жабылады. Бұл валенттілік электрондардың осы аумақ шегінде еркін орын ауыстыруына мүмкіндік береді. Барлық кристалл көлемінде валенттік электрондар жалпыланады.

Сөйтіп, металдағы валенттік электрондарды жоғалған немесе алынған атомдар деп санауға болмайды. Олар онда мұндай жалпылану атомдардың бір жұбымен шектелген, коваленттік кристалдардан ерекшелігінде, барлық кристалдың көлемінде атомдармен жалпыланған.

Металдық байланыс бағытталмаған, өйткені әрбір атом өзіне мүмкіндігінше көп көршілес атомдарды тартуға ұмтылады. Мұның салдары жоғары координациялық сан және металлдардың кристалл құрылымдарының үлкен жинақтылығы болып табылады. ГЦК және ГПУ кристалдық құрылымдары үлкен координациялық санды иеленеді. Ni, Ag, Cu, Fe, Pt, Al, Pb металдарында ГЦК торы бар. Көптеген металдарда гексагональды тығыз салынған тор бар, бірақ тек Mg пен Co-ға ғана иондардың сфералық симметриясына сәйкес келетін,  с/а = 1,633 қатынасы бар

С/а-ның 1,633 мәнінен ауытқуын коваленттік байланыстың және осы сфералық емес симметрияның нәтижесінде пайда болған атомдардың бар болуымен түсіндіріледі. Бұл жағдайда, металдық өзара әрекеттесуден басқа, онда атом созылған бағытта коваленттік өзара урекеттесу пайда болады. Кристалда сфералық емсе атомдар өзінің үлкен осімен z осінің бойында орналасқанда с/а қатынасы  1,633-тен артық болады (Zn, Cd). Атомдар кіші осімен z осінің бойында орналасқан с/а қатынасы 1,633-тен кем болады (Be, Ti_α, Zr_α).

Коваленттік байланысының сыбағасының пайда болуы және атомдардың сфералық емес симметриясы ОЦК кристаллдық құрылыммен пайда болатындығымен түсіндіріледі. Fe_α, Cr, Mo, W, V, Ta, Ti_β, Nb, Zr_β ОЦК торы бар. Мұндай құрылым салудың үлкен тығыздығын иеленбейді.

Металдардың және кейбір металл еместердің арасында полиморфизм құбылысы – қатты күйде әр түрлі темперутараларда (қысымда) кристалдық құрылымдардың әр түрлі типтерінің болу қабілеті. Бұл кристалл құрылымдарды аллотропиялық пішіндер немесе түр өзгертушіліктер деп атайды. Төмен температурада түр өзгертуді — α, ал жоғарғы температурада β, γ, δ және т.б.

Белгілі температура мен қысымда түр өзгертушіліктің тұрақтылығы термодинамикалық потенциалдың мәнімен (еркін энергиямен) анықталады

G = H – ST.

Берілген температурада термодинамикалық потенциалдың кіші алгебралық мәні бар түр өзгертушілік аса тұрақты болады, оған Н кіші энтальпияның, не болмаса  S үлкен энтропияның есебінен қол жеткізілуі мүмкін.

Металлдық кристалдарда ГПУ және ҚЦК тығыз жинақталған құрылымдары (сурет. 2.5) кіші энтальпия салдарынан төмен температураларда тұрақты (Т₁-ге дейін) болады. КЦК аса «борпылдақ» құрылымынң үлкен энтропиясы бар, сондықтан жоғары температураларда тұрақты. Мұнымен көптеген металдарда Ti, Zr, Fe,U. Стабильность ОЦК решетки в  железе и при низких температурах связывают с возрастанием электронной составляющей энтропии.

Сурет. 2.5 Қыздыру кезінде металлдың екі түр өзгертішілігінің термодинамикалық потенциалының өзгеруі

 

Модификация тұрақтылығы байланыс типінің өзгеруімен ауысуы мүмкін. Төмен температура кезінде коваленттік байланыстың үлкен энергиясының арқасында, сонымен қатар, және энтальпия аздығы модификация қалайысы алмас торымен Sn_α тұрақты, ал қыздыру кезінде  Sn_β металлдық байланыстың әсері көбірек модификациясы ауысады.

Температуралық полиморфизм отз шақты металдарды иемденеді  (кесте. 2.1). Жоғарғы температуралы модификацияны 20 – 25^оС температура кезінде ұзақ уақытқа дейін тез суытады, сонымен қатар мұндай температура кезінде атомдардың төмен диффузиялық жылжымалылығы тордық қайта құруына қабілетті емес.

Полиморфизм температура және қысым кезінде әсер етеді. 2000^оС  қыздыруға дейін және 10¹⁰ Па қысым кезінде графит тәрізді пішіндегі көміртек алмазда қайта кристалданады. Темірдегі өте үлкен қысым кезінде ГПУ гексагональдік тормен төмен температуралық модификация табылады.

Қысым өсуі төмен температура кезіндегі тығыз жинақталған модификациядағы тығыз жинақталған құрылымға әкеліп соғады. Үлкен қысым кезінде Ge, Si, Sn_α тетрагональді көлем-орталықтандырылған торымен (К=8) металлдық кристалдағы  коваленттік кристалдың алмазға (К=4) ауысуы болып табылады.

Кесте 2.1

Полиморфты металдардың кристалдық құрылымы

Металл	Кристалдық тор	Берілген модификация кезінде темпетарураның аралығы, оС
Титан	ГПУ ОЦК	882 дейін 882 — 1668
Цирконий	ГПУ ОЦК	862 дейін 862 — 1852
Қалайы	Алмаздық ТОЦ	13 дейін 13 — 232
Уран	Ромбтық ТОЦ ОЦК	663 дейін 663 – 764 764 — 1130
Темір	ОЦК ГЦК ОЦК	до 911 911 – 1392 1392 — 1539
Кобальт	ГПУ ГЦК	до 477 477 — 1490

 

Металлдық байланыс энергиясы коваленттік энергия байланысына қарағанда біршама аз, сондықтан көп металдар коваленттік кристалдармен салыстырғанда, балқудың, беріктіктің, буланудың төмен температурасын иемденеді, бірақ   сызықтық коэфициент кеңеюінің температурасы жоғары болады.

Көп жағдайда эергия байланысының өсуі Е_св балқу температурасы t_пл, беріктік модулі Е_{беріктік},  өзіндік диффузияның энергия активациясы Q_диф өседі; сызықтық кеңею коэффициенті α керісінше өседі.

Заңсыздық экспериментальдік түрде табылған және шығару түрін иемденеді. Олардың санында: Ве-да беріктік модулі аномальді түрде аса көтеріледі, олардың қорытпалары жоғарғы қаттылықтағы материалды иемденеді. Ti және Zr металдары тек қана беріктік модулі тәрізді төмен белгіні иемденбейді, сонымен қатар  өзіндік диффузияның энергиялық белсенділігін иемденеді. Соңғысы төмендетілген ыстыққа төзімділікпен түсіндіріледі.

Метал емес байланыстың бағытталмағандықтан және металдық кристалдар тығыздалған жинақтылықтың пайда болуы көбірек берік және коваленттік кристалға қарағанда аз ғана қатты.   Жақсы электр өткізгіштік валенттілік энергиялық шекарадағы бос дәреже астындағы бар болуды керек етеді.

Металдық кристалдағы электр кедергінің температуралық коэффициенті  жағымды белгіні иемденеді, яғни қыздыру кезінде электрлік кедергі өседі.

Иондық кристалдар. Әр түрлі валенттілікті элементтерден тұратын, күрделі кристалдарда иондық байланыс типінің құрылуы мүмкін. Мұндай кристалдар иондық деп аталады.

Атомдар жақындасқанда және элементтер арасында валенттік энергетикалық аумақтар жабылғанда электрондар қайта бөлінеді. Электрлік оң элемент оң ионға айналып, валенттік электрондарын жоғалтады, ал электрлік теріс элемент инерттік газдардағы сияқты, өзінің валенттік аумағын тұрақты конфигурацияға дейін толықтырып салып, оларды иеленеді. Сөйтіп, иондық кристалл түйіндерінде иондар орналасады.

Бұл топтың өкілі – FeO оксидінің кристалы, оның торы оттегінің теріс зарядталған иондарынан және темірдің оң зарядталған иондарынан тұрадын.

Иондық байланыс кезінде бір молекула атомдарының (темірдің бір атомы және оттегінің бір атомы) арасында валенттік электрондар қайта бөлінеді.

Коваленттік кристалдар үшін координациялық сан К, ал осыдан, тордың мүмкін типі де элементтің валенттілігмен анықталады. Иондық кристалдар үшін координациялық сан металл және металл емес иондар радиустарының ара қатысымен анықталады, өйткені әрбір ион өзіне барынша көп қарама-қарсы таңбалы иондарды тартуға ұмтылады. Тордағы иондар әр түрлі диаметрлі шарлар сияқты салынады.

Металл емес ионның радиусы металл радиустан артық, және сондықтан металл иондар кристалл тордағы металл емес иондарымен құрылған қуыстарды толтырады. Иондық кристалдарда координациялық сан берілген ионды қоршайтын, қарама-қарсы таңбалы иондардың санын анықтайды.

FeO үшін координациялық сан 6-ға тең болады, өйткені металл радиусының металл емес радиусына ара қатысы 0,54-ке тең (анықтамалық деректер). 2.6-суретте FeO кристалл торы келтірілген. Оттегі иондары ГЦК торды құрайды, онда темір иондары қуыстарды алады. Темірдің әрбір ионы оттегінің алты ионымен қоршалған, және, керісінше, оттегінің әрбір ионы темірдің алты ионымен қоршалған. Осыған байланысты иондық кристалдарда оларды молекула деп санауға болатындай, иондар жұбын атап көрсетуге болмайды. Буланған кезде мұндай кристалл молекулаларға ыдырайды.

Сурет. 2.6 FeO кристалл торы

 

Қыздырған кезде иондық радиустардың ара қатысы өзгеруі мүмкін, өйткені металл еместің иондық радиусы металл ионының радиусына қарағанда қарқындылық өседі. Бұл кристалл құрылым типінің өзгеруіне, яғни полиморфизмге әкеледі. Мысалы, шпинельдік кристаллдық тор қыздыру кезінде оксидте Fe₂O₃ ромбоэдрлікке ауысады.

Иондық кристалл байланысының энергиясы өзінің көлемі бойынша коваленттік кристалдар байланысының энергиясына жақын және металл және молекулалық кристалдардың байланыс энергиясына асады. Осыған байланысты иондық кристалдардың жоғарғы балқу және булану температурасы, жоғарғы серпімділік модулі және сығылғыштық пен сызықтық кеңеюдің төмен коэффициенттері бар. Электрондардың қайта бөлінуі салдарынан энергетикалық аймақтардың толтырылуы иондық кристалдарды жартылай өткізгіштер немесе диэлектриктер етеді.

Көпетеген иондық кристалдарда коваленттік байланыстың үлесі бар. Бір бірінің электрмагниттік өрістерінің әсерімен иондар полярланады және араласқан иондық-коваленттік байланыс пайда болады. Полярлану электрондық аумақтарды деформацияланады, оның нәтижесінде иондар сфералық симметриясын жоғалтады. Иондық кристалдарда коваленттік байланыс үлесінің өзгеруімен қасиеттері де өзгереді. Әр түрлі топтардың А^I В^VII,  А^II В^VI, А^III В^V, А^IV В^IV элементтерімен құрылған кристалдарда, ковалент тік байланыс үлесі А^I В^VII –дан А^IV В^IV дейін өседі. Төртінші топ элементтерімен құрылған, соңғы қосылыстарда коваленттік байланыс үлесі 90% құрайды және кристалдар басым көпшілігінде коваленттік болып табылады. Коваленттік байәланыс үлесінің ұлғаюы электр өткізгіштің ұлғаюын тудырады. А^I В^VII кристалдары – жартылай өткізгіштер.

Иондық байланысы бар қосылыстар әр түрлі қасиеттерді иеленеді, оларға типтік металдар мен металл еместер тән. Мұндай байланыстар органикалық емес диэлектриктер үшін аса тән, олардың өзінің құрамында қарама-қарсы таңбалы иондар (тұздардың көпшілігі және кейбір оксидтер, мысалы, ZnO, CdO, NiO, CuO₂) бар.

Анизотропия. Кристалл қасиеттерінің кеңістікте атомдардың (иондардың, молекулалардың) реттелген орналасуы нәтижесінде пайда болатын бағытқа тәуелділігі анизотропия деп аталады.

Кристалдардың қасиеттері атомдардың өзара әрекеттесуімен анықталады. Кристалда әр түрлі кристаллографиялық бағыттардағы атомдар арсындағы ара қашықтықтар әр түрлі, сондықтан қасиеттері де әр түрлі.

Анизотропия кристалдардың барлық қасиеттеріне тән. Анизотропия моноклинді және ромбтық құрылымдарды күрт айқындалады, бірақ кубтық құрылымдарда байқалмайды.

Симметрияның меншікті электр кедергіге әсерінің сипаты да сондай. Магниттік қасиеттер анизотропты және кубтық кристалдарда да сондай.

Кристалдар қасиеттерінің анизотропиясы жасанды жолмен алынған монокристалдарды пайдалану кезінде айқындалады. Табиғи жағдайларда кристалдар денелер – поликристалдар, яғни көптеген ұсақ әр түрлі бағдарланған кристалдардан тұрады. Бұл жағдайда анизотропия жоқ, өйткені атомдар арасында орташа статистикалық ара қашықтық барлық бағыттар бойынша шамамен бірдей болады. Осыған байланысты поликристалл денелерді жорамал бірдей деп санайды. Поликристалды қысыммен өңдеу процесінде әр түрлі түйіршіктерде бір индекстің кристаллографиялық жазықтықтары параллель бағдарлануы мүмкін. Мұндай поликристалдарды текстураланған деп атайды және олар монокристалдарға ұқсас, анизотропты.

Барлық металдарда болатын, негізгі фазалық түрлендіру кристалдандыру, яғни металдың сұйық күйден қатты күйге өту процесі болып табылады. Кристалдану үрдісінде зерделеудің материал тану үшін маңызды мәні бар, өйткені принципінде кристалдандыру заңдары барлық түрлендірулер, соның ішінде қатты күйіндегі металдар мен қорытпаларда болатын түрлендірулер үшін де дұрыс болады.

Кристалдану үрдісін түсіну үшін, ең алдымен, сұйық металдың құрылымын қарастыру керек, сәйкесінше шарт түрінде кристалдар пішінделеді. Қазіргі заманға сәйкес, физикалық қасиеттерге және сұйық металдар құрылымына негізделген, бұл жағдайдағы металл өзінің құрылымы бойынша газ тәріздіге қарағанда, қатты денеге жақын. Көбінесе сұйық металдың жылусыйымдылығы қатты металдың жылусыйымдылығына қарағанда  10% ғана жоғары, онда бұл қасиет бойынша да өлшемнің айырмашылығы сұйық металл арасында және газ тәрізді күйде 25-30% және одан көбірек құрады.

Құрылымды зерттеулер, 40-50 жылдардағы В.И. Данилмен берілген металдағы сол координациямен сұйық металда атомдардың топтары пайда болады дер көрсетті. Бұл топтар өте кішкентай олардың күйлері динамикалық тұрақсыз болады, сосын бір жерде пайда болады және сорады. Жақын тәртіп деп аталатын бұл атомдар топтары тек қана сәйкес шарттарда ғана тұрақты болады.

Кристалдану үрдісінің басты заңдылықтары. Термодинамика заңдарына сәйкес кез келген заттың жаңа күйі егер оның бос энергиясы алғашқы күйдегі тура сол заттың бос энергиясынан кем болған жағдайда пайда болуы мүмкін. Бұл ереже кристалдану үрдісінің теориясында негізгі болып табылады, яғни егер кристалдардың еркін энергиясымен металдың сұйық күйдегі көлемдік еркін энергиясына  ғарағанда, кем болған жағдайда пайда болуы мүмкін. Бұл жағдайды графитте қарастырамыз (2.7 — сурет). Осы графиктен, кристалдану үрдісі, яғни кристалдардың түзілуі Т_о төмен температура болғанда, яғни тиісті аса салқындату кезінде болуы мүмкін деген қорытынды шығады.  ∆ Т белгіленген, аса салқындату дәрежесі – бұл Т_о мен Т1 үрдісінің шынайы температурасы арасындағы айырым: Т_о – Т₁ = ∆ Т.

∆ Т қаншалықты артық болса, металдың сұйық және қатты күйі ((∆ G_V = G_L – G_S) арасындағы көлемдік еркін энергиялар шамаларындағы айырым соншалықты артық болады. Бұл шама кристалданудың қозғаушы күші болып табылады.

Сурет. 2.7 Металдың еркін энергияларын Т температураға байланысты (Т₀ — тепе-теңдік температурасы) сұйық G_Lжәне қатты  G_S күйлерге өзгерту.

 

Келтірілген графиктен сондай-ақ кристалдық металдың балқуы мүмкін болатын жағдайды анықтауға болады. Бұл температура > Т_о болғанда мүмкін, яғни сондай-ақ кейбір аса қыздыру кезінде аса қыздыру дәрежесін (∆ Т’ = Т’ – Т_о) сипаттауға болады. Аса қыздыру дәрежесі металдарды балқыту кезінде, ереже бойынша, бірнеше градустардан артық болмайды.

Графикте кристалдану мен балқудың температуралық аймақтарын белгілеуге болады. Олардың біріншісі үшін G_S< G_L, ал екіншісі үшін G_L < G_S.

Нақты жеткен аса салқындатудың немесе аса қыздырудың дәреже шамасы металл табиғатына байланысты болады. Ол оның жиіліктерін және салқындату жылдамдықтарын арттырумен ұлғайтылады. Әдеттегі өндіріс жағдайларында металдарды аса салқындату дәрежесі кристалдану кезінде 10-нан 30^оС дейін тербеледі; ол салқындатудың үлкен жылдамдықтары кезінде жүздеген градустарға жетуі мүмкін. Салқындату жылдамдығы қаншалықты артық болса, сұйық металл кристалданудың аяғына дейін аса салқындатылуы мүмкін, температура соншалықты төмен болады.  Соңғы жылдары бұл тек қана теория жағынан ғана емес, сонымен қатар тәжірибелік жағдайда да белгілі.  Өте үлкен суыту жылдамдығында (10⁷-10^{9 о}С/с) сұйық метал кристалданусыз ақ қарапайым температураға дейін қайта суыту мүмкін. Нәтижесінде метал аморфты немесе шыны тәрізді күйде болады.

Мұндай күйдегі метал пайда болған техника арқылы өте жіңішке шашбау, сымдар, ұсақ тамшы (түйіршік), қабыршық және т.б. алуға болады. Мұндай жағдайда да метал бұрын-соңды болып көрмеген қасиетті яғни міндетті техниканы иемденеді, бұл кристалдық метал құрылымына арналған қолж жетпес жеңілдік. Мұндай металдың құрылымы қатты шардағы хаотикалық тығыз буу тәрізді мінезделеді. Метал құрамында қайта суыту сұйықтығы бар кристалдық күйге қарағанда термодинамикалық тұрақсыз, сонымен қатар оның көлемдік бос энергиясы жоғары. Сондықтан, келесі қыздыру кезінде, атомдар арнайы жылжымалылық кезінде аморфты немесе шынытәрізді металда (металдық шынылар) кристалдану үрдісі жүреді. Шыны тәрізді металдардың сапасының мысалы ретінде қорытпа құрамын келтіруге болады Fe₃₈Si₁₀B₁₂. Ол келесі шыны тәрізді күйді иемденеді: σ_В = 3400 МПа, Е = 87 ГПа, НV = 9100 МПа,  δ =0,3%, яғни сапалық өзінің жоғары сапалы болатқа қарағанда едәуір көрнектісі жоғары. Металдық-шыны қорытпалары жарияланған σ_В > 7000 Мпа. Аморфты қорытпалар, мысалы, толық химиялық және бір құрылымды және шекара дәннің жоқ болуы үлкен құрылымды Fe₃₃Cr₁₀Ni₄₀P₁₀C₇ яғни жоғарғы коррозиялық беріктікті иемденеді.

Өзінің магниттік қасиетіне байланысты – металдық шынылар динамдық және трансформаторлық болаттар белгілі және сондықтан олардың қолданулары, есептеу көрсеткендей, үлкен экономикалық эффекті көрсетеді (дала жарығының трансформаторға ауысуы металдық шыныдан магнитөткізгіш АҚШ-та орын ауыстырады және 200 млн. Долларға дейін экономикалық эффектілікті береді).

Жалпы термодинамикалық тапсырыс негізінде механизм және кристалдану жылдамдығы және балқыту, кристалдану кезіндегі құрылыс металы туралы қорытынды жасауға болмайды. Бұл үшін механизмді және фазалық ауысым жылдамдығын білу қажет.

Кез келген фазалық түрленулер бастапқы фазада ұрықтар немесе центрлер деп аталатын, жаңа фазалардың шамалы көлемдерінің пайда болуы, және олардың кезекті өсуі жолымен өтетіні анықталған. Мұндай центрлер мен олардың өсуінің жылдамдығы қаншалықты артық туындайтын болса, фазалық түрленулер соншалықты тез өтеді. Кристалдану жағдайларында мұндай центрлер уақыттың осы моментінде атомдардың орналасуы олардың кристалл торында орналасуына жақын немесе ұқсас болған аралықта, сұйық фазалардың сол көлемдерінде туындауы мүмкін және мұнда энергиялардың флуктуациясы (сұйық металдардың жеке аймақтарында атомдар тобының энергиялар ауытқуы кейбір орташа мәннен) бөлімнің фазааралық беттерінде сұйық қорытпалар – кристалдың пайда болу салдары болып табылатын, пайда болудың энергетикалық тосқауылдарын жою үшін жеткілікті болады. Сонымен энергиялардың ұқсас флуктуациясы жеткен, сұйық фазалардың көлемдері сындық өлшемнің кристалдық ұрықтың өлшеміне жақын болуы тиіс. Кристалдану центрлерінің пайда болуы сұйық металда кездейсоқ болатын (тотықтар, бейметалл қосылулар және т.б.), кейде қасақана енгізілген (модификациялау), бөтен (қоспалар) қатты бөліктердің болуына мүмкіндік туғызады, өйткені бұл жағдайда мұндай центрлерінің пайда болу үшін энергиялар флуктуациясы айтарлықтай біршама кем болады. Кристалдану центрлері пайда болуының бірінші жолы өздігінен (немесе гомогенді), екіншісі — өздігінен емес (гетерогенді) деп аталады. Кристалдануға сәйкес өздігінен немесе өздігінен емес болуы мүмкін. Бірақ, центрлердің пайда болу механизмінен тәуелсіз олардың әрі қарай өсуі бірдей заңға бағынады.

Өзіндік кристаллизациясы. Сұйық жағдайдағы атомдардың күйлері жылу қозғалыс ретінде тәртіпсіздікке ауысады. Сонымен қатар сұйықтыққа көп емес көлемдегі атомдардар топтастырылады. Бұл топтастырулар тұрақсыз, олар сорылады және сұйықтықта қайта пайда болады. Қайта суыту сұйықтығы кезінде  олардың арасындағы ірі кейбіреуі тұрақты және өлшемге қабілетті. Атомдардың бұл тұрақты топтастырылуы орталық кристалдану деп атайды (ұрықтандыру). Ұрықтандырудың пайда болуы энергия флуктуатациясына мүмкіндік туғызады. Пайда болған ұрықтандырудың өлшемі флуктуация шекарасына тәуелді.

Орталықтандырудың пайда болуы ∆ G_жалпы. (сурет.2.8) термодинамикалық потенциал жүйесін өзгертеді. Бір жағынан сұйықтықтың кристалдану күйіне ауысуы термодинамикалық потенциал V∆G_V (G₁) төмендетіледі, ал екінші жағынан сұйықтық және өлшемдегі кристалдану ұрығы ұлғайады Sσ(G₂):

∆ G_жалпы= –V∆G_V + Sσ

мұндағы V – ұрықтың көлемі, см³; S – ұрықтың жазықтығы, см²; σ – кристал-сұйықтық шекарасындағы салыстырмалы жазықтық керуі, Дж/см² (Н/м); ∆G_V – сұйықтықтың кристалдық күйге ауысуы кезіндегі термодинамикалық потенциалдың салыстырмалы айырмасы (Дж/см³),

∆G_V = Q ∆Т/Т_К

мұндағы Q – кристалдану жылулығы; ∆Т – қайта суыту дәрежесі; Т_К – кристалдану температурасы.

Сурет. 2.8 Олардың өлшемдеріне байланысты ұрықтың пайда болу кезіндегі термодинамикалық потенциалдың өзгеруі

Егер де ұрықтандыру А қабырғасының куб пішінді иемденсе, онда термодинамиканың жалпы потенциалының өзгерісі былай анықталады.

∆ G_жалпы= А³∆G_V + 6А²σ

Соңғы теңдеуден ұрық өлшеміне байланысты термодинамикалық потенциалдың графикалық тәуелділігі кейбір белгілерде А максимумды иемденеді (сурет.3.2), ол критикалық деп аталады.  Ұрықтың көп критикалық өлшемі төмендетуді шакыртады ∆ G_жалпы сондықтан өлшемге қабілетті тұрақты болып келеді. Критикалықтан төмен өлшемді иемденетін ұрықтар тұрақсыз және сұйықтықта ерітіледі, сондықтан өсіруді шакыртады ∆G_жалпы. А критикалық белгісінің анықтауы үшін А бойынша ∆G дифференциялау керек және өндірістік нөлге теңестіру қажет,  d∆G_жалпы/dA = 0, онда  А_кр.= 4σ / ∆G_V болады.

Қайта суыту дәрежесінің жоғарлануымен жазықтық созылуы белгісіз өзгереді, ∆G_V тез жоғарылайды. Сондықтан, қайта суыту дәрежесінің жоғарлануымен ұрықтың өлшемі азаяды, сосын өлшемге қабілетті көп ұрық пайда болады. Мысалы, қайта суыту дәрежесі кезінде 10К  критикалық темір ұрығының өлшемі  3,55·10⁷ элементарлық бөлшектерді құрады, ал қайта суыту дәрежесі кезінде 100К – 3,55·10⁴ болады.

Үрдістің жылдамдығы және кристалдардың соңғы өлшемдері кристал жылдамдығының өсуімен және кристалданудың орталық пайда болуымен анықталады. Ұрықтың пайда болу жылдамдығы ұрық санымен өлшенеді, бірлік уақыт пен бірлік көлемі пайда болады (1мм^-3·с^-1); өсу жылдамдығы — өсу кристалының сызықтық жоғарылануымен бірлік (мм/с). Екі үрдіс атомдардың ауысымдарымен байланысты және температураға тәуелді. Ұрықтың пайда болу жылдамдығының графикалық тәуелділігі және қайта суыту дәрежесінің өсуі келесі 2.9. суретте бейнеленген.

Сурет 2.9 С.З. Ұрықтың пайда болу жылдамдығының өзгерісі және С.Р. қайта суыту жылдамдығындағы кристалдардың өсу тәуелділігі

Кристалданудың қарапайым жағдайда үлкен қайта суытуға, ереже бойынша металдар жоғарғы көтерілуші қисық бұтақшалармен мінезделеді.  Бұл тепе-теңдік температурасы кезінде қайта суыту дәрежесі нөлге тең болады, сонымен қатар ұрықтың пайда болу жылдамдығы және өлшем жылдамдығы да нөлге тең, яғни кристалдану болмайды. Критикалық өлшемнің ұрығы үлкен болған кезде, үлкен емес қайта суытуы, ал пайда болу ұрығы аз ғана, қаттылану кезінде ірі кристалды құрылыс пішінделеді. Төмен жылу өткізгіш пішіндегі металдағы қайта суытудың үлкен емес дәрежесі  (құм-балшық, тәрізді) немесе қыздырылған металдық пішінде қамтамасыз етіледі. Сұйық металды суық металдық пішінге құю кезінде қайта суытудың өсуі байқалады, сонымен қатар құйма қалыңдықтың төмендуі кезінде де. Осыған байланысты ұрықтың пайда болу жылдамдығы көбірек ұлғаяды, олардың өсу жылдамдығына байланысты өте ұсақ кристалдар пайда болады.

Өздігінсіз кристалдану. Қарапайым жағдайда кристалдану үрдісі және белгілі өлшемде пайда болған құрылым мінездемесі орталық дайын кристалға тәуелді.  Мұндай орталықтандыру, ереже бойынша, метал емес қосылыстағы тығызерітілген бөлшектер қосылысының пайда болуымен анықталады.   Кристалдану барысында орталықтандыру сұйық күйде қатты түрде болады.  Кристалдану кезінде металдың атомдары қосымшаның жазықтық үстіндегі активтендірілгенін бөлек шығарады, дайын ұрық ретінде болады.  Мұндай кристалдану гетерогенді немесе өздігінсіз кристалдану деп аталады. Өздігінсіз кристалдану кезінде ұрықтың рөлін ойнауға болды немесе пішін қабырғалардың да.

Қаттылану кезінде кристалданудың орталықтандырылған дайын бар болуы кристалдың өлшемінің азаюына әкеліп соғады. Құрылым өлшеуіне байланысты құрылым ұсақтау эффектісі әжертеуір жоғарыланады (5-7 % атом өлшемі айырмашылығы болуы тиіс) басты металмен фазалық көрсеткіші, олардың кристалдық торларына іргелес болады. Мысалы, алюминдегі титанның қосылысы кристалдық тетрогоналдік кристалдық торымен ТiAl₃  фазалармен тығыз балқытылған пайда болады, ол жазықтық алюминий бойынша (001) граниорталықтандырылған торлармен шектеледі (сурет. 2.10), ұсақтау құрылысына сәйкес.

Сурет. 2.10 Al және TiAl₃кристалдық тордың шектеу (1, 2)  сұлбасы

Сұйық металда ерітілген қалдықтар да болады, сонымен қатар құрылым ұсақауын шақыртады. Туылған кристалдар жазықтықта адсорбияланады, олар кристалдың сызықтық жылдамдығын және қатты фаза – сұйықтық бөлім шекарасындағы жазықтық созылуын төмендетеді.  Соңғы формуладан А_кр сәйкестікке әкеліп соғады және жаңа ұрық пайда болады, ол өлшемге қабілетті. Жазықтық созылуды түсіретін қалдықтарды жазықтық-белсенділігі деп атайды.

Құрылым ұсақталуы металдың механикалық қасиетінің жақсартуына қабілетті болады. Тәжірибиеде металдың құрылым ұсақталуына және қорытпалардың кең түрде пайдалануында технологиялық үрдіс қолданады, ол модифицирленген деп атайды.  Ол әртүрлі арнай қосылғыш құю алдындағы сұйық қорытпа кірісінен тұрады (модификаторлар). Модификатор сапасы ретінде жазықтық-белсенділік заттарды (мысалы, болаттағы бор, натрийдағы алюминии және оның қорытпалары) және элементтерді қолданады, тығыз балқытылған жіңішке дисперсті бөлшектерді (мысалы, титан, алюминдегі цирконий және олардың қорытпалары; алюминий; болаттағы титан) пайдаланады. Модификаторларды мыңдағаннан және ондаған үлесін проценттерін қорытпаларға қосады.

Сұйық метал қалдықтарының температурасы кезінде, кристалданудың қосымша орталықтандырылған ролін ойнайтын, ерітіледі немесе дизбелсендіріледі, сондықтан кристалдану кезінде құю алдындағы сұйық металдың температурасының жоғарлануы дәнді ірілендіруге әкеліп соғады. Және керісінше, құю алдындағы температураға дейін, металдың балқу температурасының белгісіз жоғарлануы, дән өлшемінің төмендеуіне әсерін тигізеді. Қалдықтың пайда болу кезінде (немесе модификаторлар), құрылыс фазасының және басты металдың өлшемдеріне сәйкес фазалар пайда болады; мұндай жағдайда белгісіз қайта қыздырудан кейін ұсақ дән алуға болады, әсіресе құю алдында ұзақ ұстаса.

Құйма металдың пішіні мен өлшемі. Кристалдану орталықтандырылған ұрықтың пайда болу жолымен және оның жоғарғы өсуімен дамиды. Кристалл, бір ұрықтан өскен кезде бірдей кристалллграфикалық бағдарды иемденеді және оны кристалит, немесе дән деп атайды.

Кристалдану орталықтың пайда болу жылдамдығы қанша болса, яғни олардың өсу жылдамдығы қанша болса, сонша кристалдардың өлшемі төмен болады және, сәйкес, кристалданған көлемде олардың сандары көп болады. Пайда болған дәннің санына тәуелді (z)  параметрлердің шамасына С.З. (n)  және С.Р. (c) мына формуламен анықталады

z = K√ n/c

мұндағы  К – пропорционал коэффициенті.

Қайта суыту дәрежесінің өсуі екі параметрі өседі, бірақ оның біреуі тез өседі. Сондықтан қайта суыту дәрежесінің жоғарлануының дән саны өседі, ал олардың өлшемі сәйкесінше төмендетіледі.

Осылайша кристалдар өлшемі немесе дәндер, кристалдану кезінде, негізінен қайта суыту дәрежесіне тәуелді болады. Бірақ та ұсақталған дәндегі белгілі салым пайда болған орталықтың ұсақ дән санын енгізеді, мысалы модификациялау нәтижесі, ерітіндіге заттарды енгізеді, бөлімшелерде оңай заттарды енгізеді, берілген металдағы бөлшектерде кристалдану жаңа ұрықтар пайда болады.

Қаттылану кезінде пайда болған кристалдар олардың өсу шартына байланысты әртүрлі пішіндер болуы мүмкін. Олар көпшекаралы, дендритті, инетәрізді, пластикалық және т.с.с. болады. Көп шекараларда аз дәрежелі қайта суытуда пайда болатын, және шарттағы жан-жақты қоректендіру сұйық метал көп қарапайым жағдайда шекара болып табылады, олар қарапайым индекспен мінезделеді, осыған байланысты шекаралар атомдардың тығыздығы жоғары, және сондықтан олардың бос энергиялық жазықтығы минималды болады. Санның өсу өлшеміне сәйкес және кристалдың өсу өлшемі олардың қақтығысуына әкеліп соғады, көпшекаралы пішіндер дұрыс бұзушылыққа әкеліп соғады. Берілген шекараның сол немесе басқа өлшемдері, олардың өлшемдеріне қарағанда жылдамдығы аз. Шекара өсуі қарапайым индекстермен қабаттасу арқылы жүзеге асады, бітпеген қабаттар шекара жазықтығы бойынша жүреді. Ерітіндідегі көпшекаралы өсу кезінде олардың ұшар басы және қабырға жоғары болады, басқа кристал жазықтық элементіне қарағанда, және ұшар басы соңында (қабырға) өсу қабаттарының жүргізу көзі болып табылады.  Сондықтан өзінің өлшемінде жазықтық шекара орталықтарын қуып жетеді. Нәтижесінде мұндай шекара жазықтығы қарастырылмайды, және кристал дендрит пішінін иемденеді. Мұндай дендритті кристалдардың пайда болуы қалдықтардың жоқ болуына әкеліп соғады, әр шекаралар әртүрлі жаулап алады, қалдық құрамы өлшем жылдамдығына тәуелді. Егер де қалдықтар басты кристалдану үрдісінде кірмесе, фронт алдында жиналып тұрса және сосын барып кристалды жаулап алса, онда шекаралық кристалл деп аталатын пайда болады.

Кристалдың дендриттік пішіннің пайда болуы былай түсіндіруге болады, әртүрлі кристаллографиялық бағытта пайда болған кристалдың ұрығы дамиды, өсу жылдамдығының максималды жауапсыздығы болады. .  Нәтижесінде кристал ұшар басында ұрық яғни басты қосымша деп аталатын пайда болады (бірінші қатардағы ось), ал сосын пайда болған бұрыштарда бүйір қабырға бұтақшасы пайда болады (екінші қатардағы ось), ал сосын оларға – жоғарғы қатардағы бұтақшалар кете бастайды. Дендриттің кристалдық бағдары барлық оның бұтақшасына бірдей болады.

Дендриттің бұтақшалары біртіндеп қалыңдатылады, бір бірімен жетіледі және аралық кеңдігін толықтырады.  Нәтижесінде дұрыс емес пішіндегі тығыз кристал пайда болады, яғни кристаллит немесе дән. Кристалдану шартына тәуелді остің кристалдану көлеміндегі әртүрлі бөлімшелерде әртүрлі бағытта бір қалыпта емес. Бір жағдайда дендриттер тек қана бір қатарда ғана болуы тиіс, ал басқа жағдайда – пайда болады және жоғарғы қатардағы остер болады.  Ерітінді қанша суытуы тез болса, онда яғни қайта суыту дәрежесі бұтақтануы жиірек болады, өсу кристалының үлкен жазықтық ақаулардың санымен шығарып салынады.  Кристалдану кезінде пайда болған бұтақша дендриттердің жылдамдығы жоғарыланады, бірақта темодинамикалық мұндай кристалдар бұтақсыздыққа қарағанда аз тұрақты, яғни үлкен термодинамикалық потенциалды иемденеді. Мұндай пайда болған дәндерде (кристалитте) оның дендриттік көлем құрылымы тек қана өңдеу жолымен ғана жүзеге асады, дендрит арасындағы шекарамен де құрылады.  Әсіресе металдағы дендриттік құрылымдар жақсы пайда болады, яғни аралық кеңістіктер және дендриттік шекаралар қалдықтармен өңдейді. Құймаларда немесе кесектерде дендриттер жақсы пайда болады, аралық мұнда кеңістік толыққа арналған метал жетпейді, яғни жоғарғы қатардағы остар пайда болады. Бұл шөміш шомылдырғыштың жазықтығын және құйма жазықтығын көрсетеді. Дендриттік кристалдардың бірінші механизмнің пайда болуы Д.К.Чернов көрсеткен. Өте ірі металдық кристал-дендрит атақты, болат кесектің  шөміш шомылдырғыштан суырып алынған, оның ұзындығы 40 см.  Бұл дендритке Д.К. Чернов аты белгіленді.

Кесектің құрылымы көп факторларға тәуелді: қалдықтың болуы, құю температурасы, кристалдану кезінде суыту жылдамдығы, сонымен қатар ішкі жазықтық күйі.

Кесектің құрылуы біртекті болып табылмайды, қайта суыту дәрежесінің өзгеруі оның қиылысында кристалдану шарты өзгеруі пайда болады (сурет. 2.11).

Сурет 2.11 Кесектің құрылу сұлбасы

 

Жалпы жағдайда кесектегі үш құрылым шекараны анықтайды. Тығыз байланыста болған I жазықтық шекарасы, қайта суыту дәрежесінің жоғарғысына қарағанда өте үлкен теңості ұсақ кристал-дендриттерді қарастырады, мұнда орталықтың пайда болу жылдамдығы өте үлкен болады.   Бұлар ретсіз бағдарланған, сауыт қораудың теңсіздігі перпендикуляр бойынша өседі.  Бұл шекараның өсуі тез тоқтатылады, бөлінген жылу кристалдану шамасындағы сұйық металдың температурасын жоғарылатады.  Осы жағдайда жылудың бұру бағыты пайда болады, ол сауыт қораудың перпендикуляр қабырғасына сәйкес.  Бағыттағы, басты кері жылуөткізгішке, ортасына қарай бағаналық кристалдар өседі, олар шекара II қолданады.  Бұл көбірек ірі кристалдар,  олар С.З. аз жағдайда өте төмен қайта суыту жылдамдықта пайда болады. Дендриттер белсенді түрде өседі, егер жылуөткізгіш бағыты жылдамдықтың максималды өсуіне сәйкес келсе.   Егер мұндай кристалдар тегіс жазықтық бойынша өссе, онда дендриттің бойлай өскен бағдары бірдей болады, ол құйма текстурасның пайда болуына әкеліп соғады. Егер де бағаналық кристалдар қақтығысуға дейін өссе, онда транскристалдық құрылым пайда болады. Мұндай құрылымды өте таза металдар кесегі орын алады, болаттарда ол сирек байқалады. Байланыс шекарасымен бірге транскристалдану арқылы «жазықтық босатуы» пайда болады, яғни кристалдар бір-бірімен байланысты болады. Сондықтан қысым өңдеуі кезінде, әсіресе қиын деформирланған қорытпаларда, осы орындар бойынша жарықтар пайда болады. Беріктік металдарда «жазықтық босатуы» қауіпсіз, олар оңай деформаланады.

Бағаналық кристалдардың шекарасы жоғарғы тығыздықпен және кейбір жағдайларда айырмашылықтары көрінеді, мысалы, жоғарғы беріктік металдары үшін оның ұзындығын кеңейтуге әрекет жасайды. Бұл үшін сұйық металдың температурасын жоғарылатады және біруақытта жылуөткізгішті қысқартады (су суыту сауыт қорауы).

III шекараны ірі теңості кристалдар дер атайды. Олар аз қайта суыту дәрежесінің шартында жүзеге асады, онда кесектің температурасы тәжірибелік жағдайда теңестіріледі және жылудың тез бірдей бұруын қажет етпейді. Бұл шекарада әдетте қалдықтар жиналады, газдың қосылуы, металдың тығыздығы төмендетіледі, сондықтан бұл шекарада оның механикалық қасиеті төмендейді.

Ең жоғарғы механикалық қасиетпен жазықтық шекарасындағы метал қамтамасыз етеді, онда оның құрылымы ұсақдәнді. Сондықтан бұл қабатты барлық өңдеу металдарында максималды дәрежесінде сақтау керек.

Соңында, кристалдану кезіндегі көлемнің азаюымен шомылдырғыш шөміші  пайда болады (қаттыға қарағанда сұйық металдың көлемі үлкен болады). Әдетте ол кір және борпылдақ металмен қоршалған, қаттыланудан кейін микро-, және микротаяныш, көпіршікте болады. Сондықтан ол шомылдырғыш шөмішінің кесектерін және борпылдақ металдарды кеседі.

Металдардың пластикалық деформациясы механикалық және физикалық қасиеттер дәрежесінде эффектілік әдіс болып табылады, ол құрылым күйімен түсіндіріледі.

Пластикалық деформацияның механизм қатары белгілі, бірақ қандай жағдайда да болмасын, оның метал түріне тәуелді болады, әсіресе оның кристалдық құрылымы және температурасы кезінде.   Сонымен қатар және деформация әдісі – деформациялау және ынталы күйге де әсер етеді.

Механизм деформацияның екі басты түрін айырады – қозғалыс және диффузиялық, олар температура анықтауымен жүзеге асады.

Бірінші – қозғалыс механизмі —  < 0,3 Т_пл температурасы кезінде суық пластикалық деформациясы шарттарда функцияланады, онда екінші > 0,5Т_пл температурасы болады (бұл ыстық пластикалық деформациясы облысы). (0,3 – 0,5) Т_пл аралығы кезінде жылу деформациясы жауап беретін қозғалыс механизмі жүзеге асырады, диффузиялық үрдістермен шығарып салынады, қайта үлестіру қорытындысы және деформация кезіндегі құрылым ақауларының бөлшектену аннигиляциясы жүзеге асырады. 0,5 Т_пл жоғарғы температурасы кезінде пластикалық деформацияның қозғалыс және диффузиялық механизмдері дамиды.

Пластикалық деформацияның механизмінің мысалын монокристал деформациясында қарастырамыз. Монокристалдағы пластикалық деформация бір бөлшектің қозғалуымен бірге басқасына сәйкестік жолымен жүзеге асады. Қозғалу жанама қуаттылығын шақыртады,  t_к  оның белгісі критикалық жоғарыланады.

Қозғалудың екі түрі бар: сырғанау және егіздену (сурет.2.12). Сырғанау кезінде кристалдың бір бөлшегі параллель түрінде және жазықтық маңайында жылжытылады, оны сырғанау жазықтығы немесе қозғалу деп атайды (сурет. 2.12,а). Сырғанау – металдағы және қорытпадағы қозғалудың басты түрі. Егіздену деформациясы жаңа күйдегі бөлшек кристалының қайта құруымен ұсынылады, оның деформацияланбаған бөлшектердегі симметриялық айна (сурет. 2.12, б). Айна симметриялы жазықтығын егіздену жазықтығы деп атайды. Егіздену кезінде кристалдың атомдық жазықтығы паралллель әртүрлі қашықтықта  қозғалады. Кристалдың бөлшегі егіздену нәтижесінен кейін кристалдық тордың егіздену нәтижесінде пайда болғанды егіздену деформациясы деп атайды. Сырғанау егізденуімен салыстырғанда екінші дәрежелі белгіні иемденеді. Егер сырғанау қиын болса, егіздену ролі жоғарылайды. Металдағы ОЦК және ГЦК торлары тек қана төмен температурасы кезінде немесе деформацияның үлкен жылдамдығы кезінде ғана қарастырылады. Қарапайым шартта металдағы ГПУ торларымен деформация егіздену, сырғанау тәрізді дамиды.

 

 

 

 

 

Сурет. 2.12 Егіздену (б) және пластикалық деформацияның (а) сұлбалары

 

Егіздену механизмі қиын және берілген курста қарастырылмайды.

Сырғанау деформациясы жазықтық және бағыт бойынша дамиды, атомдардың тығыздығы максимаолды болады (сурет. 2.13). Сырғанау жазықтығы бағыттаумен бірге осы жазықтыққа жататынды сырғанау жазықтық жүйесін құрады. Әртүрлі торлар түрлеріндегі металдағы сырғанау жүйесінің саны бірдей емес. Металдағы ГЦК торындағы (Cu, Al, Ni және т.б.) сырғанау жазықтық {111} бойынша <110> бағытта жүреді. Төрт жазықтық сырғанауы және әр үш бағытта пайда болған 12 эквиваленттік жүйе сырғанауы пайда болған.

Металдағы ОЦК торының сырғанауы бағыттағы {110}, {112} және {123} жазықтық бойынша дамиды  <111>, сырғанау санының жүйесі – 48.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет. 2.13. ГЦК торындағы (а), ОЦК (б)  және ГПУ (в) торларымен; жеңіл сырғанаудың жазықтық төгілуі: —  жазықтық (112); 2 – жазықтық (123); 3 – жазықтық базисы; 4 – жазықтықтың пирамидалық сырғанауы; 5 – сырғанаудың призматикалық жазықтығы.

с/а ≥1,633 (Mg, Zn) кезіндегі ГПУ торындағы  металдағы сырғанау базис бойынша дамиды, онда үш эквивалентті бағытта болады.  Бұл металдар ОЦК – ға және ГЦК – ға торларына қарағанда аз серпімді. Егер тығыз атомдардың буып түйюінің жазықтықтығы критикалық тоғы  қозғалатын болса, онда  сырғанау санының жүйесі жоғарлануы мүмкін. Сырғанау жүйесінің санының өсуі пластикалық деформацияға жоғарлануымен шығарып салынады. Әсіресе с/а < 1,633 сырғанаудың цирконийда және титанда жазықтық базисі бойынша жүреді, пирамидалдық және призматикалық жазықтықтар, бұл жазықтықта критикалық тоқтар жақын болады. Сондықтан бұл металдардың  беріктілігі көбірек, магний және мырышқа қарағанда, оладың сырғанауы жазықтық базисі бойынша жүреді.

Қозғалудың элементарлық актісі – бұл кристалдардың бір бөлшегінің ауысымы бір атомаралық ара қашықтығы (сурет. 2.14) болады. Идеалды кристалда, онда құрылымның ақаулары жоқ, сырғанауда бір уақытта барлық атомдар қатысады, олар қозғалу жазықтығында пайда болады.    Мұндай «қатты» синхронды қозғалысқа міндетті түрде, есептеулер көрсеткіштері бойынша, t_к = G/2π ≈ 0,16 G критикалық жанама тоқтарын көрсетеді (G — қозғалудың беріктік модулі). Бұл өлшемді t_ккристалдың теориялық беріктігі деп атайды. Бір атомаралық арақашықтығының қозғалысы үшін реалды кристалдарда 10^{-4 G} маңайындағы тоқ міндеттеледі, ол теориялық белгіден 1000 есе аз болады.   Реалды кристалдардың беріктік төменделуі олардың құрылым жетілмеуіне акеліп соғады.

Реалды кристалдағы пластикалық деформация дислокация ауысуының жолы арқылы жүзеге асады (сурет. 2.14).

Дислокация сол жазықтық бойынша жеңіл қозғалады, онда дислокациялық сызық және оның Бюргерс векторы пайда болады. Жанама тоқ қозғалысы кезінде артық жарты жазықтықтағы кристалдың жоғарғы   жағындағы үстінгі бөлшек кристалы бір атомдық жазықтыққа көрші атом жазықтығы қозғалады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а                           б                              в                        г

Сурет 2.14 Сырғанау кезіндегі жанама дислокацияның ауысым сұлбасы

 

Оның қалған бөлігі жаңа жарты жазықтық болады, ол жанама дислокациямен қорытындылайды.  Аз ғана топтар атомдардың белгісіз ауысуы бір атом аралық (сурет. 12.4, а, б) болады.  Дислокацияның қазіргі қозғалуы кезінде дислокация эстафета ретінде бір атомнан екінші бір жазықтық атомына көшіп отырады. Үрдіс кристалл жазықтығына шыққанша қайталана береді (сурет. 12.4, в), және оның жоғарғы бөлшегі бір атом аралықтың төменгі бір сатысында қозғалады (сурет. 12.4, г). Сондықтан кристал жазықтығында Бюргерс векторының өлщемдік сатысы пайда болады.

Сырғанау жазықтығында әдетте он дислокация орналасқан. Олардың кезекпен ауысуы жазықтық сырғанауы пластикалық ағу үрдісі пайда болады.  Сатының жоғарлануы дислокация санына пропорционалды жоғарыланады, ол кристал жазықтығына шығады. Саты, микроскоп астында көрінетінді сырғанау сызығы деп атайды.  Деформация біртекті емес дамиды,  сырғанау сызығы бір бірінен әртүрлі ара қашықтықта болады. Сырғанау сызықтығының жақын топтарында сырғанау сызықтары пайда болады.  Монокристалдардың пластикалық деформациясы сырғанау жүйесі бойынша жүзеге асады, мұнда жанама тоғы критикалық өлшемінен бұрын болады.    Басты кезеңді жеңіл сырғанау кезеңі деп атайды; бұл кристалдағы кезеңді  монокристал деформациясы ондық процентке дейін жетеді. Сырғанау дефомациясының өсуі бойынша басқа жүйелерге тартылады, және көптеген сырғанаулар пайда болады. Дислокацияның бұл кезеңінде жазықтық қиылысында ауыстырылады, олардың қарама-қарсылық қозғалысы өседі, және қиын дислокациялық құрылым пайда болады.

Дислокация сырғанауы диффузиямен байланысты емес,  сондықтан ол салмақ ауысым арқылы байланыста болады. Бұл дислокация орын ауыстыру жеңілдегенімен түсіндіріледі және жағымсыз температураларда, яғни диффузия жылдамдығы аз болады.

Сырғанау үрдісі кезінде жаңа дислокациялар пайда болады, және оның тығыздығы  10⁸ бастап 10¹² см^-2 дейін жоғарыланады (жарыққа және метал қирауына байланысты көп жоғарғы тығыздықты алу мүмкін емес). Жаңа дислокацияның бірнеше механизм пайда болуы жүзеге асады, оның міндетті түрдегісі Франка-Рид көзі болып табылады (сурет. 2.15). Жарты дөңгелек пішінін иемденгенше, жанама тоғы қозғалысы кезіндегі бекітілген дислокация бүгіледі. Осы кезеңнен бастап иілімділік дислокациясы екі спираль түрінде өзбетінше таратылады. Спираль кездесуі кезінде кеңейтілген дислокациялық ілмек және дислокация кесіндісі  пайда болады. Кесінді шығын жағдайымен айналысады, және дислокацияның генераторы қайталау жүйесіне дайын болып тұрады.  Бір Франк-Рид көзінің өзі көп жаңа дислокациянының пайда болуына қабілетті.

 

 

 

 

 

Сурет. 2.15 Франк-Рид көзінің қозғалуы кезіндегі (1-7) жаңа дислокацияның пайда болу жүйелігі

Деформирлеу кезінде басты металдың беріктігі кезінде ең алдымен тығыздықтың жоғарлануы болады.

Дислокация қозғалуына әртүрлі — шекара дәндер, фаза аралық жазықтық, дислокациялар, жазықтық сырғанауының қиылысы әсер етеді.  Біраз кедергіден кейін дислокация өтеді, бірақ өте жоғарғы қуат кезінде.  Мұндай кедергі болып, мысалы, сырғанау дислокация жазықтығының қиылысы болып табылады. Шекара дәндері анықтаусыз кедергі болып табылады, оның алдында дислокация жиналады. Әр жиналған дислокация жоғарғы қуат даласын жасайды, жақындаған дислокацияны итереді. Жинақталғанда дислокация қанша көп болса, сонша қатты итереді және сонша қиын метал деформирланады. Егер де тығыздық дислокациясы жинақталғанда дейін анық жетсе, онда бұл орында жарылыс пайда болады.

0,3 Т_пл жоғарғы қыздыруы кезінде басқа механизм ауысуының дислокация – қайта жорғалауы пайда болады. Ол бос орын қосылуы нәтижесі кезінде көрші жазықтық торындағы дислокацияның диффузиялық жылжуын ұсынады (сурет. 2.16). Бос орын көп жарты жазықтық шекарасына тізбектей қосылады, ол бір атомдық жоғарғы тең күшті қатарына ауысады. Әр түрлі орында бос орынды дислокацияны «шабуыл» жасайды сондықтан онда сатылар пайда болады. Өз ұзындық бөлшегінде бос орын дислокацияның өлшем бойынша он жазықтық торына ауысады. Нәтижесінде екінші фаза бөлшегінде тоқтау эффектісінің қайта жүруін әлсіретеді. Ауысқан дислокациялар жоғарғы қуат қозғалысы кезінде сырғанау жолы бойынша жүзеге асады. 0,3 Т_плқыздыру жоғарғы кезіндегі бос орын әжептеуір сопы, ал міндетті сан бос орынның пластикалық деформациясын жасайды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет. 2.16 Дислокацияның қайтажорғалау сұлбасы (а-в): 1 – бос орынға атомдардың ауысуы; 2 – дислокациядан атомның күтімі; 3 – дислокацияның қайтажорғалау бастамасы; 4 – екінші фазаның бөлшегі, дислокацияның сырғанау блокираторы; 5 – дислокация; 6 – қайтажорғалаудан кейінгі жаңа дислокация жағдайы; 7 – дислокацияның сырғанау бағыты

 

Поликристал металдардың пластикалық деформациясы. Өндіріс қорытпаларының негізгі салмағы поликристалдық құрылымды иемденеді. Деформирленген поликристалдар кезінде жеңіл сырғанау кезеңі қатыспайды,   Деформирленген дән бірнеше сырғанау жүйесі бойынша тез арада пайда болады және бүгеліспен шығарып салынады және сырғанау жазықтығының бұрылысы болады. Әзірге жалпы деформация аз 1%, күш жүктеуі әртүрлі бағдарлық байланысқа қатысты дәндер біртексіз деформаланады. Деформация өсуі бойынша дәндер арасындағы айырмашылық төмендетіледі және микроқұрылым өзгертіледі; дәндер біртіндеп пластикалық ағыс бағыта қарай жылжиды  (сурет. 2.17, в). Дән ішінде ақау тығыздығы жоғарыланады. Белгілі деформация кезінде талшықты құрылым пайда болады, мұнда шекара дәндер өте қиын айырылады (сурет. 2.17, г).

Сурет. 2.17 Деформация кезіндегі поликристал металдың өзгерісі: а — 0%, б — 1%, в – 40%, г – 80-90%

Белгілі деформация кезіндегі металда кристалдық дәндер бағдары пайда болады, оны текстура деформациясы деп атайды. Текстура деформациясы – бұл әртүрлі сырғанау жүйедегі біруақытты деформирлеу нәтижесі. Ол деформирлеу түріне, металдың кристалдық құрылымына, қосымшаларына және деформирлану шартына тәуелді.

Талшықтану немесе экструзия кезінде аксаиалды тестуралар пайда болады, анықталған кристаллографиялық бағыт сым өткізгіш остері паралелді түрде немесе көп дәндерге арналған шыбық пайда болады (сурет 2.18).

 

Сурет. 2.18 Текстуралық прокаттар (а) және талшықтануы (б): 1-1 – прокаттың бағыты;

2-2 – ось тестуралары; 3-3 – талшықтану бағыты

 

Деформации текстурасын анизотроп метал болып табылады.

Электр-механикалық зерттеулермен орнатылған, тойтару металдарында ұяшық жіңішке құрылым пайда болады (сурет. 2.19). 0,25-3мкм диаметрдегі ұяшық бос дислокация бөлшектерді ұсынады: шекара ұяшықтар – бұл дислокация қабырғасының қиын түптеуі болып табылады. Ұяшық аралары бір-бірімен бағдарламалы болады. Әртүрлі қорытпаларда табиғи, айырмашылық бар, олар деформация дәрежесіне, қорытпа құрамының химиялығына тәуелді.

Сурет. 2.19 60%-деформация 12Х18Н10Т ұяшық құрылымның  тойтару аустениттік болаты

Екі фазалы қорытпаның деформирлануы. Мұндай деформирлану көбінесе қиын болып келеді. Әр фаза сырғанау жүйесін қамтамасыз етеді және қозғалудың критикалық жоғарғы қуаттылығы көрінеді. Деформирлану кезінде жазықтық бөлшектің сақталу жарылуы пластикалық ағысты қиындатуы тиіс.  Екі фазалы қорытпаларда сапалық мінездемелері жоғары, ал  беріктігі бір фазамен салыстырғанда төмен. Екі фазалы қорытпаларының тең шарттары кезінде қиын текстуралық деформация пайда болады. Екі фазалы қорытпалардың деформациялық үрдісі тек қана екінші фазаның қасиетіне байланысты емес сонымен қатар оның қорытпа құрамына да байланысты, бірақ құрылымдағы оның мінезіне де байланысты болады. Егер де екінші нәзік фаза дән шекарасы бойынша үздіксіз тор түрінде орналасса, онда қорытпа нәзік болады.  Егер де тура осындай фаза дән тәрізді пластикалық матрицада – қорытпа негізінде орналасса, онда қорытпа беріктікті сақтайды, ал екінші фазаның пайда болуы нығаюы дамиды.

Ең басты мән болып екі фазалы құрылым болып табылады, онда екінші фазада тең түрде пластикалық матрицада қосылады. Құрылғының мұндай түрін темиялық өңдеу бойынша алады, ұнтақтау металлургия әдісімен немесе басқа әдістермен де жүзеге асырады. Егер қозғалыс дислокациясы жолында қосылғыш өткізуі кездессе, онда ол сол арқылы өтеді, қосылу айналасында әр сайын дислокациялық ілмек қалдырылады (сурет 2.20). Қанша ілмек жиналса, сонша беріктігі көп. Егер де бөлшек саны өскен кезде аралары төмендетіледі, онда қозғалыс қарсылығы жоғарыланады.

Сурет. 2.20 Екінші фазаның  қайта кесуі кезінде дислокацияның ауысым сұлбасы (а), дислокациялық ілмектің пайда болу кезі (б): А-А – дислокация жазықтығының қозғалысы; 1-5 дислокацияның ауысым кезеңінің тізбегі

Деформирланған металдың пластикалық қасиеттері. Суық пластикалық  деформирланған метал нәтижесінде беріктендіріледі, оның физикалық қасиеті өзгереді. Тойтару металы 5-10% энергия қорын жинайды, ол деформирлануға жұмсалады. Сосын қор энергиясы ақау торларының пайда болуына (дислокация тығыздығы 10⁹-10¹² см^-2 дейін өседі) және тордың бұрмалау серпімділігіне жұмсалады. Деформация дәрежесі үлкен болған сайын, оның тойтару металының қасиеті күштірек болады.

Деформирлену кезінде сапалық мінездемелер жоғарыланады (қаттылық, σ_В, σ_0,2, σ_упр) және беріктігі мен тұтқырлығы төмендетіледі. Басты кезеңде металдар үнемделіп жиналады, сосын деформация өскен кезде механикалық қасиеті белгісіз өзгереді (сурет. 2.21). Деформация өскен кезде уақытша кедергі ағын айырымы өседі. Қатты тойтару металдарында екі мінездемелер салыстырылады, ал ұзындық нолге тең болады. Мұндай тойтару металының күйі шама болып табылады; әрекет кезінде  метал деформирлануы қирайды. Қаттылық тойтару жолы және уақытша кедергі 1,5-3 есе жоғарыланады, ал ағыс ағыны 3-7 есе жоғарыланады. ГЦК торындағы металдар ОЦК торларымен өте күшті беріктендіріледі. Қорытпалар ортасындағы ГЦК торлары өте күшті беріктендіріледі, ақау энергиясының буып түйуі минималды болса, (мысалы, аустениттік болат, никель интенсивті тойтарылады, ал алюминий белгісіз беріктендіріледі).

Сурет. 2.21 Деформация дәрежесіне байланысты механикалық қасиеттердің тәуелділігі

Дәрежелік деформация өскен сайын салыстырмалы электрлік кедергі, коэффициенттік күш өседі, магниттік өтімділігі, қалдық индукциясы және металдың тығыздығы төмендетіледі.

Көлемдік металда біртексіз деформациялар әртүрлі тығыздық өзгерістер болады, олар қалдық кедергілердің – созылу сияқты, сонымен қатар қысылатында болуы мүмкін.

Тойтарылған металдар жеңіл коордирланады және коррозиялық шытынауға бейімді.

Деформацияның пайда болу тесктурасыанизотропиялық қасиетті шақыртады.

Төменгі сапалығына қарамастан, бұйым сапалығының жоғарлануына арналған тойтару кең қолданылады, ол суық қысым өңдеу әдісімен дайындалады.

Тойтару кезінде тұтқырлық және беріктік материалдардың кесу өңдеуінің беріктігі төмендетіледі (жез, алюминий қорытпаларды және т.б.).

Қайтару және рекристаллизация. Суық деформация арқылы пайда болған тепе-теңсіздік құрылымы, көп металдарда 25^оС температурасы кезінде тұрақты болады. Металдың тұрақты өтуі қыздыру кезінде жүзеге асады. Темапература жоғарлынауы кезінде нүктелі дефектінің ауысымы қысқарады және дислокация қайта таратылу шарты пайда болады және олардың саны төмендетіледі.

Қыздыру кезінде жүзеге асқан үрдістер, екі негізгі кезеңге бөлінеді: қайтару және рекристаллизация; екі кезеңде жылу бөлінуімен шығарып салынады және бос энергиясымен жүзеге асады. Қайтару төменгі температурада жүзеге асады (төмен 0,3 Т_пл), ал рекристалдану – көп жоғарғы кезінде.

Қайтару деп барлық құрылымның жіңішке өзгерісін және қасиетін атайды, олар деформирланған металдың микроқұрылымдарымен шығарып салынбайды, яғни қайтару кезінде дәннің пішіні және өлшемі өзгертілмейді. 

Рекристализация деп аз ақау құрылым санымен жаңа дәндердің өсуін және пайда болуын атайды; рекристалдану нәтижесінде әбден жаңа сонымен қатар тепе-теңсіздік кристалдар пайда болады.  

Қайтару екі кезеңге бөлінеді: демалыс және полигонизация. Деформирланған қыздыруы кезінде демалыс әр дайым пайда болады, ал полигонизация анықталған шарттарда ғана дамиды.

Суықдеформирланған металдың демалысын қайтару кезеңі деп атайды, ол нүктелі ақаулар кезінде азаяды, әсіресе вакансиялар; металдар қатарында темір және алюминий, сонымен қатар демалыс дислокацияның жорғалауын қосады, ол әртүрлі белгідегі әсерлесу дислокациясымен жүзеге асады және олардың тығыздық белгісіне әкеліп соғады. Қайта жорғалау дислокациясы қалдық жоғарғы қуат тоғымен шығарып салынады. Демалыс электрлік кедергі салыстырмасын төмендетеді және металдың тығыздығын жоғарылатады.

Жалпы қаттылық және сапалық 10-15%-ке максималды түрде төменделеді және сәйкесінше беріктігі де жоғарыланады. Демалыстан кейін коррозиялық шытынаудың кедергісі жоғарылайды.

Полигонизация деп пайда болған жаңа азбұрышты кристал кезеңді атайды. Шекара сырғанау және дислокацияның қайта жорғалауы жолы бойынша жүзеге асады; нәтижесінде кристал субдәндер-полигондар, дислокациядан бос бөлінеді  (сурет. 5.11).

Сурет 2.22 Полигондық сұлба: а, б – полигонизацияға дейін сәйкесінше тойтару металы

Техникалық тазалықтың металдағы полигонизациясы және қатты-ерітінді қорытпаларда – тек аз ғана дәреже деформациясында және барлық металдарда байқалады. Бұл үрдіс мыста олардың қорытпаларында сирек жүреді және алюминийде, темірде, молибденде және олардың қорытпаларында жақсы байқалады. Суықдеформирланған металдың полигонизациясы қаттылық төмендеуіне және сапалық мінездемесіне әкеліп соғады. Полигонизацияға арқылы пайда болған бағаналық құрылымы тұрақты және балқу температурасына дейін сақталады. Бағаналық құрылым пішінінен кейін рекристалдану болмайды, полигонизация және рекристаллизация бәсекелестік тудырады.

Беріктік деформация металдары тек қана деформациядан кейін ғана рекристалданады, оның анықталған дәрежелік критикалық белгісі жоғарыланады, ол критикалық деформация дәрежесі деп аталады. Егер деформациялық дәреже критикалықтан төмен болса, онда қыздыру кезіндегі жаңа дән пайда болмайды. Деформацияның критикалық дәрежесі онша үлкен емес (21-8%); алюминиге 2% жақын, темірге және мысқа — 5% жақын.

Сонымен қатар рекристалдану температурасы бар; бұл ең кішкене қыздыру температурасы, ол жаңа дәндердің пайда болуына әкеліп соғады.  Рекристалдану температурасы еріту металдың кейбір температурасын құрады: Т_рекр =  α Т_пл

α коэффициент белгісі металдың бөлшегіне болады және беріктік деформация дәрежесіне тәуелді. Металдың техникалық бөлшегіне арналған α = 0,3-0,4 және деформация жоғарылау арқылы төменделеді. Қалдықтардың азаю саны α бастап 0,1-0,2 дейін төмендеу болуы мүмкін. Қатты ерітінділер үшін α = 0,5-0,6, ал тығызерітінді кезінде металдар 0,7-0,8 дейін болады.

Алюминийға, мысқа, және темірге арналған рекристалдану техникалық температуралық бөлшек сәйкесінше 100, 270 и 450^оС тең.

Рекристалдану кезінде жаңа дәндердің пайда болуы дислокацияның тығыздығын  көбейтуінде пайда болады, әдетте деформирланған дәндерде пайда болады. Беріктік деформациясы қанша жоғары болса, сонша рекристалдану орталығы пайда болады. Олар нүктелі және сызықтық ақау құрылымның минималды санының субмикроскопиялық облысын ұсынады.  Бұл облыстар қайта таратылу жолымен және дислокацияның жиірек жоғалуын жүзеге асады; рекристалдану орталығының аралығы кезінде және деформирланған негізінде үлкен дәнді шекаралар пайда болады.

Пайда болған жаңа дәндер уақыты өлшемде жоғарыланады; осы кезде жаңа дәндердің үлкен бұрышты шекаралары тойтару металының тереңдігінде ауысады.

Қарастырылған рекристалдану кезеңі бірінші рекристализация деп аталады немесе өңдеу реккритализациясы деп атайды. Бірінші рекристализация деформирленген металдың барлық көлемдегі жаңа дәндермен қорытындалады  (сурет. 2.23).

 

Сурет. 2.23 Қыздыру кезіндегі тойтару металының микроқұрылым өзгеріс сұлбасы: а – тойтару металы; б – бірінші кристалданудың бастамасы; в – рекристалданудың бірінші қорытындысы: г, д – жинақталған рекристалданудың кезеңі

 

Температура немесе ұстау өсуі кезінде бірінші рекристалдануда жаңа дәндер пайда болады; бұл кезең рекристалданудың жинақтылық рекристалдануы деп атайды. Бұл үрдіс өте жоғарғы температурасы кезінде дәннің ірілендіруі металдың жазықтық энергиясының аз бос энергиясына әкеліп соғады (кристалдар қанша ірі болса, сонша жинақтық жазықтығы аз болады).

Дәннің өсуі жүру атомның екінші көрші атомға шекара бөлімшесі арқылы нәтижесінде пайда болады; бір дәндер өлшемі кезінде төмендетіледі және сосын жоғалып кетеді, ал басқалары өте ірі болып табылады, олар көрші атомдарды жұтып алады. Температура жоғарылаған сайын дәннің өлшемі қысқарады. Қыздыру температурасы қанша жоғары болса, сонша рекристалданған дәндер ірілендіреді.

Беріктік деформациясы кезінде бірінші рекристалдану толық тойтарудан шешіледі; металл кристалдық ақау құрылыммен минималды санында тепе-теңдік құрылымды иемденеді. Металдың қасиеті рекристалданудан кейін теңдестіру металдың қасиеті пайда болады (сурет. 2.24).

Сурет. 2.24 Қыздыру кезіндегі тойтару металдың қаттылығы (а) және беріктілігі (б)  : I – қайтару; II – бірінші рекристалдану; III – дәннің өсуі

 

Металдың деформалау температура кезінде суыққа және ыстыққа бөлінеді. Суық деформалауы рекристалдану температурасынан төмен арқылы жүргізіледі, метал тойтарылады және тойтаруды сақтап қалады. Ыстық деформалауды рекристалдану температурадан жоғары өткізеді, алынған тойтару бір уақытта ағу рекристалдануын түсіреді. Егер де рекристалдану тойтаруды таратпаса, онда ол оны ждиірек немесе толық сақтайды. Мысалы,  ыстық деформацияның жоғарғы жылдамдықтарымен және үлкен деформациядағы төмен температурадағы тез суытуы рекристалдану металының тойтаруы сақтар қалынады.

Металдың және қорытпаның беріктілігі және тұтқырлығы дәннің өлшеміне тәуелді. Дәннің өлшемі төмендеген сайын тұтқырлық жақсарады. Рекристалдануда пайда болған дәннің өлшемі,  көбінесе пластикалық деформация дәрежесіне және температурасына байланысты, онда рекристалдану пайда болады. Қыздыру кезінде ұстаудың өсуі өсу дәніне сәйкес келеді, бірақ қыздыру температурасының жоғарлануына қарағанда эффекттілік аз болады. Дәрежелік деформацияның дән өлшемінің тәуелділігі және температура рекристалдану диаграммасы көмегі бойынша жүзеге асады   (сурет. 2.25).

Сурет. 2.25 D рекристалдық металдың дән өлшемінің тәуелділігі деформацияға (а) және таза техникалық таза темірдің рекристалдану диаграммасы (б); D₀ – шығын дәннің өлшемі

 

Конструкциялы материалдар үшін анизотропиялық қасиет дұрыс емес. Рекристалдық қорытпалар, ереже бойынша, қасиеті тепе-теңдікте және анизотроптыда байқалмайды. Бірақ белгілі шартты жағдайда рекристалдану металында дәннің бағдарлығы пайда болады, оны рекристализация текстура металы деп атайды. Оның түрі химиялық қорытпа құрамына, деформирлеу мінезділігіне, табиғатына және қалдықтардың санына, технологиялық факторларға тәуелді. Ерекше физикалық қасиеттерге арналған рекристалдану текстурасының пайда болуы  тәжірибелік белгіні иемденеді, оны жақсартуға немесе заттың анықталған бағыты бойынша басқа қасиеттерде болады.  Мысалы, трансформаторлық болаттардың беттерінде текстураның пайда болуы анықталған бағыт беттерінде қайта магниттелгенді жоғалтуын азайтады.

Көп фазалы қорытпалардың рекристалдануы көбінесе қиын үрдісті ұсынады, жаңа рекристалған дәннің өсуі әр фазада әртүрлі қасиетпен жүзеге асады. Ерекше белгіні екінші фазаның кішкентай  бөлшегі және бөлшек арасындағы ортаңғы кеңістік иемденеді. Екінші фаза қанша бір-біріне жақын болса, сонша жаңа дән шекарада қиын ауысады және рекристализация өте күшті тоқтайды. Бұл рекристалды жоғарылатады және бір фазамен салыстырғанда ол көп фазалы бірінші рекристалда қорытындыға арналған жоғарылату – анологиялық химиялық құрамдағы қатты ерітінді. Қорытындыдағы өте жоғарғы құрамы кезінде екінші фазаның бөлшектің жақындауы қамтамасыз етеді.  Бөлшек аз болса және олар бір-бірінен алыс болады,олардың рекристалдың ролі   азын-аулақ белгісіз болады. Ұсақ бөлшектердің өлшемі 0,1 мкм және рекристалдануды аз тоқтатады (сурет. 2.26). Соңғы жағдайда фазааралық шекаралар әсер етіп жатыр, онда жаңа дәндер пайда болады.

Аралық жұмысшы температурасының жоғарлануына арналған рекристалдануға әсер ететін екінші фаза дисперсті бөлшекті тоқтатады.

Сурет. 2.26 Екі фазалы қорытпаның бірлік өлшеміне және олардың арасындағы кеңістікті рекристалдану температурасына тәуелді: I-I екінші фаза бөлшегінсіз бір фазалы қорытпаның рекристалдану температурасы; 1 – рекристалданудың тоқтауы; 2 – рекристалданудың қысқартылуы

 

Ультра ұсақ дәндегі материалдардың ыстық деформациялық кезіндегі металдың үлкен беріктік күйі (0,5-10 мкм). Деформалаудың төмен жылдамдығы кезінде метал біркелкі ағады (10^—5-10^-1 с^-1), ол беріктендірілмейді, оның ұзындығы 10²-10³% дейін барады.

Үлкен пластикалық күйдегі деформация дән шекара сырғанауында болады, атомдардың диффузиялық толық бағыты (тоқ қозғалуы асты) және қарапайым сырғанауы. Үстінгі беріктікті іске асыру үшін тек қана ультрадыбысты дәндерді ғана алуға міндетті, сонымен қатар 0,5 Т_пл температурадан жоғары деформиралық периодта сақтап қалу (минутына он қатар). Қатты ерітіндідегі бір фазалы дәндер бұл уақытта тез өседі, онда үстіңгі беріктік жоғалады. Үстіңгі беріктік өндірістік қорытпалар екі фазалы құрылымды иемденеді (екі фазалардың көлемдерінің қосылуы 1:1; фаза арлық шекарасы максималды болады) және сондықтан бұйымды дайындау кезінде барлық ұсақ дәнді шығынды сақтайды. Мұндай қорытпалар санына әртүрлі эвтектикалық және эвтектоидты қоспалар, титанның екіфазалы және т.с.с. қосылады.

Көлемдік жаншу немесе пішіннің пневматикалық беттерінің көмегімен бұйымның өте қиын пішіні үшін тәжірибелік жағдайда үлкен беріктік күйін пайдаланады. Бұл пішіндік үрдістің жайлығына және үлкен салыстырмалы жұмысшы температураларына қарамастан үрдіс пайдалы, ал жағдай қатарында бұйымды алу әдісі біреу болып табылады, онда металды  200-300% және жоғары қираусыз деформалауға болады.

 

Қолданылатын әдебиет:

1.[2] бет. 13-22.

2.[3] бет. 14-23, 24-36.

3.[6] бет. 27-93.

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 2-тақырып [1, 2, 3, 6]

1. Лантаноидтардың және актиноидтардың электрондық құрылымы

2. Резонансті байланыс

3. Қатты заттардың балқуы

4. Деформацияның беріктік деформациясы

5. Металдағы магниттіе ауысым

 

Тақырып 3 Қатты ерітіндінің құрылымы (1 сағат)

 

Дәріс жоспары:

1. «Фаза» түсінігі. Қатты ерітінділердің түрлері.

2. Қатты күйдегі ерігіш. Факторлар, қатты күйдегі ерітіндіні анықтау  (Қатты бірінші ерітіндіге арналған Юм-Розери ережесі). Электронды концентрацияның белгісі. Қатты күйдегі еріткіш шамасы. Қатты ерітінділердің пайда болуы кезіндегі атомдар өлшемінің ролі. Қатты ерітіндіні ретке келтіру.

 

Фаза деп біркелкі әлсіз бөлшек жүйесін (металдың немесе қорытпаның), бір құрамды, құрылым және  қасиетті, басқа бөлімдегі жазықтық бөлшегінің жүйесін иемденетінді атайды.   

Қорытпадағы атомдар арасындағы физика-химиялық өзара әсерлесудің тәуелділігі қатты ерітінділер және аралық қосылыстар пайда болады.

Қатты ерітінділер – бұл фазалар, негізгі компоненттің кристалдың тор түрінің компоненттерінің құрамы өзгертілуі мүмкін. Кристалдық тордағы атомдардың ауысымының тәуелділігіне байланыстықатты ерітіндінің келесі түрлерін айыруға болады – орын басу, енгізу және азайту.

Орнын басудың қатты ерітінділері. Мұндай ерітінділер кристалл торда бір компонент атомдарының бөлігін – еріткішті осы тордың типін өзгертпей, басқа атомдарға (немесе басқа компоненттерге) ауыстыру  нәтижесінде құрылады. Орнын басудың қатты ерітіндісін құрайтын, компоненттер ретінде таза металдар немесе аралық фазалар (соның ішінде химиялық қосылыс) (3.1-сурет) болуы мүмкін.  

Егер қатты ерітінділер таза металдар негізінде олардың шоғырлануының кең интервалында болатын болса, онда қатты ерітінділер аралық фазалар негізінде мүлдем азғантай болатын, әсіресе егер осы фазаларда иондық байланыстар бар болатын болса, олардың шоғырлануы біршама азғантай интервалда болады.

Сурет. 3.1 Атомдардың ГЦК торлар жазықтығында қатты денелерде орналасу сұлбасы: а – металл-еріткіш; б- атомдардың ретсіз орналасуымен орнын басудың қатты ерітіндісі; в – химиялық қосылыстар арасындағы орнын басудың қатты ерітіндісі (Ti, V) C; г – атомдардың ретсіз орналасуымен енгізудің қатты ерітіндісі (аустенит); д – азайтудың қатты ерітіндісі (вюстит FeO)

 

Орнын басудың қатты ерітінділері – бұл компоненттердің атомдары кез келген көлемде статистикалық тұрғыдан бірдей үлестірілген, микроскоптық бір текті фазалары, бірақ атомдық масштабта үлестірудің осы бір текті еместігі компоненттердің атомдарынан жеке шоғырлардың (кластерлер) пайда болуы нәтижесінде бұзылған болуы мүмкін (3.2-сурет).

Сурет. 3.2. Атомдардың сұлбалық бейнелеуі:а – бір компонент атомдарының шоғыры, яғни кластерлері; б – орнын басудың статистикалық тұрғыдан бастапқы ретсіз қатты ерітіндісі

 

Орнын басудың қатты ерітінділері металдардың толық өзара ерігіштік кезінде үздіксіз болуы мүмкін, ал шектеулі ерігіштік жағдайында – шектеулі байқалады. Шектеусіз ерігіштік қатты ерітінділер төмендегі жағдайда (Юм-Розери ережесі) құрылады:

1. Металдар мен полиморфты түр өзгерістерде бірдей типті кристалдық тор болады.

2. Металдардың атомдық радиустары немесе олардың кристалдық торларының периодтары кемінде 10-15%-ға ажыратылады. Бұл жағдайды өлшемдік фактор деп атайды.  Негізгі металдың беріктік модулі қанша жоғары болса, сонша олардың айырмашылығы аз болады, атомдар өлшемінің айырмашылығы қанша көп болса, сонша тордағы бұрмалау өлшемі көп болады, ал бұл оның тұрақтылығына әкеледі және жаңа тордың пайда болу мүмкіндігі болады және үздіксіз ерітіндінің бұзылуына сәйкес келеді.

3. Металдар бірдей топқа (ішкі топқа) немесе аралық жүйелердің аралас (тектес) топтарына жатады, бұл олардың жақын электр терістігін (электронға ұқсастық) анықтайды.

Егер де металдар периодтық жүйелердің әр түрлі топтарына жататын болса, атомдар арасындағы өзара әрекеттер аралық фазалардың пайда болуына немесе екі шектеулі қатты ерітінділер қоспаларының түзілуіне әкеліп соғуы мүмкін: бір немесе  басқа металдың негізінде бұл ығысу энергиясы белгісіне ( ∆ U = U_AB – ½ (U_AA + U_BB), байланысты болады, мұнда U_AB – екі әр түрлі атаулы атомдардың потенциалдық энергиясы, U_AА және U_ВB – бір атомдарға сәйкес). Егер ығысу энергиясы (∆ U) теріс болса, онда әр текті атомдардың өзара әрекеттері бір тектіге қарағанда, күштірек және осыдан кейін аралық фазалар пайда болады. Егер де ығысу энергиясы оң болса, онда екі компоненттің кристалдар қоспасы немесе олардың негізіндегі қатты ерітінділер байқалатын болады.

Үздіксіз қатты ерітінділердің түзілуі үшін нұсқалған шарттарды орындау қажетті, бірақ жеткіліксіз болып табылады, осы жөнінде  шын металдық жүйелерде қатты ерітінділердің түзілуі туралы деректер дәлелдейді. Сондықтан осы шарттарды сондай-ақ компоненттердің балқу температурасын есептеу қажеттілігін, олардың серпімді тұрақтысын және т.б. көрсете отырып, жиі толықтырады. Бұл және шектеулі ерігіштер үшін – атомдар өлшемдеріне және электрхимиялық қаситеттерде айырмашылық қаншалықты кем болса, осы ерігіштердің шамасы соншалықты артық болғанда дұрыс болады.

Орнын басудың қатты ерітінділерінің түзілуі бастапқы компоненттердің қасиеттермен салыстыру бойынша қасиеттердің маңызды өзгеруіне әкеліп соғады. Ереже бойынша, сонымен илемділік қасиеттерінің кейбір төмендеуі кезінде қаттылықтың және беріктіктің өсуі жиі байқалады (бірақ илемділік, мысалы, α- қорытпалар фазасында Cu–Zn өсетіні белгілі жағдай). Одан басқа, меншікті электрлік кедергі мықтап өседі, оның температуралық коэффициенті төмендейді және көптеген басқа физикалық қасиеттер өзгертіледі.

Орнын басудың қатты ерітінділерінде кейбір жағдайларда атомдардың реттелген орналасуы құрылады. Реттеу күйі Курнаков нүктесі деп аталатын –кейбір сындықтан төмен температуралар кезінде босаңдатудан кейін байқалады(Т_К – реттеулі қатты ерітіндіден ретсіз күйге өту температурасы).  Осы күйдің сипаттамалары үшін (σ) қашақ рет дәрежесінің ұғымын пайдаланады:

σ = ( Р_А – С_А ) / ( С – С_А),

мұнда Р_А – өзінің қосымша торында А атомдарын орналастыру ықтималдылығы; С_А – А атомдарының атомдық шоғырлануы. Р_А = 1 болғанда, σ шамасы 1 тең –бұл қашық реттің жоғарғы дәрежесі.  Р_А = С_А болғанда, яғни өзінің қосымша торында А атомдарын табу ықтималдығы оның атомдық шоғырлануына тең болса, онда σ = 0. Сонымен, қашық рет дәрежесі 0-ден 1-ге дейін өзгеруі мүмкін. σ = 1 үшін, қорытпа құрамында А және В атомдарының мөлшері тиісті қосымша торлар тораптарының санына тең болуы керек. Бұл жағдайда екі қосымша торлар тораптары бір қосалқа торда А атомдарымен, ал басқасында – В атомдарымен толық болады. Бұл жағдай қорытпаның сайма –сай құрамына жауап береді. Егер де қорытпа құрамы туралы нұсқалған шарт ұсталмаса, онда А және В атомдарының бөлігі басқа торда болады, және сонымен қорытпа шоғырланған түрде реттелмеген болады. Бұрын көрсетілгендей, реттеу дәрежесі температураға байланысты болады.  Т_К тең, қыздыру температурасы кезінде ретті ↔ ретсіздікке түрлендіру болады. Бұл түрлендіру Л.Д. Ландау жіктемесі бойынша I немесе II текті түрлендіру типі бойынша болуы мүмкін.

в

Сурет. 3.3 Cu – Au қорытпа жүйесіндегі қатты ерітінділердің кристалдық құрылымы: а – Cu₃Au құрылым ; б – Cu–Au (I) құрылым; в –Cu–Au (II) құрылым; гранорталықтандырылған тетрогоналды ұяшықтардың қабырғаларының — толық сызықтары; сызы-сызық — көлемдіорталықтандырылған тетрогоналды ұяшықтың қабырғалары

 

I текті түрлендіруде қашық рет дәрежесі Т = Т_К болғанда нольге дейін секірме тәрізді төмендейді, ал II текті түрленудіруде – біртіндеп, бірақ смондай-ақ Т = Т_К болғанда нольге дейін төмендейді (сурет. 3.4).

Сурет. 3.4 Температураны ұлғайтумен қашық рет дәрежесін өзгерту (ретті ↔ ретсіздікке түрлендіру): а – I тегі; б – II тегі

I текті ауысым 3.5 диаграммада үлестірілген, берілген жағдайда фазалық облыстар бұл фаза ережесіне сәйкес келеді.

Сурет. 3.5 I (а) және II (б) түрі бойынша қорытпадағы қатар ауысымы ↔   қатарсызға ауысады (γ-ретке келтіру; γ′-қатты ерітіндіні ретке келтіру)

Жоғарғы температураның суытуы кезінде, Т_к табыс кезіндегі қорытпаның ретсіздігі болып табылады, онда ретке жауап беретін ұрық пайда болады. Температура төмендеген сайын олар өседі, сосын ретсіз матрицаны жұтып алады. ГЦК торының негізіндегі реттік ауысым құрылымына арналған, I текті фазалық түрінің пайда болуы, бес түрі белгілі  (А₁ – А₅), ал ОЦК торында төрт түрі белгілі (А₁ – А₄) ( сурет. 3.6, а, б).

б

Сурет. 3.6 ГЦК және ОЦК негізгі торындағы қатты ерітінділер реттіктің құрылымының ауысымы

 

II текті фазалық ауысым жағдайы кезінде (сурет. 3.6, б) Т_к температурасынан бастап суытуға дейін барлық қорытпа көлемінде ретсіз дәрежесі өседі.  Мұнда ешқандай өзгеріс жоқ, бұл ұрықтың пайда болуына жауап бермейді. Реттік фазалар CuPt және CuPt₇ ГЦК торындағы реттік құрылым түрі пайда болады және ОЦК CsCl және FeZn₇ торындағы реттік құрылым түрі пайда болады.

Ереже бойынша, ретсіздік күйге ауысуы күйі кезінде қорытпаның қаттылығы өседі, беріктікті төмендетеді және тез көп физикалық қасиеттер өзгереді.

Реттік қорытпаларда Т_к температурасы кезінде, егер σ=0, ал ретсіздікте және өте төмен температурасы кезінде жақын қатар деп аталатын: бір компонеттің атомы (А) басқа атомдармен (В) қоршаулы. Бұл АВ түрінің жұп байланысының пайда болуына әкеліп соғады. Жақын қатар дәрежесі мына сәйкестікпен анықталады

α = 1 – [ ( n_ABⁱ ) / (Z_iC_Bⁱ)],

мұндағы n_AB – i -координаталық ортадағы А атомдардың қоршалуындағы В атомның саны; Z_iC_B – i -координаталық ортадағы В атомның  ортаңғы саны. Егер α < 0 болса, онда n_ABⁱ > Z_iC_Bⁱ болады. Бір тектіге қарағанда, басқа көрші атомдар көп болады.  Егер n_ABⁱ < Z_iC_Bⁱ (яғни α > 0), онда кері жағдай болады, оны жақын қабаттасу деп атайды. Осындай жағдайда, ол нолге тең; онда бұлар А және В атомдары ұқсас болып келеді.

Жуық рет түрлерінің қатары белгілі – сұйық тәрізді, микродоменді және жергілікті алыс (немесе К-күй). Жуық реттің құрылуы қорытпаларды беріктеудің өсуінде және физикалық қасиеттерді өзгертуде көрсетіледі. Енгізудің қатты ерітінділері. Мұндай типті қатты ертінділер көміртек, азот, сутек, бор және т.б. сияқты, бейметалдармен металдар негізінде құрылады. Сонымен бейметалл атомдары металл торында окта- және тетраэдрикалық (сурет. 3.7 және 3.8) кеуектерге ие болады. Ұқсас қатты ерітінділердің түзілуі бейметалл атомдарда металл атомдарына қарағанда, маңызды түрде аз өлшемдер болған жағдайда мүмкін. Ұқсас қатты ерітінділер үздіксіз болуы мүмкін емес, өйткені металл атомдарынан бейметалға үздіксіз өту мүмкін емес. Бейметалдың шоғырлануы мұндай фазаларда әдетте шамалы, бірақ жеке жағдайларда айтарлықтай жоғары болуы мүмкін. Қатты ерітінділер үздіксіз болуы мүмкін, металда атомдардың үздіксіз өтуі болуы мүмкін.  Мұндай фазадағы концентрация қарапайым жағдайда белгісіз, бірақ бөлек жағдайда әжептеуір жоғары, қатты ерітіндіде Се–Н, атомдық сутек 75%   ке дейін жетеді.

Сурет. 3.7 ГЦК торы негізіндегі қатты ертітіндінің реттік енгізудің құрылымы

Сурет. 3.8 ОЦК торы негізіндегі қатты ертітіндінің реттік енгізудің құрылымы

Енгізудің қатты ерітінділері, атомдар металл торында тек белгілі және заңға сыйымды орналасқан кеуектерге енгізілгенде, реттелген болуы мүмкін. Осындай енгізудің реттелген қатты ерітінділерінің (сурет 3.9) үлкен мөлшері белгілі, осылардан ең үлкен мүддені, көміртек атомдары торының октаэдрлік кеуектерінде заңға сыйымды орналасқан, мартенсит құрылымы көрсетеді. ГЦК торындағы металдық базаның қатты ерітіндісіндегі қатты ерітінділердің бес түрі белгілі және ОЦК торында металдың негізінде төрт торы белгілі  (сурет. 3.9).

Азайтудың қатты ерітінділері. Мұндай қатты ерітінділер кейбір аралық фазалар және химиялық қосылыстар негізінде құрылады және ақаулық тормен, яғни компоненттердің біреуінің атомына жатуы тиіс, еркін (немес бос) тораптары бар тормен сипатталады. Бұл еркін тораптар, бұл элементтер металдар немесе олардың біреуі металл, ал басқасы – бейметалл болып табылады ма деген сауалдан, тәуелсіз туындауы мүмкін.

Азайтудың қатты ерітінділерінің аса белгілі мысалдарының бірі FeO фазасы (немесе вюстит) болып табылады. Оның құрылымында темір атомдарымен бос емес болуы тиіс, тораптар жартылай еркін болады, онда оттек атомдарына жататын, басқа тораптардың бөлігі, — темір атомдарымен бос емес. Мұндай құрылымдардың темір беттерінде пайда болуы оттегінің әсер етуі кезінде темір атомдарының диффузиялық қозғалғыштығын жеңілдетеді және беттерде FeO фазасының жаңа қабаттарын жасай отырып, олардың орнын ауыстыруға әкеліп соғады, және сөйтіп одан әрі тотығу қарқындалады.

Сурет. 3.9 Енгізудегі қатты ерітіндідегі енгізілген атомдардың позициялық мүмкінділігі: а,б – ГЦК торындағы тетра- және октаэдрлік қуыстар; в,г – ГПУ торында да; д,е – ОЦК торында да

 

Қолданылатын әдебиет:

1.[2] стр.24-27.

2.[6] стр.95-99.

3.[10] стр.118-120.

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 3-тақырып [2, 4, 6, 10]

1. Қатты ерітіндідегі атомдар өлшемінің ролі.

2. Ауысымның қатты ерітіндідегі элементарлық торлардың және енгізудің сұлбасын суреттеу,   егер ОЦК торы ертікіш болса.

3. Қатты ерітіндідегі температураның қатарға әсері.

 

Тақырып 4 Интерметаллдық қосылыстың құрылымы (1 сағат)

 

Дәріс жоспары:

1. Интерметаллдық фазалар және факторлар, олардың құрылымдарын анықтайды. Валенттілік қосылыс. Электрондық қосылыс.

2. Үстіңгі жүргізілген материалдар.

3. Магниттік құрылымдар.

Аралық фазалар. Әр түрлі элементтермен түзілген және олардың элементтерін құрайтын, торлардың ерекшеленетін, кристалдық торлардың өзіндік типтері бар, кристалдар аралық фаза деп аталады.  Аралық фазалар әдетте гомогендік оьблыстарды иемденеді, яғни бір жүйедегі кең аралықта – немесе концентрация интервалында пайда болады, және жиі стехиометрлікке сәйкес келеді. Соңғысы көбінесе қорытпада болады, аралық фазада атомдар арасында компонеттерде иондар немесе коваленттік байланыстар және химиялық валенттіліктер пайда болады.

Аралық фазаның пайда болуы мына қорытпа құрамында, яғни шарт арқылы жүзеге асады, қатты үздіксіз ерітінділерде міндетті түрде болады.

Аралық фаза деп аталатын орталықта Юм – Розери фазасын белгілейді, немесе электрондық фазалар, енгізу фазалары, σ- фазасы, Лавес фазасы, тұрақты тоқ құрамы және т.б. белгілейді.

Электрондық фазаға интерметалдық қосылыстың үлкен саны қатысты, олар күй диаграммасына сәйкес кең интервал концентрациясын ауыстырады. Бұл фазалар екі класс арасындағы металдар пайда болады (кесте. 4.1). Бірінші класқа периодтық жүйедегі IВ тобы және IА топтары, сонымен қатар өтетін металдар және сирек жерлі лантаноидтар жатады.  Екінші класқа периотық жүйедегі II – V топтар жатады.  4.1 кестеде электрондар саны белгіленген, әр металға  Юм–Розери фазасы енгізілген, олардың санын есептейді, сосын бір атомнан өтеді  (е/а – атомдар санындағы валенттік электрондардың қатынасы). Бұны электрондық концентрация деп атайды. Электронды фазадағы электрондық концентрацияның орташа белгісі орташа 3/2, 21/13, 7/4 мынаған тең, ол кристалдық тор түрін анықтайды.  Құрылымның үш түрі белгілі: β, γ және ε. β, γ және ε фазалар тәртіпті және тәртіпсіз күйде болуы мүмкін, олар β́́́́́΄ және γ белгісімен белгіленеді, бірақ тұрақсыз күйі тұрақтыға қарағанда  төменгі температурада ғана және концентрацияның тар облысы байқалады.  Кубтық симметрияны иемденетін β-фазасы үшін, кристалдық тордың үш түрі мінезделген: ОЦК, γ-жез түрі (әр ұяшыққа 52 атомнан) және β-Mn түрі  (әр ұяшыққа 20 атомнан). Жоғарғы температурадағы әртүрлі құрылғымен β-фазасы кезіндегі суыту бір жүйедегі беріктік күйдегі β → β′ қорытпалары қарастырылуы мүмкін, әйтпесе басқа жүйеде   эвтектоидтық құлау мүмкін.  Кейбір β-фазалардың өзгеруі кезінде, егер де элемент концентрациясы электрондардың атомдар санына жоғарғы қатынасында болса, онда бұл фазадағы электрондық концентрация  3/2 жоғары болады, олар тұрақсыздықты көрсетеді және нәтижесінде азайту құрылғысы пайда болады,  олар қатты ерітіндідегі тәрізді бос емес түйіншекті иемденеді.

Электронды γ-фазалардың құрылғысы  (кейбірде оларды  ξ-фазасы ретінде белгілейді), ол орташа электронды концентрацияға 21/13 жауап береді, α-Mn сәйкес келеді (әр ұяшыққа 52 атомнан келеді), электронды концентрациямен ε-фазасының құрылғысы гексогональдік симметрия арқылы айырады. ε-фазасы тұрақсыз күйде ғана қарастырылады.

Кесте 4.1

Анықталған қорытпадағы олардың валенттілік электрондық саны бойынша металдардың екі класқа бөлінуі

I класс металдары					II клас металдары
Mn	Fe	Co Rh	Ni Pd Pt	Cu Ag Zn Cd Hg	Be Mg Cd	Al	Si Ge Sn	As Sb Bi
Өтетін металдардың топ асты VIIIB				IB және IIB металдар	Топ астындағы металдар:
					IIA	IIIA	IVA	VA
Юм-Розери фаза түрінің әр металға электрондар санын енгізу
0	0	0	0	1	2	3	4	5

4.2 кестеде кейбір электрондық фазалардың құрамы және түрлері көрсетілген.

Кесте 4.2

Электронды қосылыстың кристалдық құрылымы және оларға арналған электрондық концентрация

e : n = 3: 2 (β)			e : n = 21: 13 (γ)	e : n = 7: 4 (ε)
ОЦК	Қиын кубтық	ГП	α-Mn құрылыс түрі	ГП
CuBe CuZn Cu3Al Cu3Ga2 Cu3Zn Cu5Si Cu5Sn FeAl NiAl AuZn AgMg	CuSi AgHg Ag3Al Au3Al CoZn3	Cu2Ga Cu5Ge AgZn AgCd Ag3Al Ag3Ga Ag3In	Cu5Zn8 Cu5Cd8 Cu5Hg8 Cu9Al4 Cu9Ga4 Cu9In4 !!! Cu31Si8 NiBe21 Fe5Zn21	CuZn3 CuCd3 Cu3Sn Cu3Ge Cu3Si AgZn3 AgCd3 Au5Al3 Cu3Sb

 

Енгізу фазасы – бұл өтетін топтың аралық фазасы ( IV – Vi периодтық жүйенің топтары) – метал еместері (С, N, О, В, Н, S). Енгізу фазасы, әдетте есептейді, мына жағдайда пайда болады, егере де атомның метал радиусы атом метал емес радиусына қатысты ≤ 0,59,  Хэг арқылы қондырылған.  Нұсқау қатынасы мына фазаларды NbC, TiC, VN және көптеген басқа фазаларды қанағаттандырады. Жалпы жағдайда олар мына түрде болуы мүмкін МХ, М₂Х, М₄Х и МХ₂, мұндағы – Х металл емес. Гольдшмид бойынша енгізу фазасына көбіне кең дөңгелек фаза жатады, енгізу нәтижесі бойынша аралық тор өтетін металдардың —  аз өлшемді атомдар болады. Бұл фазаларға Гольдшмидт қатты енгізу ерітінділерді жатқызады, мысалы, феррит, мартенсит және аустенит және аралық фазалар – карбидтер, титридтер, гидридтер, оксидтер, боридтер және силицидтер, олардың көбісі  Хэгг ережесіне жауап бермейді. Гельд П.В. енгізу фазасын екі топқа бөлуге бұйырды – хэгтік фазалар және хэк емес фазалар, яғни атомдар радиустарын ≤0,59 сәйкестікке ұстамайды. Гельд енгізу фазасы былай мінезделеді деп ойлайды, егер М–М и Х–Х байланысына қарағанда, атом арасында күш байланысы метал – метал емес (немесе М–Х) көбірек болады. Енгізу фазасы темір, марганец, хром және басқа металдар негізінде пайда болмайды.

Қатты ерітінді енгізуінің пайда болу шарты бойынша металмен салыстырғанда метал еместің атомдық радиус өлшемі аз болады, енгізу металына қарағанда концентрация металы азырақ болады. Белгілі концентрация метал емес атомдардың бар болуы, шығын метал торы тұрақсыз болады және басқасына қарай ауысады, олар шығын тәрізді метал емес атомдардың көп бұрмалауын шақыртпайды. Жаңа метал торлардың пайда болуы Я.С. Уманский  концентрациялық аллотропия тәрізді мінездейді. Енгізу фазасында жаңа металдардың торлары ОЦК, ГЦК және ГПУ металдарына арналған 8 және 12 тең координациялық санымен жүзеге асады.

Метал емес енгізу фазасында атомдар тәртіпті орналасқан.  Енгізу фазасындағы атомдық концентрацияға сәйкес, валенттілік ереже қарастырылмайды, ал бұл басты қатты байланысқа – коваленттік немесе иондыққа жоқ болуды куәландырады. Құрылғы нәтижесі және бұл фазалардың қасиеттері бойынша, олардың ішінде металдық байланыс әсер етеді. Жиірек, бұл фазаларда металдық өткізгіштер куә болады,  ал кейбір құрамда жәнежоғарғы өткізгіштер болады. Көп жағдайда күй диаграммасында кең облыстық диаграмма белгіленген, оларда енгізу фазасы пайда болады. Бұл қорытпаларда енгізу фаза арасында және металда қатты ерітінді пайда болуы мүмкін. Енгізу фазасындағы пластикалық деформация үрдісінің пайда болуы жеңіл жазықтықпен және сол бағытпен дамиды, олар металдарға типті болып келеді, және де енгізу фазасы пайда болады; мысалы ТаС фазасына  {111} <110> жатады. Бұл фазадағы атомдар металдары ГЦК торы бойынша орналасқан, ал метал емес атомдардың түйін арасының торлар ы мына координациялық санға жауап береді К12 — : (К12 өлшемі – 6, металдық тор атомдарына арналған координациялық сан мынаған тең 12, ал метал емес атомдарға арналған координациялық сан мынаған тең 6 болады).

Енгізу фазасы, әсіресе өтетін металдар базасында IV және V топтар,  балқудың жоғарғы температурасымен және беріктік модулімен айырылады.

Басқа ерекшелік енгізу фазасы, кейбір метал еместерде – бұл көміртек немесе азот, олардың жоғарғы қаттылығы болып табылады, ол 20000 – 30000 Мпа дейін жетеді, ал өлшемі басқа металдық фазаға қарағанда жоғары болады.

Енгізу хэг емес фазасының ортасында, ферриттан, мартенситтен және аустениттан басқа,  карбидтер түрін М₃С, М₂₃С₆, М₇С₃ және М₆с, нитридтер М₂N, М₄N және басқа түрлерін белгілеу керек. Бұл фазалар әдетте әртүрлі құрам болаттарында – көбінесе легірленген болаттарда қарастырылады. Белгіленген нитридттік және карбонидтік фазалар химия-термиялық өңдеуден кейін пайда болады. Бұл фазалардың көбісі жоғарғы қаттылықпен қиын кристаллдық торды иемденеді, бірақ олар қыздыру кезінде барлығы беріксіз және төменгі температурада Т_пл болады. Басты металдың d-қабықшасы қанша аз электрондармен толықтырылған болса, сонша олардың фазалары көбірек берікті болады.  Бұл мысалға осы элементтерден пайда болады, олар болат құрамында карбидтік элементтер бар немесе басқа фазалар бірінші жағдайда d-қабықшасымен жүзеге асады.

Көп хэг тәрізді фазалардың мінездемелік ерекшелігі басқа металдардағы еріткіш мүмкіндіг деп атайды. Мысалға, цементтік түрдегі М₃С карбидтегі легірленген болаттар карбид пайда болуы (Сr, Mo, V және тағы басқалары) болады, сонымен қатар карбид емес  элементтер (Ni, Cu, Co) пайда болады. Легірленген жоғарғыхромды болаттар арнайы карбидта М₇С₃ және М₂₃С₆, хромнан басқа (осы фаза негізінде), белгілі жағдайда сандық атомдық темір, молибден, вольфрамда кездеседі. Болаттағы жоғарғы концентрация вольфрамы немесе молибден М₆С – Fe₃W₃C түрі (немесе Fe₃Mo₃C) тәрізді карбидтер пайда болады, ал құрамында вольфрам немесе молибден  болған кезде карбид пайда болады.

Жүйелерде, өтетін металдардағы санның құрамы, әсіресе хром, ванадий, вольфрам және басқалары, аралық металдық фазалар пайда болады, оларды σ-фазалары деп аталады. Компонеттердің атомдық радиустың қатынасы 1,0 – 1,1 аралығында болады. σ фазасы бір ұяшыққа 30 атомнан келетін тетрогональдік торды иемденеді (сурет. 4.1), гомогенннің кең облысы және сондықтан олардың құрамын стехиометрлі формула ретінде қарастыруға болмайды. σ-фаза құрамы электрондық концентрацияның аралығынаанықтама береді: әдетте 1 атомға 6,5 – 7 (d+s) электроннан келеді.   Бұл фаза термодинамикалық тұрақты және балқу температурасына дейін жүйелік қаиарда сақталады. Ол жоғарғы қаттылықпен және сынғыштықпен мінезделеді, сондықтан оның қорытпа өңдеу кезінде пайда болуы аса қажет емес, оның нәзіктік қирауы жоғарыланады.

Сурет. 4.1 σ-фазасының элементарлық ұяшығы

Лавес фазасы – екілік немесе үштік аралық металдық фазалар, оның орташа құрамын стехиометрлік формуламен АВ₂немесе А²В суреттеледі.  Бұл фазалар компакті торда орналасқан атомдар радиусының компоненті ретінде пайда болады (r_A/r_B ≈ 1,225), ол координациялық санмен 12 және 16 (реалды фазаларда мынаған сәйкес болады r_A/r_B ≈ 1,05-1,68) мінезделеді. Лавес фазасы қорытпада өтетін компонеттермен немесе қарапайым металмен қарастырылады.

Құрылым бойынша Лавес фазасы үш түрге жатады: MgCu₂, MgZn₂ и MgNi₂.

Бірінші түрі кубтық құрылыммен бір ұяшыққа 24 атомнан келеді, онда соңғы екеуі гексогональдік құрылымды иемденеді атомдар санындағы ұяшыққа 24 немесе 12 сәйкес келеді. Сілтеу аралық фазадан басқа қорытпада, сонымен қатар аралық фазалар кетеді, сонымен қатар қорытпада никель-арсенидті фазалар түрі кездеседі және басқалары, олар жүйелерде пайда болады, олар металдың бір жақ жанымен және жарты металдармен  (Sn, Sb және басқалары) немесе метал еместермен (Se, Te) жүзеге асады. Никель-арсенидті фазалар коваленттік байланыспен және құрылыммен айырады, ол гексогональді сингонияға жауап береді. Жиірек NiAs фазасында атом металдары Г12 түрлі торды метал еместі жүзеге асырады, ал олардың октаэдрлік мезгілінде атом никелі орналасқан, олар бір-бірімен қарапайым гексогональдік құрылымды иемденеді.

Қорытпа қатарында тұрақты құрамның аралық фазалары орналасқан, олардың біреуі валенттілік ережесіне бағынады, оларды химиялық немесе валенттілік қосылыс ретінде қарастырады. Мұндай қосылыстар ионды және коваленттік байланыстарды иемденеді. Бұл жағдайда атом беріледі, немесе валенттілік электрондарды қабылдайды, бұл жағдайда октеттік конфигурация пайда болады hs²np⁶. Бірінші жағдайда атом арасында иондық байланыс пайда болады, ал екінші жағдайда – коваленттік. Көбінесе мұндай валенттілік қосылыстар қиын ионды-клваленттік байланыстарға әсер етеді.

Дегенмен қосылыстың үлкен тұрақты құрамы валенттілік ережесіне бағынады. Жалпы жағдайда бұл фазалар метал арасындағы әртүрлі жағдайдағы  периодтық жүйені пайда болуына әкеліп соғады: мысалы қарапайым метал арасындағы төмен валенттілікпен қатар және жоғарғы валенттіліктегі элементтер және балқу температурасымен айырылатын,  атомдар өлшемімен және олардың басқа мінездемелік құрылыммен айырылады.

Тұрақты құрамның мұндай фазалары, олардың компоненттеріне қарағанда, басқа түрдегі кристалдық торды иемденеді, тез арада механикалық және физикалық қасиеттерімен және олардың компонеттерімен айырылады.

 

Қолданылатын әдебиет:

1.[2] стр.27-31.

2. [4] стр.41-42.

3. [6] стр.99-106.

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 4-тақырып [2, 4, 6, 10]

1. Факторы, определяющие структуру интерметаллических фаз.

2. Сверхпроводящие материалы.

3. Магнитные структуры.

 

Тақырып 5. Металлтанудағы термодинамика (1 сағат)

 

Дәріс жоспары:

1. Термодинамикалық фазалардың түрленуінің түсіндірмесі.

2. Қорытпалар арасында болатын реакциялардағы тепе-теңдік.

3. Гиббистың фазалық ережесі.

 

Әрбір заттың температураға байланысты қатты, сұйық немесе газ тәрізді күйде болатыны бәріне мәлім. Бірақ қозғаушы күштер, яғни жүйенің механизімімен оның бір күйден екінші күйге ауысуының себебі көп уақыт бойы белгісіз қала береді. Келесі деректерді айта келгенде «жүйе» терминін  жиі қолданғандықтан, бұл түсінікке анықтамасын анықтауымыз керек.

Химия физикасы деп арасында немесе бір бөліктерінде энергия ауысуы, сонымен қатар диффузия процессі қамиамасыз етуі мен жеке заттардың жинағын айтамыз (химиялық элементтер, тәуелсіз химиялық қосылыстар).

Жүйені құрайтын заттар жүйе компоненттері деп аталады. Жүйедегі компоненттер әртүрлі фазада болады.

Фаза деп ауысу кезіндегі қасиеттері секіріс түрде өзгерісі байқалатын, жүйенің басқа бөлігінің беттігімен шектелген жүйенің жеке түрлі бөлігін айтамыз.

Термодинамикалық  потенциал және G болып белгіленетін потециал, барлық өтетін көбінесе химиялық реакцияларға әсер етеді. Сыртқы қысымға  жұмысты алып тастағандағы процестің максималды жұмыстық келетін G потенциалы, ΔG шамасына өтетін процестерді өздігінен жояды. Мәнінде     ΔG жүйенің жұмыстық қасиетін көрсетеді. Изобаралық процестер үшін G мәнін изобара-изотермиялық немесе қысқаша изобаралық потенциал деп атайды. (басқа әдебиеттерде басқа атаулар кездеседі: еркін энтальпия z, тұрақты қысым кезіндегі еркін энергия Ғ, Гиббс потенциалы G).

Жоғарыда айтылғандардың негізінде принципті мүмкіндік шартымен процестің тепе-теңдікте болатындығын деп қорытынды жасауға болады. Егер процесс орындалатын болса, онда жүйе ΔG=0 тепе теңдікке жетпегенге дейін жүреді.

(5.1 сурет) схемада берілген заттардың қатынасы (G=B) және G жүйе үшін аралық күйін, (бастапқы заттар + қатынас заттары)

Берілген заттардан тұратын жүйе үшін изобаралық потенциал мәні көрсетілген.

                                      Шығындық                  Әсерлесу

                                                      заттар                     азық-түлігі

                                                                                                  

 

Сурет. 5.1 сурет – физика-химиялық жүйенің бастапқы (А), сонындағы  (В). Түрлену процессіне аралық күйіне G изобаралық потенциалының схемасы.

Көрсетілген схемада G жүйесінің өзгерісі, қортпа секілді жүйелерде өтетін құбылыстарды түсінуге өте қажет.

ΔG мәні жүйенің түрленуінің тек («-») мүмкіндікті немесе («+») мүмкін еместікті анықтайтындығын ескеру керек, бірақ ΔG мәні бойынша жылдамдықты,  механизмді, яғни түрлену байқалса кинетика процессін анықтауға болмайды. Сондықтан мүмкін болатын процестердің барлығы әрқашан орындала қоймайды, яғни мүмкіндік дәрежесі мен нақтылықты сәйкес диалектикалық материализімнің концепциясын толық дәлелдейді.

Практикалық есептерді есептеу үшін орындалатын түрленудің  ΔG мәнін анықтау маңызды, сондықтан астында термодинамикалық потенциалдың математикалық тәулсіздіктің көрсеткіші көрсетілген:       ΔG = ΔH – TΔS, мұндағы ΔH – энтальпия өзгерісі (жүйенің жылусыйымдылығы), ΔS – түрлену кезіндегі жүйенің энтропиясының өзгерісі; Т – абсолютты температура.

5.2 суретте тұрақты температурадағы қос фаза қоспасы үшін α+β изотерма G көрсетілген, қос фазалы аралықта орналасқан Д гетерогенді қортпасында G_д потенциалы болады, сәйкес нүктесі түзу G_α және G_β сызығында жатыр.

Сурет. 5.2 Термодинамикалық потенциалдың гетерогенді қорытпалардың құрамына қатынасы.

Термодинамикалық G (с) қортпасының құрамдық потенциалдың тәуелділігі сызығы сұйық немесе қатты күйіндегі толық еруі ось ординатасына және абцисса өсіне көлденен түседі (5.3 сурет). Осыны дәлелдейік.  Берілген қортпа құрамы а₃  ΔG_а3 потенциалға ие. Егер ол екі фазаға бөлінетін болса α₁ және  α₂ онда аддитивті теңдігі бойынша оның потенциалы G; теңесуші еді бірақ G’>G₃. Сондықтан бір фазалы қортпалардың тепе-теңдігінің шарты абцисса өсіне кез келген жеріне көлденен бағытталғаны мен сипатталған түзу шынында да G (с) тәуелділігі болып табылады.

Гомогендігінің ось бойымен құрамының аумағы қаншалықты кеңіне қарамастан айтылғандардың бәрі кез келген фазаның G(c) формасына жатады. Ол өте қысқа болуы мүмкін. Бұл А және В негізінде қатты қортпаларға  және аралық фазаларға жатады. Екі қортпаның тепе-тендігі температураның және қысымның тұрақты болғанда әрбір фазаның  (5.4суретте) G(c) түзуіне жалпы жанамамен суреттеледі. 5.4 суретте α₁ ден  β₁ құрамының ауданында G минималды мәні  қос фазалы  α₁+β₁ қоспа үшін алынатыны көрсетілген. Гомогенді ауданы үшін αжәне β қортпаларының диаграмманың он жағында және сол жағында көрсетілген, оның орта тұсында – нақты α₁ және β₁  концентрациясының қортпалардың қоспасы үшін көрсетілген. G минимумы  сынығымен сипатталады.  мәні А (таза металл) 100%  құрайтын α фазаның термодинамикалық потенциалымен белгіленеді, Ga₁,— сол сияқты қорытпа үшін шекті концентрациялы ₁ ( фаза) үшін және тағы басқа.

 

5.3 сурет. Термодинамикалық потенциалдың гомогенді қорытпалардан тәуелділігі

 

α және β қорытпалары сұйық және қатты немесе біреуі сұйық, ал екіншісі қатты болуы мүмкін. Егер екеуі де қатты болса 5.4 сурет онда аллотропиялық тепе-теңдікті сипаттауы мүмкін. Егер α – қатты, ал β – сұйық қортпа (немесе керісінше) болса, онда 5.4 суретте берілген Т-ң Р-ға сұйықты және қортпалардың тепе-теңдігі сипатталады.

Егер қортпа екі фазадан тұрса,  онда қатынас саны рычаг ережесімен анықталады. Мысалы, х құрамды қортпа (5.4 сурет) Т және Р берілгенінен

₁ және ₁ фазалары тұрады. ₁ фаза саны

,

ал ₁фаза 

мұндағы Q_х х қортпаның жалпы саны.

және фазалардың саны х₁ және х₁ кесінділері секілді біреу біреуге қатысты екені көрінеді. Егер ₁₁ кесіндісі 100% деп алсақ, онда фазалардың қатысты саны процесте көрсетіледі. Айтылғандар салмақты көлемді және молярлы қатынасқа абцисса осіне алынғанына байланысты қолданылады.

Сурет. 5.4. Шекті қортпалары  ( және ) гетерогенді қоспалар және  + құрайтын қортпаларға байланысты термодинамикалық потенциалмен қатынасы.

 

Қалып күй диаграммасы бойынша қыздыру және суыту кезіндегі қортпадан түрленулердің қалай болатыны, әртүрлі қортпалардың балқуы температура сынық тепе-тендігін анықтайды: термиялық өңдеу режимі, құюдың оптималды температуралық интервалы, қысым арқылы өңдеу, тағы сол сияқты.

Гиббстің фазалық ережесі. Фаза ережесі еркіндік дәрежесінің компонент саны және фаза саны немесе теңдік мәнімен қатынасын орындайды (тұрақты қысым кезінде) С=К+1-Ф,

Мұндағы  С – жүйенің еркіндік дәрежесінің саны (немесе варианттылық), К – жүйені құрайтын компоненттер саны, яғни әртүрлі фазаны құрайтын жүйе құрау үшін қажетті химиялық элементтердің ең аз саны, 1 – сыртқы факторлардың саны, Ф – тепе-теңдікте тұрған фаза саны.

Еркіндік дәрежесі деп тепе-теңдікте орналасқан фаза санының өзгерісінсіз температураның және концентрациясының өзгерісінің мүмкіндігін айтамыз. Фаза құрамын анықтау үшін тепе-теңдікте тұрған, ликвидус және солидус аралығында жататын әртүрлі температурада температуралық дәрежесін жүргіздіріп,  осіне параллель солидус немесе ликвидус концентрациясы қиып өткенше жүргіздіру керек.

 

Қолданылатын әдебиет:

1.[2] стр.87-89.

2.[6] стр.106-108.

3.[11] стр.81-99.

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 5-тақырып [2, 4, 6, 11]

1. Металлургиядағы термохимия.

2. Бір компонентті жүйедегі фазалық тепе-теңдік.

3. Сыртқы ьеттіктің және бөлінді беттігінің термодинамикасы.

 

Тақырып 6 Фазалық диаграммаллар (1 сағат)

 

Дәріс жоспары:

1. Диаграмма құрайтын тәжірибе тәсілдері.

2. Қос компонентті жүйенің фазалық диаграммалары.

3. Үш жүйелі фазалық диаграммалары.

 

Қортпалар туралы тәжірибелердің нәтижелері нақты мәліметті диаграмма түрінде беріледі. Олардың графикалық құрылысын әртүрлі құрамды қортпалардың қатаю және суыту қисығы алатын термиялық тәсіл арқылы алынады. Осы түзудің бұрылуы мен тоқталуы түрленудің жылу эффектісімен шартталған түрлену температурасын анықтайды.

Қалып күй диаграммаларда ордината осі бойынша температура, ал абцисса осі бойындакомпоненттер концентрациясы беріледі (абйисса осінің соңғы нүктелері таза компоненттерге сәйкес келеді).

 

6.1     .Сурет. Қортпалардың суытуының қисығында  «А–В» жүйедегі қалып күй диаграммасының құрау схемасы

 

«А» қисығының ауданында  t_н ден  t_А дейін  А компонентінің ертіндісінің суытылуы болады, t_А кезіндегі аудан А компонентінің қатаюын көрсетеді. t_А температурадан  төмен қатайған А компонентінің суытылуы жүреді.

Қортпалар температура интервалында қатая бастайды. «1» қортпаның суытылу қисығында t_m–t_n температура интервалында қатаю кезіндегі жылудың бөлінуіне байланысты. Суыту жылдамдығы басқа осы қисықтың ауданындағы жылдамдықтан аз болады. Сонымен  t_m – бастапқы температура, ал t_n – «1» қортпаның қатаюының соңғы температурасы. Басқа қортпалардың суыту қисықтары аналгты түрге ие. Тұрақты температурада t_Э А және В компоненттерге қатаятын, тек  «Э» құрамды  қортпа қатаюы ерекшеленеді. Сонымен бірге t_Э температурасынан төмен  «А–В»  жүйенің барлық қортпалары қатты қатайған күйде болады. Егер t_m және t_n  күйлері тәжірибе түрінде қойылған  (б) графигіне құрамы бойынша орналастырсақ,  онда қалып күй диаграммасын аламыз.

Қатаюдың басы болатын сызықты құрайтын геометриялық жердегі нүктелерді ликвидус сызығы деп атаймыз (лат. Liquidus — сұйық), қатаю сызығының соңы – солидус сызығы (лат. Solides -қатты) деп аталады.

Қалып күй диаграммасының негізгі түрлері.

Қатты күйдегі компоненттердің шексіз ерігіштікті қортпалардың қалып күй диаграммасы.

Компоненттердің екеуіде қатты және сұйық күйде шексіз ериді және химиялық қосылыстарды түзбейід. Компоненттер: А; В заттары; L сұйық,  a қатты қортпа кристалы. Мұндай қортпалардың мысалы ретінде Cu-Ni алуға болады.  (6.2 сурет).

Сурет. 6.2. Қатты күйдегі шексіз еритін қортпалар құрылымының пайда болу схемасы және суыту қисықтары бар қалып күй диаграммасы.

 

Диаграммада Аa’В қортпаның жоғарғы сызығында мысалы Cu-Ni қортпа, бір түрлі сұйық қортпадан тұрады. АВ контур ішінде қатты қортпадан тұрады. АВ контур ішінде қатты қортынды кристалдарының және сұиық фазаның,ал Ав̀В сызығы бір қатты қорытпадан тұрады.

Компонененттердін механикалық қоспасын құрайтын қалып күй диограммасы. Екі компанентте ерімейді және химиялық қоспаны түзбейді компонентті: А, В заттар; фазалар; сұйық А, В кристалдары. Бұның мысалы ретінде Pв-Sb қорытпаны қорытпаның қалып күй деограммасы бола алады.

Pb-Sb диаграммасы қисық суытудың үлкен асн негізіг құрады, оны термиялық әдіспен алады  (сурет. 6.3). Иілу нүктесі немесе қисық суытудың тоқтауы критикалық нүктелер деп аталады. Таза металдардың қисық суытуы бір критикалық нүктені иемденеді: қорғасынға арналған және сурмаға 631°.

Таза металдардың құрылымы біртекті дәндерден құрылады. Қорытпа 13% Sb және 87% Pb иемденеді, сонымен қатар бір критикалық нүктені иемденеді.

Екі түрлі ұсақ кристалдың механикалық қоспасы, бір уақытта сұйықтықтан кристалданады, оны эвтектика деп атайды (Ж ® Pb + Sb). Эвтектикалық қорытпаның микроқұрылымы сурмадан бөлінетін қорғасын негізіндегі араластырғыш құрылымнан тұрады. Қорытпалар, күй диаграмасында эвтектиканың сол жақ нүктесінде құралған (0 — 13%) Sb оны эвтектикаға дейін деп атайды, ал оң жағында — (13 — 100%) Sb эвтектикадан кейін деп атайды.

5 және 40% Sb қорытпалар интервал температурасында қатаяды және қисық суытуда критикалық нүктелерді иемденеді, ол басты және соңғысына сәйкес келеді.

Сурет. 6.3 Суық суытудың диаграммалық күйі және бөлмелік температура кезіндегі қорғасын-сурманың қорытпа құрамның сұлбасы.

 

Эвтектикамен қатар қатты күйдегі компонеттердің шек қойылған ерітіндісіндегі қорытпаның диаграммалық күйі.

Компоненттер: А, В. Фазалар: сұйықтық-L, қатты ерітінділер a және b. Екі компонеттер сұйықтық күйде шексіз ерітілген, қатты күйде шектелген және химиялық қосылыс пайда болмайды. Қатты күйдегі шектелген өзара ерітінді температура өзгерісімен ауысуы мүмкін (сурет. 6.4 а, б).

Қорытпалардың жай суытуы кезінде және екінші фазаның жоғарғы дәрежелік ақауы дән шекара бойынша бөлінеді, сосын ол торды құрады. Қысқартылған суыту ақауға дамуды бермейді және екінші фаза ішкі дәнде дисперстік қосылу түрінде болады.

ECD сызығы эвтектикалық ауысым деп атайды, ал С нүктесін – эвтектикалық нүкте деп атайды. Жеткілікті температураға жеткен кезде, ECD сызығына сәйкес эвтектикалық реакция пайда болады – сұйықтықтан екі қатты ерітінділерден араласу кристалдары бөлінеді a және b: L_С « a_Е + b_Д.

Қорытпа температурасының төмендеуі кезінде IV DFқисығынан төмен құлау пайда болады b — қатты ерітінділердің екінші кристалдарының қатты ерітіндісі a_II пайда болуы жүзеге асады.

Бұл үрдіс қатты күйде пайда болады және бірінші айырымына қарағанда екінші кристалдану деп аталады, ол қорытпа қаттылану кезінде пайда болады.

Сурет. 6.4 а. Қисық суытулар және шекті ерітіндімен бірге қорытпа құрылымының пайда болу сұлбасысының диаграммалық күйі.

Сурет. 6.5 б. Құрылым қорытпасының пайда болу жүйелілігі I, III және IV.

 

Химиялық қосылыстың пайда болу қорытпаның диаграммалық күйі.

Химиялық қосылыс анықталған компонеттермен қатал түрде негізделеді, ол диаграммада вертикалдық сызықтық күйді көрсетеді, нүктедегі ось концентрациясын қиып өтеді, химиялық қосылыста компонеттер сәйкестігіне жауап береді (сурет. 6.6). Қорытпада химиялық қосылыстың пайда болуы өздік компонеттің ролін ойнайды, бөлек диаграмманың жалпы диаграмма күйін бөлуі пайда болады. Кристалдық тордың компонеттері химиялық қосылыспен, қасиеттермен және балқу температурасымен түсіндіріледі. Егер де еріткішке дейін қыздыратын болсақ, және тұрақсыз болса, егер қыздыру кезінде ыдырайтын болса, онда химиялық қосылыс тұрақты және тұрақсыз болуы мүмкін. 6.6 суреттегі диаграмма тұрақсыз қосылысы келтірілген.

Сурет. 6.6 Тұрақты химиялық қосылыстағы диаграмма күйі

 

Полиморфты ауысымды сынайтын қорытпаның диаграммалық күйі.

Егер де бір компонеттің өзі полиморфты қамтамасыз етсе, онда диаграммада қатты күйдегі ауысым қарастырылады. Мұндай компонеттер болып мыналар табылады  Fe, Ti, Co, Mn және басқалары.

Диаграммадағы полиморфты аусыммен диаграмманың үстіңгі жағы бірінші кристалдануды мінездейді, төменгісі — екіншісін мінездейді.

Сурет. 6.7 Плиморфты өзгертілмелі қорытпалардың күй диаграммасы

 

Диаграммада 6.7 суретінді, компоненттер полиморфты ауысымды сынайды, төмен температуралық модификациясы шекті қатты ерітіндісін береді. Температура кезінде KCN жазықтық сызығы, біртекті бөлу кезімен a- және b- фаз: gс « aк+bN γ ыдырау болады. Ауысым кристалдық эвтектикаға әсерін тигізеді, қатты ерітінді, бірақ сұйықты емес. Бұл ауысым қатты күйде пайда болатынды, эвтектика деп атайды, ал алынған механикалық қоспа — эвтектиакалық.

         Үш компонентті жүйе диаграммасының жағдай диаграммасы.

Фазадық хәне структуралық құрылымына байланысты үштік құймаларды тепе-теңдік қалпында анықтау үшін температура мен концентрацияға байланысты үшбұрышты призма түрінде келетін кеңістік диаграммаларын қолданады  немесе көлемді жиһаз қолданады.

6.8 суретінде қорытпаның кеңістік диаграммасында сапалық ретінде үщ компоненеттері көрсетілген:

а) қатты және сұйық түрдегі толық еріткіші (сурет. 6.8, а);

б) сұйық күйде толық еру, бірақ қатты күйде ерімейді (сурет. 6.8, б).

  а                                                       б

 

Сурет. 6.8 Үш компонеттен құралған кеңістік диаграмма күйі:

а – қатты және сұйық түрдегі толық еріткіш; б – сұйық күйде толық еру, бірақ қатты күйде ерімеу

 

Қатты және сұйық күйдегі компоненттердің шекті ерітіндінің жүйелік диаграммалық күйі. 

Үш жүйеде шекті ерітіндіні іске асырады, екілік жүйеге арналған шығын компоненттерді қанағаттандыратын шарт: кристалдық тордың изоморфтылығы, біртекті химиялық байланыстар және атомдар радиустарының өлшемінің жақындасуы.

Мұндай диаграмма 6.9 суретінде көрсетілген және тікбұрышты үшшекаралы призманы ұсынады, қабырғалары таза компоненттерге сәйкес келеді, ал шекаралар екі қорытпадағы диаграмманы ұсынады.

Диаграмманың үстіңгі ашық бөлшегі қисықтармен шектелген А₁В, B₁C’, C₁A’, ол ликвидус жазықтығы болып табылады. Барлық температурада ликвидус жазықтығынан жоғары қорытпалар сұйық күйде – L болады. Төменгі имектік жазықтық, қисықтармен шектелген A’sB’, B’sC’, C’sA’, ол солидус жазықтығын ұсынады, ал төменгі қорытпада тепе-теңдікте бір фаза – үшкомпонентті -қатты ерітінді ұсынылады. Қорытпалар интервалында қекі фазаны құрады (L және ).

Сурет. 6.9 Шекті ерітіндідегі үщкомпонентті жүйенің диаграмма күйі

 

Егер кеңістік моделін құратын болсақ, онда кез келген қорытпаға ликвидус және солидус температураларын анықтауға болады.  Тәжірибеде қарапайым жағдайда кеңістік моделін айналып өтеді, ал бейнелеу жазықтықта болады. Бұл мақсатпен көлденең жазықтыққа диаграмма жобасын қолданады, немесе көлденең жобалы және тік қиылысты қолданады. Көлденең қиылыстар тұрақты температураға сәйкес келеді және оны изотермиялық деп атайды, ал тікті ауысым температурасына сәйкес политермиялық деп атайды (сурет. 6.10, 6.11).

Егер де изотермиялық қиылыс қатарын қарастыратын болсақ және жазықтық негізінде барлық сызықтар жобаланған болса, онда бұл жобалар кеңістік диаграммасын өзгертеді (сурет. 6.10).

а                          б

Сурет. 6.10. Шекті ерітіндідегі үштік диаграмманың изотермиялық қиылысы: а – көлденең қиылысізі; б – қиылысу проекциясы

 

Тік қиылыстар (сурет. 6.11) екі қорытпаның диаграммалық күй түрін қарастырады. Бұл бойынша фазалық құрам өзгерісінің үрдісін өте тез бақылау қажет және кесіндіге сәйкес кристалдану қорытпасының басты және соңғы температурасын анықтау қажет.

а                          б

Сурет. 6.11 Шекті ерітіндімен бірге полиметрлік қиылысының үштік диаграммасы: а – тік кесінді ізі; б – тік қиылыстар

Өзара әсерлесу компонетінің жоқ болу кезіндегі үштік эвтектиканың күй диаграммасы.

Мұндай түрдегі диаграмманың реалды метал ортасында біршама сирек кездеседі. Бұларға Sn-Cd-Pb, Sn-Cd-Zn және Sn-Cd-Ta жатады. Шекара диаграмма күйі (сурет. 6.12) эвтектикалық күйдегі екі диаграммасын ұсынады.

Сурет. 6.12 Ерітінді жоқ болған кездегі үштіе эвтектиканың диаграммалық күйі

 

Жүйеде келесі жазықтық топтары бар, олар әртүрлі фазалық облыстарды бөледі:

– ликвидус жазықтығының үшеуі A′e₁Ee₃A′ , B′e₁Ee₂B′ және C′e₂Ee₃C′, барлық қорытпалар сұйық күйде болады;

– екі эвтектиканың кристалдану басының үш жазықтығы me₁Ea, e₁nbE, m′e₃Ea, n′e₃Ec, m″e₂Ec, n″e₂Eb;

– үш эвтектиканың жазықтығы (солидус жазықтығы) abc.

Әр екі жазықтық ликвидус кеңістік қисығы бойынша қиылысады e₁E, e₂E, және e₃E, оларды екі сызықтық эвтектика деп атайды. Бұл сызықтағы нүктелер сұйық фаза құрамын көрсетеді, екі қатты фазамен бірге (компоненттермен) әр температураның тепе-теңдігі кезінде пайда болады. Екі эвтектикадағы үш сызықтар Е нүктесінде қиылысады, оны үштік нүкте эвтектикасы деп атайды.

Екі эвтектиканың кристалданудың басты жазықтығын сызықтық (сурет. 6.13) деп атайды. Олардың ерекшеліктері кез-келген көлденең жазықтықтар (яғни кез-келген изотермиялық диаграмманың қиылысы) тік конод сызықтары бойынша екі эвтектика жазықтығы қиылысады, олар нүктені қосады, фаза құрамына сәйкес, берілген температурада тепе-теңдік күйде болатын – сызықтағы бір сұйықтың екілік эвтектикада және екі қатты фазада болады.

 

Сурет. 6.13 Екілік эвтектикада басты кристалданудың жазықтығы (А+В)

 

Екілік эвтектиканың басты кристалданудың жазықтығы екілік жүйеде температураның конод ауыссуы, үштік эвтектика температурасы, олар екі эвтектикамен бір сызықпен сырғанайды, ал басқалары шығын металдың тік сызықпен болады.

Үштік эвтектика жазықтығы көлденең. Бұл үштік компонеттегі тепе-теңдіктің төрт фазасы ноннұсқалық тепе-теңдікте болады. Кристалдану жүйесінде сақталған сұйықтықтан үштік эвтектикаға дейін, бір уақытта үш қатты кристалдық фаза түседі (А+В+С). Қорытпаның фазалық құрамының өзгерісі температурамен бірге 6.14. суретінде көрсетілген. Қисық суыту мінездемесі қорытпаның жағдайы концентрат жазықтығына тәуелді.

а                                             б

Сурет. 6.14 Үштік эвтектикамен бірге қорытпадағы төрт фазаның қисық суытуы (б) және құрамы (а)

 

Полиморфты компоненттермен үштік жүйедегі күфй диаграммасы.

Полиморфты компоненттердің күй диаграммасы мыналарға тәуелді болады: бір, екі немесе барлық үш компонеттер полиморфтармен иемденеді және компонеттердің әртүрлі полиморфтарды өзара етіткіштерге әсер етеді.   6.19 суретте мұндай диаграммалардың мүмкіндік нұсқалары келтірілген.

 

Сурет. 6.19 Полиморфты компоненттердің үштік жүйенің күй диаграммасының мүмкіндік нұсқасы

 

Қолданылатын әдебиет:

1. [2] стр.117-121.

2. [4] стр.65-68.

3. [5] стр.109-156.

4. [6] стр.160-182.

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 6-тақырып [2, 4, 5, 6]

1. Кесінді ережесі.

2. Екі компонеттегі жүйенің фазалық тепе-теңдіктің аллотропиялық ауысымының диаграммасы.

3. Үш қабатты қорытпаның концентрация әдісінің анықтамасы.

 

 

 

 

Тақырып 7 Металлдағы және қорытпадағы диффузия (1 сағат)

 

Дәріс жоспары:

1. Таза металдағы өзіндік диффузиясы. Диффузияның басты теңдеулері.

2. Электр және термомиграция.

3. Қысқартылағн диффузия жолындағы диффузия. Ақаудағы концентрацияның тепе-теңдік кезіндегі диффузия.

 

Диффузия — бұл диффузияланатын бөліктердің ретсіз жылу қозғалысы-мен шартталған, затты тасымалдау. Газдардағы диффузия кезінде оның молекулалары басқа молекулалармен қақтығысуы кезінде өзінің қозғалыс бағытын өзгертеді.

Кез келген атомның диффузиялық қозғалысы — бұл басқа атомдардың қозғалысына да, осы атомның өткен қозғалысына да байланысты емес, тербелістердің үлкен амплитудасынан кездейсоқ кезу. Жағдай айналасындағы атомдардың тербелу температурасына тәуелді емес әдетте  ~ 10¹³с^-1бөлімшелерінде пайда болады.

Кездейсоқ адасуы гуммигут өлшемінің диаметрі 1 мкм сулық бір суспензияда микроскоп (броундық қозғалыс) бойынша қарауға болады.  Энштейн бұл қозғалысты «абсолютті мас адамды» бейнелеген.

Эйнштейн «диффузиялық жолды» немесе τ пропорционал кезіндегі уақыт ішіндегі √τ адасу бөлшектің орта квадраттық ауысымын орнатты.

Диффузияның басты теңдеулері

Фиктің бірінші теңдеуі бірілк уақытындағы екі ∆ ара қашықтықта жатқан көршілес кристалл тордың арасындағы бірілк жазықтық арқылы өтетін атом ағынының қосындысын (j) табуға көмектеседі (7.1. сурет)

Қарама – қарсы бағытталған атом секірістерінің саны белгілі, себебі кездесетін атом ағынының теңдеуінде  ½ көбейткіші пайда болады:

j ₁₂ = ½ с₁ ∆/ τ₀                                                                        (7.1)

j₂₁ = ½ с₂ ∆/ τ₀                                                                        (7.2)

мұндағы τ₀ – атом секірісі арасындағы ортақ уақыт (с).

Атом ағынының қосындысы мына түрде өрнектеледі:

j = j₁₂ – j₂₁ = ∆/ 2τ_о(с₁ – с₂)                                                     (7.3)

Сурет. 7.1 Кристалдық тордағы (1, 2) екі көршілес жазықтықтардың арасындағы ағын

Орта туралы Лагранж теоремасы бойынша

с₁ – с₂ = – ∂с/∂x ∆                                                                  (7.4)

(4.3) теңдеуді (4.4) теңдеуге қойғаннан кейін аламыз:

j = – ∆²/2τ_о ∂с/∂x = – D ∂с/∂x,                                               (7.5)

мұндағы D = ∆²/2τ_о                                                              (7.6)

D — диффузия коэффициенті деп аталған, пропорционалдық коэффициент (м²/с).

Атом ағынының қосындысы (j) және заттың шоғырлану градиентіне (∂с/∂x) қарама – қарсы бағытталғын, яғни диффузия аз шоғырланған жаққа қарай барады, осы жағдаймен теңдеудің  «минус» таңбасы түсіндіріледі.

Кейде атом секірістерінің жиліктерінің түсінігі енгізіледі:

Г = 1/ τ_о  ,                                                                               (7.7)

сонда

D = ∆²/2 Г                                                                             (7.8)

Нақты үш өлшемді кристалл тор үшін  (алты бағыттағы ось бойынша x, y, z)

D = ∆²/6τ_о = ∆²/6 Г                                                                (7.9)

Барлық атом секірістерінің Г жиіліктермен қоса берілген түр үшін кристалдық торда жақынрақ орналасқан түйіндегі секіріс Г_i  түсінігін енгізуге болады:

D = ∆²/6 К  Г_i                                                                         (7.10)

Мысалы, жақын атом арасындағы кубтық көлем орталықтандырылған торға арналған ∆ = (√3/2) а, мұндағы а – тор периоды; Г = 8 Г_i. Онда теңдеуден кейінгі ауыстыру былай болады (4.10) D  = а² Г_i. Шекара орталықтандырылған торға мына теңдеуді жүзеге асырамыз

∆ = а/√2;  Г = 12 Г_i  и D = а² Г_i.

Гексагоналды торларға

D_┴ = 3/2 Г_┴ а²  және  D_║ = Г_║с²;

┴ және ║ индекстері, кристалдардың секіруі кристал осіне перпендикуля және параллель түрінде өтеді.

Жуық есептеулермен орнатылады: жақын температурада атомның балқу секунтына орташа есеппен он миллион рет диффузиялық секірістер (өзара диффузиялану) арқылы жүзеге асырылады ( Г ≈ 10⁷ с^-1).

 

Вывод уравнения Фика на основе термодинамической теории диффузии

Атомның қозғалысы нақты қатты ертіндідегі диффузиялық i- компоненті атом аусуының қозғаушы күші болып табылатын градиентті химиялық потенциал ∆ μ бағыты бойынша қозғалуы мүмкін.

Химиялық  потенциалдың активтілікке тәуелділігі термодинамикадан белгілі

μ_i = μ_{i ст} + k T ln a_i                                                                 (7.11)

мұндағы μ_{i ст} – стандартты күйдегі химиялық потенциалдың мәні; k – Больцман тұрақтысы ( 1,3806 10²³ Дж/град); a_i – термодинамикалық активтілік, шоғырлану (с_i) және i компоненті активтілікті (_i) атом коэффициенті арқылы беріледі;

a_i  = j_i c_i.                                                                                 (7.12)

Идеалды (немесе араластырылған) ертінді үшін _i=1 және  μ_i пропорционалды c_i.  Мұндай жағдайларда диффузиялық ауыстырудың қозғаушы күші болып шоғырлану коэффициенті табылады.

1855 жылы Фик көмегімен диффузия теңдеулері енгізілген, сол сияқты Фурьенің жылуөткізгіштік теңдеу де, сондықтан бұл жағдайда зат алмасуы нақты көрінеді. Зат алмасу сұлбасы 7.2. суретте көрсетілген.

Сурет. 7.2 Элементарлы көлемдегі зат алмасу сұлбасы. (t=const және с₁ > с₂)

Аусатын зат санын (dm₁, г немесе ат) былайша табуға болады.

dm₁ = – D_i ∂c_i/∂x d S d τ                                                        (7.13)

Онда ағынның тығыздығы, г немесе ат/(м²∙с)

j = dm / dS d τ                                                                       (7.14)

Бірөлшемді диффузияның Х осі бағыты бойынша Фик теңдеуі келесі түрге келеді:

j = – D_i ∂c_i/∂x                                                                         (7.15)

Үшөлшемді есеп үшін Фиктің бірінші теңдеуі:

j = – D_i ∆с_i                                                                             (7.16)

мұндағы ∆ –Гамильтона операторы.

«Минус» таңбасы атом бағытының ағынының шоғырлану градиентінің векторына қарама – қарсы екендігін көрсетеді; D_i (м²/с) – пропорционал коэффициенті, i–тік компонеттің диффузиялық ауысым жылдамдығынмінездейді. Еріткіште — i–тік компонеттің диффузиялық коэфициенті. D_i коэффициенті температураға және атом еріткіштерімен бірге атомдардың еріткіш өзара әсерлесуі. Шындығында екі жүйеде екі компонетте бір біріне қарсы алдына шығады, өзара диффузия пайда болады, өзара диффузия D коэфициентімен мінезделеді.

Өз коэффициенттері D₁және D₂  мен өзаралық диффузия D коэффициентінің екілік жүйедегі қатынасын  Л.Даркен орнатты:

D = D₁N₂ + D₂N₁ ,                                                                  (7.17)

мұндағы N₁ және N₂ – екі компоненттердің мольдік үлестері,

N₁ + N₂ = 1.                                                                           (7.18)

Бір компонентті жүйеде (таза металл) де бағытталған диффузиялық ағындарды түзету құрам бойынша жүреді (өздік диффузия).

Фиктің бірінші теңдеуі идеалды жүйе үшін алынған. Нақты жүйе үшін Берченолла–Мейлдің түзетуін қолданады:

j_i  = — D_i^* ∆c_i.                                                                          (7.19)

Еріткіш диффузияның меншік аралығы және бұл атомның өзіндік коэфициентінде байланыс орнатылған

D_i = D_i^*(1+ ∂ lnγ_i / ∂ ln c_i)                                                       (7.20)

Термодинамикалық коэфициенттің белсенділігінде қатты қосылған ерітіндіде бірлікке жақындайды, сондықтан D_iжәне D_i^* тәжірибе жөнінде бірдей болады.

Егер атом жылжымалылығы U_i, яғни бірлік күш арқылы пайда болған белгілі болса онда,

D_i= U_iRT,                                                                             (7.21)

мұндағы R – газдық тұрақты, 8,31441 Дж/(моль К)-ге тең.

«Ішкі» қозғаушы күштен басқа (∆μ_i  немесе ∆c_i) процесс «сыртқы» қозғаушы күш есебінен жүре береді. Мысалы, температура градиенті барда термодиффузия пайда болады, ал электр  потенциалының градиенті – электраусулық.

Металдағы электрон өткізгіштерінің иондық әуестенуі («электрондық» жел эффектісі) өте үлкен, сондықтан металдағы зарядталған жағымды иондар   жүреді, ереже бойынша, анод жағына қарай, аланға қарсы, үлкен жағымсыз бөлшектер заряды сияқты жүреді.

Фиктің екінші заңы диффузияланатын заттың (элементтің) шоғырлануының кеңістікте ғана емес, уақыттада өзгерісін көрсетеді (∂с_i / ∂τ). Диффузия кезінде элементарлы көлемде dS dx массалар сақталуының  заңына dτ сәйкес диффундирленетін зат dm массасы қалады:

dm = dm₂ — dm₁                                                                      (7.22)

және теңдеу арқылы беріледі:

dm = — d S d x d τ  ∂ с_i / ∂ τ                                                   (7.23)

мұндағы  ∂ с_i / ∂ τ –  уақыт бірлігіндегі шоғырланудың өзгерісі, немесе dm₁ функциясының жеке дифференциалы   (4.13):

dm = ∂ (dm₁) / ∂x ∂x = — D_i dS dx dτ  ∂²c_i/ ∂x²                       (7.24)

(7.23) және (7.24) теңдеулерінің оң жақтарын теңестірсек, қысқатртулардан кейін біртекті мүшелері арқылы бірөлшемді диффузияның х осі бойынша бағытталған Фиктің екінші теңдеуін аламыз:

∂ с_i / ∂ τ = D_i ∂²c_i/ ∂x²                                                             (7.25)

Үшөлшемді есеп үшін:

∂ с_i / ∂ τ = D_i ∆ с_i ,                                                                 (7.26)

мұндағы ∆ = ∂²/∂х² + ∂²/∂y² + ∂²/∂z² – Лаплас операторы.                             (7.27)

Егер D_i –ң шоғырлануға тәуелділігін ескерсек, онда Фиктің екінші теңдеуі (4.25) мынадай түрге келеді:

∂ с_i/ ∂ τ = ∂ / ∂x ( D_i ∂ с_i/ ∂ x )                                               (7. 28)

Диффузия коэффициенттерін тәжрибелі есептеулерден, диффундирленетін зат шоғырлануының ену түбі мен уақытына анализ жасай отырып алады. Ол үшін Фиктің екінші теңдеуінің  шешімін бастапқы және шекаралық шарттарына байланысыты қолданылады.

Диффузиялық коэффициенттің температураға тәуелділігі

Көптеген тәжірибелермен диффузиялық коэффициенттің температураға  экспоненциалды тәуелділігі белгілі болды (белгіленді), ең бірінші Аррениуспен бекітілген:

D = D_о exp ( – Q/RT),                                                           (7. 29)

мұндағы D_о – экспоненциал алдындағы фактор, өздік диффузияның кезінде  10^–6 —  нен 10^–4 м²/с аралығында металдарда өзгеред; Q –диффузия активациясының энергиясы (Дж/моль), активация энтальпиясымен сәйкес келеді.

Өздік диффузияны активтендірудің жуық энергиясын төмендегі эмпирикалық тәуелділік бойынша анықтауға болады

Q = 18 R T_пл = 150 T_пл  (Дж/моль)                                                (7.30)

Q  = 143 T_пл  (Дж/моль)                                                       (7.31)

Мұнда R – 8,314 Дж/(моль∙К), R=kN_A тең,  әмбебап газдық тұрақты, мұнда k – Больцман тұрақтысы; N_A–6,022045 10²³ моль^–1 тең, Авогадро саны.

универсальная

Әр түрлі металдарды Q активтендіру энергиясы 100-ден 600 кДж/моль дейін өзгереді (7.1-кесте).

 

Кесте 7.1

Өздік диффузиялар параметрлері

 

Металл	Tпл, К	Dо, м2/с	Q, кДж/(г-ат)
Вольфрам Тантал Молибден Хром Темір	3653 3273 2873 2148 1812	5,4 10-5 2,0 10-4 5,0 10-5 2,0 10-5 2,0 10-4	504,5 460,5 405,7 308,6 251,2

Атомдар арасында байланыс күштері мінезделеді, D_о және Q параметрлері температураға тәуелді.

Жоғары немесе төмен температуралар кезінде Аррениус теңдеуінен ауытқу байқалатыны экспериментті анықталған. Келтірілгеннен (29) басқа  Аррениус тәуелділігі сондай-ақ төмендегі теңдеумен өрнектеледі:

D = D_о exp ( – E / k T),                                                                  (7.32)

мұндағы E = Q/N_A (кДж); k – Больцман тұрақтысы.

Из теории процесса плавления Линдемана известно, что плавление наступает в том случае, когда средняя амплитуда колебаний атомов достигает значения r_S и кристаллическая решетка перестает быть стабильной.

Металдардағы диффузиялар механизмдері. Диффузия механизмін анықтау мәселесі аса күрделі болып табылады. Осы проблемаларды шешуде кристалл торлар ақауларының шексіз әсер етуін, әсіресе атомдардың диффузиялы орын ауыстыру процесінде, бос орындарды анықтаған, Франкель жұмысы аса маңызды болды.

Орнын басудың қатты ерітінділерінде диффузияның мүмкін механизмдері 7.3-суретте көрсетілген. Геометриялық түсініктерден, аса қиыны диффузияның жай алмасулық (1) механизмі және аса ықтималды – бос орынды (3) болып табылатыны айқын.

Сурет. 7.3 Диффузияның қатты ерітінділердегі мүмкін механизмдері

1 – жай алмасулық; 2 – циклдік алмасулық;

3 – бос орынды; 4 – жай торап аралық;

5 – ығыстырудың торап аралық механизмі;  6 – краудиондық

 

Диффузияның әрбір механизміне Q (7.29) активтендірудің белгілі энергиясы, яғни бір жағдайдан басқасына өтуі кезінде атомды жеңу қажет болатын, энергетикалық тосқауыл шамасы сәйкес келеді.

Осыған байланысты басқа тең жағдайлар кезінде диффузия процесінде активтендірудің аз энергиясы тән, механизм жүзеге асыралатын болады. Салыстыру Q_вак<Q_межуз көрсетеді, осыған қарамастан, бос орындарды дислокацияланған атомдарға қарағанда, кезу қиынырақ, бірақ оңай құрылады (өйткені энтальпия ∆ Н_м^вак > ∆ Н_м^межуз; ∆ Н_нем^вак < ∆ Н_нем^межуз).

Активтендіру энергиясы ығыстырудың торап аралық механизмі кезінде (5), жай торап аралыққа (4) қарағанда кем болады, онда қозғалысқа екі атом бір уақытта қатысады (біреуі басқасын итеріп шығарады).

Активтендірудің біршама төмен энергиясында краудиондық механизм (6) бойынша диффузия процесі болады. Бұл жағдайда диффузия кристалл торларды толық жинақтау бағытын бойлай сығылған реттің әрбір атомын шамалы ығыстыру арқасында өтеді. Нұсқалған сығылған рет артық атом қатарында бар болу нәтижесінде құрылады. Диффузияның краудиондық механизмі кезінде орын ауыстыру толқындардың таралуына ұқсас: әрбір атом аз шамаға жылжыталады, ал ұйытқу тез таратылады.

Циклдік алмасулық механизм (2) жай алмасулықпен (1) салыстырғанда аса ықтималды ұсыналады. Диффузиялар үшін бос орындар мен олардың ассоциациясында, мысалы бивакансиялар мен кешендерде (бос орын – қоспа атомы), сондай-ақ олардың көздері мен құйылыстары болып табылатын, мысалы сызықтық және беттік ақауларда үлкен мән бар екендігі зерттеулермен анықталған.

Зерттеулер бойынша, диффузияға вакансиясы және олардың ассоциациясы (бивакансиялар, комплекстер: вакансиядағы – атомдар қалдықтары), үлкен белгіні білдіреді, сонымен қатар ақаулар, олардың көздері және ағуы болып табылады (сызықтық және жазықтық).

Сондай-ақ орнын басудың қатты ерітінділеріндегі өздік деффузия мен диффузияның негізгі механизмі бос орынды болып табылатыныны анықталған.

Енгізудің қатты ерітінділерінде шамалы өлшемді қоспалы атомдардың орнын ауыстыру механизмі торапаралық болып табылады.

Түйіршік шекарасы бойынша диффузия. Айтарлықтай ұсақ түйіршікті поликристалл материалдарда 1/Т-дан  ln D сызықтық тәуелділік  0,6 – 0,7 Т_пл аз, температура болғанда бұзылатыны, эксперимент түрінде анықталған (5.4-сурет). Бұл Аррениус заңынан ауытқу жалпы диффузиялық ағынға шекаралық диффузиялар табысына байланысты болады.

Сурет. 7.4 Диффузия  коэффициентінің (ln D) температураға және

түйіршік өлшеміне тәуелділігі

 

Шекаралық диффузиялар коэффициенті көлемдік диффузиялар коэффициентінен біршама артық (3-5 реттікке). Бірақ бұл айырым температуралардың артуымен азайтылады.

Киркендалла эффектісі. Егер А және В таза металдарының екі кесегін өзара жақсы біріктіріп және нәтижесінде металдар немесе қорытпалар тепе-теңдікке жақын, құрылымға ие болатын, термиялық өңдеу түрін ұзақ босаңдататын болса, онда металдардың өзара өтуі және босаңдату уақытынан квадраттың тура пропорционал түбірінің ∆х шамасында инертті белгілермен (оксидті бөлшектермен) белгіленген, бөлімнің бастапқы шекараларының ығысуы байқалады (7.5-сурет).

Сурет. 7.5 . А компонентінің В-дағы өзара диффузиясы:

1, 2 – босаңдатуға дейінгі және кейінгіге сәйкес инерттік белгілер

Егер D_A > D_B болса, онда А компоненті В-ға, В компонентінің А-ға өтуіне қарағанда жоғары жылдамдықпен өтеді; осының салдарынан В бөлігінің үлгісі көлемде ұлғайтылады.

Алғашқы ұқсас құбылысты 1947 жылы А. Смигелькас және Е. Киркендалл байқады. Жезден жасалған үлгіні (30% Zn,  қалғаны Cu) олар жіңішке молибдендік сыммен орады, одан кейін осы үлгіні электролиттік әдіспен мыс қабатымен жапты (7.6-сурет).

Сурет. 7.6 Киркендалдың эксперименттік үлгісі

 

Диффузиялы босаңдатудан кейін қарама-қарсы сымдар (белгілер) арасындағы қашықтық қысқартылды. Қашықтықты азайту оның құрамын өзгертумен байланысты үлгінің тығыздығын өзгерткеннен біршама артық болар еді. Мырыш ағыны бөлімнің бастапқы шекарсы арқылы мыс ағынынан артық, және осыдан, мырыш диффузиясының өзіндік коэффициенті мыс диффузиясының коэффициентінен артық, яғни D_Zn>D_Cu, ал нақты айтқанда  D_Zn/D_Cu = 2,3. Үлгіні 785 ^оС кезінде босаңдатқаннан кейін 56 күн ішінде ∆х белгінің ығысуы 0,125 мм құрайды.

Бұл құбылыс металтану тарихына Киркендалл эффектісі атауымен енді, ал бөлімнің ығысатын бетін Киркендалл жазықтығы деп атайды.

Киркендалл эффектісі тек қатты ерітінділердегі диффузиялар кезінде ғана емес, сонымен бірге интерметалдық фазаларда байқалғаны анықталған.

Д. Бардин және Ч. Херринг А және В екі металдарының атомдарымен бірдей бинарлы жүйеде (7.5-суретті қараңыз) ағыны А және В атомдары ағындарының айырымының орнын толтыратын, бос орындар бар екенін анықтады.

Егер D_A > D_B болса, онда А атомдары В атомдарының оң жаққа келгеніне қарағанда, солдан оңға көп кетеді, және сол жақтағы бос орындар саны металдар бөлімінің бастапқы жазықтығынан көбейеді.

Сонымен, Бардин-Херрингтің атомдық механизміне сәйкес Киркендалл эффектісі — бұл ауытқуы, компоненттер диффузиясының өзіндік коэффициенттерінің айырмашылығынан туындайтын, бос орындардың тепе-теңдік концентрацияларын анықтауға жүйелердің ұмтылуы.

 

Қолданылатын әдебиет:

1.[2] стр.144-154.

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 7-тақырып [1, 2, 6]

1. Макро- және микроскопиялық диффузия теориясы.

2. Тепе-теңсіздік концентрация ақаулары кезіндегі диффузия.

 

 

 

 

 

 

Тақырып 8 Қорытпалардың қаттылығы (1 сағат)

Дәріс жоспары

1. Ұрық пайда болудың гомогендік және гетерогендік механизмдері.

2. Аралық фазаның қозғалыс кинетикасы. Тегіс бөлім жазықтығының қалдық жағдайы және компонеттердің қайта таратылуы. Кристал-ерітіндінің жазықтық морфология бөлімшесі.

3. Көп фазалы қорытпаның қаттылығы.

 

Сұйық металдың температурасының төмендеуі Т₀ төмен (қатты фазамен термодинамикалық тепе-теңдікте болатын сұйықтықтың температурасы және кез-келген қаттылық жылдамдығынан жоғары Т_S , яғни тепе-итеңдік температурасы) онда кристалдар ұрықтануы пайда болады, олар сұйық фаза арқылы өседі. Мұндай ұрықтанулар атом топтарынан пайда болады. Топ атомдарыұрық болып табылады, егер пайда болу кезінде өлшемді иемденетн болсаі, онда сұйық атомдар қирау кезінде қарсылығын көрсетеді. Әйтпесе басқа жағдайда ол құлайды және ұрық болып табылмайды, ол кристалда пайда болуын қамтамасыз етеді, яғни ұрықтың өлшемі кейбір өлшемдер сияқты болуы тиіс.

Ұрықтық санын n дәрежелік жақындауда көрсетуі мүмкін, ол уақыт бірлігінде және металдың көлем бірлігінде (ұрықтың пайда болу жылдамдығы), және әр кристалдансызықтық жылдамдықтың өсуі, ұрық әр бағытта дамиды, изотермиялық кристалдану кезінде барлық уақыт бойы өзгермейді. Кристалданудың басты параметрлері болып тұрақтылық n табылады. Олар барлық көлемде қаттылану үрдісін суреттеуге мүмкіндік береді және қатты металдың дән өлшемін есептеуге болады. Қарастырылған қаттылану моделі (кристалдану) екілік сұлбасы ретінде қарастыруға болады (сурет. 8.1). Мұнда кіші квадраттар ретінде кристалдар суреттелген, ол ішкі сұйықтықта өседі (контурлық квадраттың ақ фоны). Әр контурлық квадрат метал күйінің соңғы біріншілікте (I) көрсетілуі мүмкін, екінші секунда (II) және әрі қарай алтыншы секунда дейін (VI), изотермиялық шартта басты қаттылануы өтеді. 20 суретте тұрақты көлемде әр секунд сайын төрт кристал пайда болады (n =4). Кристалдың шекаралары 1 с (с=1 мм/с) 1 мм –ге ауысады.

Сурет. 8.1 Тұрақты кезіндегі n және c кристалдану сұлбасы. Римдік әріптермен кристалдық периодтар белгіленген, арабша – бұл периодтық кристалда пайда болады.

Бірлік көлемдегі (N, м^–3) дәннің жалпы саны п/с мына сәйкестікке тәуелді. Ұсақ дәннің үлкен саны пайджа болады, егер пайда болған п ұрық үлкен болса, онда олардың сызықтық жылдамдығы аз болады. Салыстыру өлшемінен N, п және с, N=a(n/c)^3/4 (теориялық а – бірлік қатары).

Кристал ұрықтануының пайда болу жылдамдығы п қайта суытуға пайда болады Т. Таза қатты металдың п және T аралық байланысын қарастырамыз, бос еріткіштер және ерімейтін қалдықтарды да. Қатты фазамен қорытпа шектелмейді, яғни гомогендік орын пайда болады.

Сурет. 8.2 Металдың еркін энергияларын Т температураға байланысты (Т₀ — тепе-теңдік температурасы) сұйық G_L және қатты G_S күйлерге өзгерту

 

8.2 суреттен көрініп тұрғандай, қаттылық температурасы төмен болған сайын  T_s ( үлкен болады ), оның қатты металдың және сұйық энергиясының бос айырмасы —  Дж болады. Мұндағы  — бос энергияның өзгерісі (F немесе кейбір әдебиеттерде G) қаттылану затына бірлік көлемі сәйкес келеді, ал V — оның көлемі. өлшемі кристалдану күшінің қозғалысы болып табылады. Қаттылану кезінде жүйеде энергия  дейін төмендетіледі, бірақ барлық энергияға өзгерісі әсер етеді. Кристалдардың пайда болу кезінде сұйық және қатты фаза аралығында шекара бөлімшесіпайда болады, ол энергияны қамтамсыз етеді П (П — ұрықтың суммарлық жазықтығы,  — энергияның салыстырмалы жазықтығы). Бос энергияның жалпы өзгерісі, Дж:

.                                                                      (8.1)

Бірінші қосылғыш көлемдік энергия өзгерісімен мінезделеді, ал екіншісі – жазықтық. ЕгерФ төменделген болса, онда қаттылану пайда болады.

Ұрықтану шар пішінін иемденеді, теңдеуді (8.1) келесі түрде жазуға болады

,                                                    (8.2)

мұндағы m — ұрықтану саны (немесе өсу кристалдары); r — ұрықтану радиусы.

Бірінші қосылғыш пропорционалды r³, ал екіншісі — r², сондықтан аз өлшемде r өседіФ, ол жазықтық энергиясын жоғарылатады, ал үлкен өлшемі Ф кезінде r абсолюттік бірінші белгісі төмендетіледі. Теңдеу нәтижесі (8.2) мынаны көрсетуі мүмкін, функция Ф (r) максимумнан басталады (сурет. 8.3). Ұрықтану өседі, егер оның радиусы rr_к болса, (мұндағы r_к— критикалық радуис), ұрықтану өлшемінің жоғарылануы төмендетуге апарып соғады Ф. Критикалық белгі Ф_к ұрық өлшеміне сәйкес келеді r_к (сурет. 8.3). Егер ұрықтану радиусы төмен болса r_к, онда ұрықтану өспейді, оның өлшеміФ жоғарылатуға әкеліп соғады.   Ұрықтанулар сол орындағы сұйықтықта пайда болуы мүмкін, мұндағы энергиясы >Ф_к өлшемі флуктуацияға жоғарыланады.

Сурет. 8.3 Әр қайта суытуға арналған r-ден бастап Ф дейінгі тәуелділік:

 

Сол уақытта пайда болу ықтималдылығы критикалық радиуспен бірге ерітіндіде атомдардың қозғалысына тәуелді болады, олT өскен сайын төмендетіледі. Ұрықтың пайда болу кезіндегі қатты фазадан сұйық фазадан ауысатын атомдардың ықтималдылығының теңдеуі мынаған тең

,                                                                            (8.3)

мұндағы U — активация энергиясы, өзіндік диффузия, температураға тәуелді емес. Ұрықтың пайда болу жылдамдығы n мына ықтималдылыққа W тәуелді, сұйық фазадан қатты фазаға ауысатын өтетін атомдар және  флуктуацияның пайда болуынан тұрады. Екі тәуелсіз жағдайға мына теңдеу сәйкес келеді W=W₁W₂.

8.4 суреттен, қисықтар келтірілген W₁, W₂ және W қайта суытудан T тәуелді, n (Т) максимумнан өтеді. Эксперименттік түрде бұл дәлнлденген. Бірақ металдар үшін тәжірбиелік түрде тек қана сол жақта көтерілген қисық бұтақ таратылады n. Бұл бөлімшенің қорытындысы бойынша қисық n (Т) абцисса осі дерлік қотарады және  T_м кезінде тез арада көтеріледі, яғни T_м дейін пайда болуға жүрмейді. Аз Т белгілеу кезінде r_к жоғарыланады, ал Ф_к — төтенше көп, яғни ықтималдылығы аз. Сондықтан, ықтималдылығы аз және ұрықтың пайда болуы болады. Сұйық фазаның метатұрақтылық шекарасы болып температура Т_м болады.

Сурет. 8.4 Ұрықтану кристалдардың W₁  , пайда болу ықтималдылығының тәуелділігі, сұйық фазадан қатты фазаға өтетін атомдардың өту ықтималдылығы W₂ және қайта суыту жағдайынан T ұрықтың пайда болу жылдамдығына дейін  n

 

Кейбір қатты металдың жазықтық әсерімен тудыруы, сұйықтықпен жақындалады, аз қайта суыту жағдайында өтіп жатады (1-10 К) және оны гетерогендік деп атайды (өздігінен пайда болмайды). Қатты жазықтық фазада пайда болатын ұрық жеңілдетіледі мына жағдайларда қарастылады, егер шекара кристалы – ерітінді болған жағдайда болса, онда жазықтық энергиясы шекара кристалында пайда болған және қатты фазалары (төс етек) төмен болады. Бұл жағдайда кристал пайда болу кезінде бөлім жазықтығы пайда болу шығын энергиясы төмендетіледі. Сондықтан критикалық өлшем ұрығының пайда болуына арналған аз энергетикалық флуктуация және қаттылану аз қайта суыту жағдайда басталады. Кристал шекарасындағы жазықтық энергиясы — төс етегі аз, әсіресе атомдардың жазықтық төс етекке жақындауы жазықтық кристалына шектес болып келеді. Қатты фаза, кристалдық металдармен бірге құрылым және өлшем сәйкестігін қамтамасыз етеді, ұрық пайда болуын жеңілдетеді, яғни  төмендетеді және жоғарылатады п.

Гетерогендік ұрықтану және пішін қабырғаларының әсерімен (сауыт қорап) оған металды құю арқылы дамиды. Қамбырғаның әсері бағаналық кристалдануға әкеліп соғады. Оның пайда болуын түсіндіу үшін сұйық қалдықтағы ерітіндіні есепке алу керек, тым болмаса аз ған мөлшерде. Тіпті өте таза металда ол әрқашан құралады.

Сұйық металдың белгілі қайтақыздыруы Т₀ дән өлшемінің жоғарлануына әкеліп соғады,соңында п төмендетіледі. Бұл дизбелсенді қосылыспен түсіндіріледі, егер қосылу (қалдықтар бөлшегі) өз әсерін ұрықтың пайда болуына жұмсайды. Дезбелсенділік жоғарғы қосылғыштағы қайта еріту кезіндегі атом металының жойылуына байланысты болады,  мұндағы адсорбциалану және ұрықтың пайда болуын жеңілдетеді.

Өлшеміне r_к (және,сондықтан, өлшеміне п) әсер етеді және гомогендік жұғуы кезінде де, егер сұйықтыққа кейбір ерітілген жазықтық қалдық белсенділігін еріткен болатын болса. Мұндай қалдықтағы атомдар, пайда болған жазықтағы ұрық адсорбцияланатын болса, онда олардың жазықтық энергиясын төмендетеді. Ерітіндіде әрқашан және әртүрлі өлшемнің ұрықтану жиынтығын құрады. Жазықтық энергияның төмендеу нәтижесінде салыстырмалы жағдайда кіші ұрықтарының өлшемі беріктік болып табылады, онда қалдық болмайды [(8.3) теңдеуді қараңыз], п өлшемі өседі, қаттылану металында дән ұсақталады.

Дәннің ұсақталу әдісі аз ерітінді (0,001-0,1%) санның жолында ерітілген жазықтық-белсенділік қалдықтары немесе ерітілмеген қалдықтарды, кристалдық металдың құрылым және өлшемдікке сәйкестікті модифицирленген деп атайды.

 

Қолданылатын әдебиет:

1.[2] стр.68-77.

2.[6] стр.27-42.

3.[10] стр.25-34.

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 8-тақырып [2, 6, 10]

1. Металдың ұсақ кристалдану құрылымын алу әдістері.

2. Наноқұрылымдық материалдар.

 

Тақырып 10 Диффузиясыз фазалық аусымдар (1 сағат)

 

Дәріс жоспары

1. Мартенситтік ауысым. Кристаллографикалық ерекшеліктердің экспериментатік бақылауы. Феноменологиялық кристаллографиялық мартенситтік теориялық ауысымдар. Шығындық фазамен мартенситтің аралық шекарасы.

2. Мартенситтік ауысымның энергетикасы.

 

Мартенсит -темірдегі қатты көміртек ерітіндісінің өте қатты қаныққанның тәртіпті күйде болуы.

Аустениттің мартенситке ауыстыру үрдісі болаттағы фазалық ауысымның ерекшеліктерімен айырылады.

Бірінші ерекшелік. Мартенситтік ауысым егер төмен температурада (200°С және төмен) аустенит тез арада суытылған болса, онда диффузиялық үрдістен мүмкін болмайды. Мартенситтік ауысым қозғау әдісі бойынша жүзеге асады. Бөлек атомдар аралық арасында бір-біріне қатысты жылжиды, ол мартенситтің атомаралық – кристалдары анықталған кристаллографиялық жазықтықтарды жоғарылатпайды. Олардың арасындағы шекаралық фаза болмайды. Бір бағыттағы атомның жылжуы үлкен өлшемде пайда болады, ал басқаларында – азырақ болады. Нәтижесінде аустениттік кубтық торы мартенситтің тетрогоналдық торына айналады.

Екінші ерекшелік. Мұндай кристалдық тордың қайта құруы метал көлемнінің жоғарлануына (0,4-1,3%) қатысты пайда болады, ол ішкі фазалық қуатты шақыртады.

Үшінші ерекшелік. Кезеңнің соңғы қорытындысы бойынша АМ фазалық қуаттылықтың үздіксіз өсуі ауысым облысында кристалдық тордың үзілуі пайда болады және қалған аустениттегі дән арасындағы аралық шекараның пайда болуы және кристал мартенситтің пайда болуы жүзеге асады. Бұл орындағы кристал мартенсит өсуі тоқтайды. Келесі басқа ауысымдар  АМ басқа бөлшектерде жүретін болады.

Төртінші ерекшелік. Атомдардың ауысымы кезінде аустенит аусымы кезінде бұл үрдіс төтенше жағдайда тез арада ағады – кристалл мартенситтің өсу жылдамдығы 1000 м/с құрайды.

Бесінші ерекшелік. Әртүрлі кристаллографиялық бағыттағы мартенсит кристалының өсуінің жылдамдығы бірдей емес, сондықтан мартенситтік фаза пластика тәрізді кристалдық құрылымды иемденеді, ол микроөңдеуде ине пішінін иемденеді (сурет. 10.1). Мартенсит кристалының ұзындығы аустенит дәннің көлденең қиылысына тең.

 

 

Сурет. 10.1 Болаттағы мартенситтің құрылымы ( х l000)

 

Алтыншы ерекшелік. Мартенситтік ауысым үрдісі төмен температурадағы (төмен М_н) үздіксіз шарты кезінде ғана жүзеге асады. Изотермиялық аусымда АМ аусымы жүрмейді. Минималдық температура пайда болады М_к, онда мартенситтік пайда болу болмайды. Болаттағы көміртек қанша көп болса; сонша құрамындағы М_к төмен болады; мартенситтік ауысымның  құрамындағы С > 0,6% мартенситтік ауысымның минималдық температурасы минустелген температураға дейін кетеді (1,5%С М_к –100°С кезінде). Болаттағы суытудың атмосфералық температурасына дейін әрқашанда кейбір аустенит саны сақталады: 0,5% С кезіндегі 2-3% бастап шамамен 50% кезінде1,5% С. Соңғы аустениттің қиындатылған ыдыраушылық үлесі қысылған қуатты тоқпен, ГЦК және ОЦК торындағы көлем жоғарлануының пайда болуы жүзеге асады.

Температурадағы М_н және М_к құрамында көміртегі бар легірленген элементтің аустениттегі ерітіндісіне әсер етеді. Легірленген элементтің басым жоғарғы үлесі температураға дейін М_н және М_к төмендетіледі.

Барлық легірленген элементтер (кобальттан басқа) аустениттің беріктігін жоғарылатады, яғни уақыт басын жоғарылатады және соңғысы ыдырайды.

Көміртек аустениттік болаттағы мартенситтік құрылымды алу үшін міндетті түрде тез арада және үздіксіз суыту қажет, ол үшін суық суды (тіпті тұздалғанды) қолданады. Тез суыту мүмкіндік диффузиялық үрдісті сығады және перлиттік және бейниттік құрылымдар пайда болады.

Мартенситтік ауысымның энергетикасы. Қайта суыту аустенниттің 230°С төмендеуі ажырамауға әкеліп соғады, ал құрам атысыз аллотропикалық ауысымды сынап көруге болады. Бұл ауысым мартенситтік жолмен жүзеге асады. Төмен температурадағы диффузияның жоқ болуы цементит бөлуін ұстап қалады, бірақ -ауысым пайда болады, онда  қайта суыту кезіндебелгілі өлшемге дейін жетеді (мұндай жағдайда термодинамикалық тегеурін қатты жоғарылайды). Бос энергияның өсуі бойынша  кезінде беріктік энергиясы орыны толтырады, ольмартенситтік ауысымда пайда болады, мартенсит көбінесе ауысымды қамтамасыз етеді, ал аустенит болаттағы көміртек фазалары арасында ең кіші салыстырмалы көлем пайда болады.

 

Қолданылатын әдебиет:

1. [2] стр.168-173.

2. [4] стр.170-175.

3. [6] стр.217-228.

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 10-тақырып [2, 4, 6]

1. Беріктік емес мартенситтік ауысымдағы механикалық эффектілері.

2. Термоберіктік емес мартенситтік ауысымдағы механикалық эффектілері.

 

 

Тақырып 11 Сұйық күйден тез шыныққанға дейінгі қорытпалары (1 сағат)

 

Дәріс жоспары:

1. Сұйық күйден шынығудын жалпы мінездемесі.

2. Жылдамдық шынығу кезіндегі қаттылану теориясы.

3. Металдық шынығулар.

 

Сұйық күйдегі (> 10⁶°С/с) жоғары жылдамдықтың қайта суытуы диффузиялық үрдістер көбінесе бәсеңдейді, ұрықтануға әкеліп соғады және кристалдардың өсуі. Қаттылану кезінде бұл жағдайда аморфтық құрылым пайда болады. Мұндай құрылымды материалдар аморфты металдық қорытпалар (АМС) деп аталады, немесе металдық шынылар деп атайды. Аморфты құрылыммен бірге қаттылану барлық металдарға тәжірибе түрінде мүмкін. Қазіргі уақытта аморфты құрылымдар 200 қорытпаларда және жартыөткізгіш материалдарда болады. Бұл қорытпалар жеңіл ерітінділер, сирекжерлі (Sc, Y, La және тағы басқа.) және өтетін металдар. Осы кезде аморфты қорытпалар формула бойынша жауап беру керек Мe₈₀Х₂₀(мұндағы Me — бір немесе бірнеше өтетін металдар, % (ат.); X — элементтер, пайда болуға арналған және аморфты құрылымды стабилизаторлар, % (ат.). Аморфты қорытпалар құрамдарына жауап береді, мына формулалар бойынша жауап береді Fe₈₀P₁₃B₇; Fe₇₀Cr₁₀P₁₅B₅; Ni₈₀S₂₀; Fe₄₀Ni₄₀S₁₄B₆ және т.б. Қорытпадағы жүйеде «металл-металл» бұл тәуелсіздік сақталмайды.

Аморфты құрылымды алу үшін сұйық металдың жоғарғы суыту жылдамдығы (> 10⁶°С/с)  мындай тәсілдер бойынша жүзеге асыруға болады, суық пластинкаға катапульттік тамшылар болады, центрленген тамшылар немесе ағыс, ағысты газбен немесе сұйықтың жоғарғы суыту мүмкіндікпен тозаңдату және т.б. Эффектіліктің көбісі болып, тәжірибелікке қолданылған жарамды лента, ішкіде орналасқан сұйық суыту металы немесе айналдырған барабанның ішкі жазықтығында қолданылады, жоғарғы жылуөткізгіш материалдардан жасалады, суық металдың білік арасындағы прокаты, ағыс тәрізді болады.

Аморфты металдың жіңішіке қабатын лазерлік сәуле заттың жазықтық ерітіндісі кезінде негізгі металдың салмақтық қаттылану кезінде алынады.

АМС-ті газдық ортадағы тез суыту аралықтағы әдіспен алуға болады  (бутәрізді немесе иондалған күйде), жоғары тұндыру жылдамдығымен электролизбен және катодпен, химиялық тұндырумен (Ni-P қорытпалар) және механикалық легірленгенмен де алуға болады.

АМС құрылым бойынша өзінің кристалдық аналогымен белгілі түрде айырмашылығы болады және, сондықтан, қасиеттері бойыншада жүзеге асады. Олардық құрылымдарында орналастыру атомдарының қатары болмайды және жартыкристалдар қорытпалардың құрылым ерекшеліктерін мінездейді: шекара дәні, дислокация және басқа ақаулар. АМС-та шекара ликвациясы жоқ және кристаллдық аналогтарына қарағанда химиялық және құрылым бойынша олар көбінесе біртекті. Сол уақытта АМС геометриялық және химиялық жақын біртексіз қатарға тәуелді. Макромасштабта лента ұзындығы бойынша және біртексіз тығыздық қалыңдығының пішіні бойынша көрсетеді. Ленталарда қалдық тоқтар және қасиеттердің өзгерістері пайда болады.

Аморфты күйдегі шекараның сақталуы кристалдану температурасы болып табылады t_к0,5t_пл, 20°С/мин арасында қыздыру жылдамдықта анықтайды.

АМС тұрақтылығына байланысты жасытуды қолданады. Кристалдық аналогтарымен қоса салыстырмалы түрде төмен тығыздықты иемденеді, беріктік модулі 20-40 % төмен және электр кедергімен салыстырғанда 2…4 есе көп.

АМС жүйесі «метал-метал емес» иемденеді _в = 2000 … 4000 МПа, бірақ созылу кезінде аз ғана  созылумен жүзеге асады ( < 1 %). Шынықтыру күйде АМС қаттылығы 1000-1400 HV жетеді.

Сол уақытта АМС сығу кезінде қираусыз 40-50 % деформаланады, ал ленталар параллель жағына қарай 180° иіледі. Әртүрлі операциялар кезінде АМС ерекшелігі болып тойтару табылады.

АМС темір негізінде магниттік-жұмсақ материалдар болып табылады, мұнда кристаллографиялық магниттік анизотропия жоқ және қайтамагниттелуге жоғалту төмендетілген. Бұл жағдайда магниттік қасиеттер механикалық әсерлесуге аз сезімтал болады. Жоғарғы магниттік энергиямен және магниттік материалдар алынады. Олар өтетін металдардың және сирек жерлі қосылысты иемденеді.

Кристалдық аналогтармен салыстырғанда АМС көп энергияны сақтап қалады, ол кристалдану кезінде бөлінеді. Осы себепті АМС химиялық белсенді; тек қана коррозиялық-беріктік болып болаттар табылады, онда пассивтелген қорғау қабыршағы пайда болады. Бұл бірінші жағдайда хроммен темір қорытпалары және көміртек және фосфордың едәуір саны болады. Коррозиялық-беріктік болаттармен салыстырғанда бұл АМС-тар көбінесе берік және коррозиялық-беріктікті сақтау үшін аз хром міндеттеледі: болаттағы 8-9 % қарсы13 %.

Үлкен тәжірибелік белгі болып лента түрінде аморфты металдардың алу мүмкіндігі болады, құйма кезінде бірнеше микрометрге дейін сымдардың диаметрлері, мұндай операциялар өткен кезде, қаптама, прокаттау, талшықтану, аралық жасытулар, өңдеу.

 

Қолданылатын әдебиет:

1.[2] стр.80-82.

2.[4] стр.123-135.

3.[6] стр.297-306.

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 11-тақырып [2, 4, 6]

 

1. Кристаллдық қорытпалардың тез шынығуы.

 

Тақырып 12 Жентектеу кезінде өтетін үрдістер (1 сағат)

 

Дәріс жоспары:

1. Қатты фазалық жентектеу. Қозғалу күші. Ағыстар және заттың көздері. Қайта мойындау өсуі және шөгу теңдеуді.

2. Микроқұрылым эволюциясы және жинақталу рекристалдануы.

3. Ыстық жаншу. Жентектеу үрдісі кезіндегі механизмдер және қуатты тоқтар. Тығыздау моделі. Ыстық жаншудың диаграммалары.

4. Сұйық фаза кезіндегі жентектеу.

 

Жаншу дайындамалардың жентектеуі. Жентектеу – ұнтақтау металлургиясындағы негізгі технологиялық операциялардың бірі, үрдісте сапасыз брикеттің пайда болуы болады, ұнтақтан жаншуы, сапалы жентектеу денесі қасиеттермен, компактілік материалдар қасиеттермен жақындауы.

Жентектеуге кедергінің электрлік пешін немесе индукциялық қыздыру пешін қолданады. Қышқылға айналдыру үшін нейтралды немесе қорғау орталығында жентектейді, ал тығыздықтың жоғарылауына және дайындаманың сапалығын алу үшін қайта жаншиды және жентектейді.

Жентектеу үрдісі кезінде ұнтақтаудың  температуралық атомдары бір уақытта ағады, ол диффузия,  жазықтық қышқылдарының қайта қалпына келуі, рекристалдану және т.б. тәрізді болады. Жөнтектеу температурасы әдетте біркомпонетті жүйедегі ұнтақтау балқу температурасында 0,6-0,9 құрады немесе ұнтақтауға арналған басты материалдың балқу температурасының төмендеуі, оның құрамына бірнеше компоненттер кіреді.

Жөнтектеу үрдісін 3 этап бойынша өткізеді:

I – қыздыру 150–200° С температурасына дейін (дымқылдың жоқ болуы);

II – жөнтектеу температурасына дейінгі қыздыру 0,5 (беріктік тоқ күшін алу және бөлшектердің белсенділік тіркелуін алу);

III – жөнтектеу температурасына дейінгі соңғы қыздыру.

Жөнтектеу температурасына жеткенге дейінгі ұстау уақыты барлық қиылыс бойынша 30-90 мин құрады. Анықтылған белгіге дейінгі жөнтектеу темрпературасының өсуі және уақыттың өсуі беріктіктің өсуіне және жазықтық контактінің пайда болу үрдісінің белсенділік нәтижесі кезіндегі тығыздықтың өсуіне байланысты болып табылады. Технологиялық парметрлердің нұсқауының жоғарылануы кристалдану дәннің өсуі бойынша беріктіктің төмендеуіне әкеліп соғады.

Ұсақ материалды жөнтектеу бос үлкен энергияның қорымен бірге термодинамикалық тұрақсыз жүйені көрсетеді, ол жоғарғы салыстырмалы жазықтықты көрсетеді. Кристалдық тордың түйіншегінде атомдар немесе иондар үлкен жоғарғы энергияны алады, ол ішкі күшті иемденеді және көрші бөлшектегі кристалдық торға орналасуы мүмкін. Нәтижесінде өзара әсерлесу диффузиясы шектесу дәндерінің жетіліп кетуі пайда болады. Мұндай үрдістің температуралық басы металдың кристалдық торының беріктігі анықталады және шамамен 0.4 Т _пл құрады_.

Жөнтектеудің басты кезеңінде (сурет. 12.1, а) нүкте контактысында бөлшектердің жетілуі пайда болады. Келесі кезеңде (сурет. 12.1, б) дәннің тіркелу сапалығы жазықтық және көлемдік диффузия арқылы өседі. Осы кезде бөлшектер арасында, бастапқы кезде дұрыс емес формуланы және өзара байланыс хабарын берсе, дөңгелектенеді және, соңында, бекітілген мезгілге айналуы мүмкін  (сурет. 12.1, в).

Жаншу затының жөнтектеу температурасы шамамен 0,74·Т_ПЛқұрады. Темір ұнтақтауға 1100-1200⁰С, мысқа 800-900⁰С, молибденді 2100-2300⁰С.

Сурет. 12.2 Ұсақ дисперсті бөлшектердің қатты фазалық жөнтектеу үрдісінің сұлбасы

 

Жөнтекту бөлшектенуі кезінде олардың жақындауы пайда болады, онда жөнтектеу үрдісінің толық шөгу – белгі өлшемінің азаюын шығарып салады. Шөгу белгісінің қатынасын ∆l/l жөнтектеу үрдісінің индикатор сапасы ретінде қолданады. Шөгу белгісі, сондықтан, және жөнтектеу үрдісі келесі тәуелділікпен жүзеге асады:

,

мұндағы к – коэффициент, фазалардың қасиеттерін есепке алуы.

τ – жөнтектеу уақыты,

n – эмпирикалық коэффициент.

Көріп отырғандай жөнтектеу жылдамдығына екі фактор әсер етеді: қатты фаза қасиеті және жөнтектеу температурасы. Жөнтектеу өлшем бөлшегіне қарағанда тез жүреді, температура өскен сайын (сурет. 12.2) және жөнтектеу жылдамдығы уақыт бойынша (n<1).

                            уақыт                                     температура

 

Сурет. 12.2 Уақыт бойынша қатты фаза жөнтектеу үрдісінің жүрісі (а) және әртүрлі температура кезіндегі (б) сұлбасы

 

Жаншу күші қанша көп болса, яғни жаншудың кеуектілігі аз болады, сонша шөгу белгісі аз жүреді.

Металдық ұнтақтаудың жөнтектеуі пісіруге ғана әкелмейді,бір дәннің басқа дәндермен жетілуіне әкеліп соғады. Бұл таза техникалық үрдіс жинақтау рекристалдану үрдісімен шығарып салынады – ерітінді арқылы дән өлшемінің ұсақ күйге дейінгі жағдайы болып табылады.

Металкерамикалық өндірісте,ереже бойынша, көпкомпонентті жүйеде болады, бір компоненттік жүйеде жөнтектеумен жалпы түрін қамтамасыз етеді. Бірақ маңызды айырмашылықты иемденеді. Мұндай жүйеге жөнтектеу үрдісі олардың компонеттердің мінездемесімен мінезделеді. Жүйедегі шектелмеген ерітіндіде: Cu-Ni, Fe-Ni, Co-Ni, Cu-Au, W-Mo, Cr-Mo, Co-Ni-Cu – пісірілген заттар біртекті құрамды иемденеді. Жүйедегі шектелген ерітіндіде Fe-C, W-Ni-Cu, Fe-Cu, Fe-W, Ni-W, Mo-Ni-Cu, Co-Cu және ертілмеген компонеттерде Cu-W, Cu-C, Cu-Mo интерметалдық фазалар пайда болады. Мұндай жүйелерге арналған жөнтектеу жүрісі және заттың қасиеті компонеттер бойынша анықталады, ол көп санды қоспада болады. Басқа компоненттердің әсері басты компоненттің изолану бөлшегіне әкеліп соғады және диффузиялық үрдіске бөгет жасайды.

Қорытпалардың үлкен санына арналған металлдық ұнтақтаудан алынатын жөнтектеу сұйық фазада пайда болады, нәтижесінде жеңіл ерітілетін компонеттер пайда болады немесе эвтектиканың пайда болуымен жүзеге асырады. Бұл жағдайда екі жағдай болуы мүмкін:

1) жөнтектеу жоғалған сұйық фаза нәтижесінде қатты компонентте, жөнтектеудің соңғы периоды қатты фазада өтіп жатады;

2) сұйық фазадағы жөнтектеу, соңғы жөнтектеуге дейінгі – барлық жөнтектеу периоды ликвидус және солидус жүйесі бойынша ағады.

Басқа және қазіргі жағдайда да сұйық фазадағы пайда болған көлемдік жаншу затының көлемдік қуысы аз болады. Кері жағдайда жөнтектеу үрдісінде заттың пішіні жоғалады.

Сұйық фаза жөнтектеу кезінде ең бірінші жазықтық керуінен басқа қатты фазаның жазықтықтағы сұйықтықтың дымқылданғыштығы үлкен мәнге ие болады, дымқылданғыштың аймақтық дәрежесі – қанша бұрыш аз болса, сонша дымқылдағыш өте жақсы болады, тығыздау белгісі сонша тез жүреді.

Сұйық фазамен бірге жүзеге асатын жөнтектеудің мінездемелік ерекшелігі болып қатты фаза жөнтектеумен салыстырғанда тығыздаудың ең үлкен дәрежесі табылады. Жөнтектеу үрдісі кезең бойынша жүреді. Ең бірінші пайда болған орында тұтқырлық ағысы болады, ол бөлшектердің қайта топтауына әкеліп соғады, сосын механизм ерітінді-тұндыру қозғалуы пайда болады және соңғы кезеңде қатты фазамен бірге қатты қаңқа жөнтектеуі пайда болады.

Сұйық фазамен бірге пайда болған типтік мысал, жөнтектеу үрдісінде жоқ болып кететін, ұнтақтау қоспасындағы темір. Никель, және алюминий тұрақты магнит өндірісі болып табылады.

Жөнтектеу мысалы болып, пайда болған сұйық фаза басты компонентті ерітпейді және жөнтектеу жүрісі кезінде дәндер және уақыт арасына құйылады, W-Co, Fe-Cu жүйелері табылады.

Жөнтектеу бұйымы, ұнтақтаудан алынған жаншулар, қорғау газ ортасында және вакуумда өндіріледі. Қорғау атмосферасының қолдануы жөнтектеу заттарды қыздыру үрдісі кезінде қышқылданудан сақтау міндетті, сонымен қатар жазықтық бөлшектің үстінде қышқыл қабықшаларды қалпына келтіру жүзеге асады. Жөнтектеу кезінде қорғау атмосферасы ретінде сутекті, генраторлық газды, диссоциаланған аммиакты, конвертелген табиғи газды, инертті газды қолданады.

Бір уақытта қыздыру кезінде ұнтақтаудың жаншуын ыстық жаншу деп атайды. Бұл жаншу және жөнтектеу үрдісінің қосарлануы болып табылады, оны пішіндеу материал (0,5-0,8)Т_пл кезінде пайда болады. Ыстық жаншу кезінде қуыссыз бұйымдарды алуға мүмкіндік береді, басқа әлсіз металдарға арналған және карбидті, боридті, силицидтердің қосылыстарын жүзеге асырады.

 

Қолданылатын әдебиет:

1. [11] стр.348-361.

2. [12] стр.78-85.

 

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 12-тақырып [11, 12]

1. Ұнтақтау металлургиясы.

2. Ыстық жаншудың әдістері: электрразрядты және электримпульсті.

 

Тақырып 13 Болаттардың құрылымы және қасиеті (1 сағат)

 

Дәріс жоспары:

1. Таза темірдің құрылымы мен құрылысы. Темір қорытпалары. Енгізу және орын басу құрылымы.

2. Болаттар. Термиялық өңдеу кезінде алынатын құрылымдық болаттар. Ауысу реакциялары. Перлит. Бейнит. Мартенсит. С-диаграммалары. Болаттың шынықтырылуы. Шынықтырылған болаттың жұмсартылуы. Мартенсит жұмсартуы. Деформирланған болаттың микроқұрылымы.

Темір – негізінен әр түрлі және техникалық маңызды қасиеттерге ие қорытпаларды алатын болғандықтан,кеңінен қолданылатын әмбебап металлдардың бірі болып табылады. Олардың ең негізгілері – темір мен көміртектің қосылысынан негізделген, құрамында түрлі қоспалары бар, ал кей кезде қажетті құрам алу мақсатында арнайы легірленген элементтер қосатын болаттар және шойындар.

Темірдің арнайы қорытпалары – болат және шойын.

Темірдің құрылымы және полиморфизмі. Темір – VIII топта,  IV периодта орналасқан. Реттік номері – 26; атомдық массасы – 5,85; балқу температурасы —  1539^оС; құрамында таза темір (99,999%); тығыздығы -7,874 т/м³. Темірдің төрт тұрақты изотопы белгілі, олардың ең негізгісі  ⁵⁶Fe(91,68%), ал қалғанғандары – ⁵⁴Fe(5,84%); ⁵⁷Fe(2,17%) и ⁵⁸Fe(0,31%) –аздаған мөлшерді құрайды.

Фазалық тепе-теңдік диаграммаға сәйкес (сур. 13.1) темір алты түрлі күйде кездеседі: газ кұйінде, төрт металлдық байланысқан фазалар (сұйық және үш кристаллдық полиморфты модификациялар  α, γ, ε), ал өте жоғары температураларда газ күйіндегі темір иондалып, тағы бір тепе-теңдік күйге, яғни басқа түрлі плазмалардан ұстанымды айырмашылығы жоқ плазма күйіне ауысады. Газ күйіндегі темір пішінінен плазма – электрлік және магниттік қасиетімен ерекшеленеді. Темірдің плазма күйінен газ күйіне ауысуы, температураның төмендеуі мен қысымның артуына байланысты.  Алғашқы екі кристаллдық модификация α және γ – қалыпты күдегі атмосфералық қысымда жүзеге асады. Үшіншісінің пайда болуы (ε) тек қана белгілі қысым және жоғарғы температураның әсер етуімен  немесе марганец және кобальтпен легірленген арнайы болаттарға байланысты болады. Бұл темір модификацияларын кристаллдық тор түрлеріне байланысты айырады: α-Fe көлемге центрленген куб, ал  γ-Fe – қабырғаға центрленген куб және ε-Fe – гексагональды тығызорналасқан.

α-Fe модификациясы атмосфералық қысымда абсолюттік нольден А₃ (911^оС) нүктесіне дейін тұрақты, ал А₂(768^оС)  нүктелеріне дейін α-Fe ферромагнитті. Темірдің ферромагниттік күйден парамагниттік күйге өту нүктесін Кюри нүктесі деп атайды.

А₃ дан  А₄ (1392^оС) дейінгі аралықта температура γ-Fe тұрақты,  А₄  тен 1539^оС балқу температурасына дейін жоғарытемпературада α-Fe тұрақты.   Полиморфизм байқалатын ауыспалы топтардағы металлдар арасында, α-Fe ↔ γ-Fe ауысуы дәл келеді, себебі модификацияға мен көлемге центрленген куб торлары ара қашықтығы γ-модификациялы  екі интервал облысына бөлінген.

Басқа металлдардың барлығында төмен температура модификациясының жоғары температураға өтуі орамның тығыздыздғының төмедеуіне, ал темірде – температураның ауысуы α-Fe → γ-Fe керісінше тығыздықтың өсуіне байланысты.

Темірге байланысты металлдардың тазалығының жоғарлауы, кристаллизацияда кристаллдардың пішініне әсер етеді және олардың мөлшерін өзгертеді, себебі Т_о (сұйық және қаты фазаарасындағы тепе-теңдік температурасы) температурасынан төмен болғанда кристаллизация орталықтары гомогенді болады. Темірде қоспалардың аса жоғары таза болуы 3 10^-4% (ат.) –дан көп болмайды. Мұндай таза темір үшін кристаллизация 300^оС температурада аса суытылған.  Мұндай қатты аса суытуда сұйық темір γ – фазасын құрап кристаллизацияланады.

Fe–C фазалық тепе-теңдіктің диаграммасы.

Теміркөміртек қоспаларында фазалық тепе-теңдікті Fe – C күй диаграммасы (сур. 13.4) анықтайды, темір қоспаларының  металлографиясын анықтайтын, термоөңдеуде теориясын, сонымен қатар тәжірибе жүзінде кеңінен қолданатын қоспалар, ол- болаттар мен шойындар.

 

 

Сурет. 13.1 Fe–C диаграмма фазасының күйі

 

Структура стали, получаемая при термической обработке. Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры.

Термическая обработка является одним из наиболее распространенных в современной технике способов получения заданных свойств металла. Термическая обработка используется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием и др., либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень физико-механических свойств детали.

В результате термической обработки в сплавах происходят структурные изменения. После термообработки металлические сплавы могут находиться в равновесном (стабильном) и неравновесном (метастабильном) состоянии.

Охлаждение при термообработке производится с различной скоростью. При отжиге охлаждают медленно вместе с печью, при нормализации — на воздухе, при закалке применяют быстрое охлаждение в специальных средах.

Закалка и отпуск стали. Для повышения механической прочности и твердости и сохранения достаточной вязкости стали пользуются термической обработкой, состоящей из двух процессов: закалки и отпуска. Закалка и отпуск — основной вид окончательной термической обработки, придающий деталям и конструкциям необходимые эксплуатационные свойства.

Конструкционные стали после закалки и отпуска приобретают повышенную твердость, высокую прочность и вязкость. Инструментальные стали получают высокую твердость и износоустойчивость при достаточной вязкости. Закалка заключается в нагреве стали на 30-50⁰С выше температур фазовых превращений, выдержке при этой температуре и последующем быстром охлаждении. Температура нагрева зависит от содержания в стали углерода (рис. 13.6). Вследствие высокой скорости охлаждения сталь приобретает структуры, отличающиеся от равновесных, соответствующих диаграмме состояния системы железо — углерод. Полученные при быстром охлаждении стали структуры называют метастабильными. Они представляют различные стадии превращения аустенита (мартенсит, тростит, сорбит). Доэвтектоидые стали, применяющиеся в основном в качестве конструкционных материалов в строительстве и машиностроении, нагревают под закалку на 30-50°С выше точки А_сз, в результате чего перлит и избыточный феррит образуют однородный твердый раствор – аустенит. Последний при охлаждении со скоростью больше критической превращается в мелкоигольчатый мартенсит при небольшом количестве остаточного аустенита. Данный способ называется полной закалкой, после правильно проведенного отпуска он приводит к получению необходимой структуры стали с хорошими механическими свойствами. Если перед закалкой нагреть доэвтектоидную сталь до температуры, лежащей в интервале критических точек A_c1-А_сз, то произойдет лишь частичная перекристаллизация стали, остается некоторое количество феррита, который в процессе закалки не претерпит изменений и тем самым снизит твердость стали. Такую закалку доэвтектоидной стали называют неполной и ее применяют крайне редко; в общем случае она не позволяет получить максимально возможные прочностные свойства.

Эвтектоидные и заэвтектоидные стали нагревают перед закалкой на 30-50°С выше точки a_c1, выдерживают при данной температуре и затем охлаждают со скоростью больше критической. Для этих сталей применяют неполную закалку. В структуре эвтектоидной стали после такой закалки будут мартенсит и остаточный аустенит, а в заэвтектоидной стали — мартенсит, вторичный цементит и остаточный аустенит. Из заэвтектоидных сталей в основном изготовляют инструмент, от которого требуется высокая твердость и износоустойчивость, и присутствие вторичного цементита в виде мелких равномерно расположенных зернышек даже желательно.

Сурет13.2 Шынығуға арналған көміртек болаттардың интервалдың температуралық қыздырылуы

 

Все закаленные детали подвергают отпуску. Отпуском называют термическую обработку, при которой закаленную сталь нагревают до температуры ниже критической точки A_c1, выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают. При отпуске стали мартенсит закалки и остаточный аустенит распадаются, образуя более устойчивые структуры. Цель отпуска — уменьшение внутренних напряжений, снижение твердости и хрупкости, повышение пластичности.

Различают 3 вида отпуска: низкий – 150-200°С (применяется для инструмент1; средний – 300-400°С (пружины, рессоры); высокий – 500-600°С (большинство для ответственных деталей машин и конструкций). Закалка с высоким отпуском носит название улучшающей обработки. Улучшению подвергают конструкционные стали, содержащие 0,3-0,5% С. Такие стали называют улучшенными.

Закаливаемостью называется способность стали существенно повышать твердость при закалке. Закаливаемость зависит в основном от содержания углерода и легирующих элементов в стали. Чем больше углерода, тем выше твердость образующегося при полной закалке мартенсита, и тем лучше закаливаемость стали.

Прокаливаемостью называется способность стали принимать закалку на определенную глубину.

Неправильно проведенная закалка вызывает ряд дефектов в металле. К ним прежде всего относятся недостаточная твердость, пятна, повышенная хрупкость, деформация, коробление и трещины.

 

Қолданылатын әдебиет:

1.[2] стр.162-192.

2.[4] стр.156-189.

3.[6] стр.212-232.

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 13-тақырып [2, 6, 10]

1. Механикалық қасиеті. Ферриттік, ферритперлиттік және фер-римартенситті болаттардың беріктілігі. Мартенситтің сапалығы. Жіберілген мартенситтің сапалығы және беріктілігі.

2. Термомеханикалық өңдеулер.

3. Тез кесетін болаттар.

4. Төмен температурада қолданылатын болаттар.

5. Шойындар.

 

Тақырып 14 Металлдық композициялық материалдар (1 сағат)

Дәріс жоспары:

1. Композициялы материалдардың қасиеттері және классификациясы.

2. Дисперсті-беріктендірілген композиттік материалдар. Құрылым, қасиет, алу технологиясы.

3. Талшықты және қабатталған композиттер. Үздіксіз талшықтар және қабаттар. Соңғы ұзындықтағы композиттердегі талшық. Ультражіңішке талшықтардағы композиттер және қабаттар.

 

Композиционными материалами (КМ) или композитами называют материалы, состоящие из сильно различающихся по свойствам друг от друга, взаимно нерастворимых компонентов.

Композиционные материалы позволяют:

– создавать элементы конструкций с заранее заданными свойствами, высокой эффективностью по массе и высокой технологичностью;

– создавать материалы с качественно новыми свойствами и не только повышать эксплуатационные характеристики существующих конструкций, но и создавать принципиально новые конструкции, недоступные при применении традиционных материалов.

Классификация и свойства КМ. Композиционные материалы состоят из сравнительно пластичного матричного материала и более твердых и прочных веществ, являющихся упрочняющими наполнителями. Матрица связывает композицию и придает ей нужную форму. В зависимости от материала мат-рицы различают композиционные материалы с металлической матрицей или металлические композиционные материалы (МКМ), с полимерной — поли-мерные композиционные материалы (ПКМ) и с керамической — керамические композиционные материалы (ККМ). По типу упрочняющих наполнителей ком-позиционные материалы подразделяют на дисперсно-упрочненные, армированные или волокнистые и слоистые (рис. 14.1).

 

Сурет. 14.1 Композциялы материалдардың құрылым сұлбасы:

а – дисперсті-беріктендірілген; б – талшықты; в – қабатты

 

В дисперсно-упрочненные композиционные материалы искусственно вводят мельчайшие равномерно распределенные тугоплавкие частицы карбидов, оксидов, нитридов и другие, не взаимодействующие с матрицей и не растворяющиеся в ней вплоть до температуры плавления фаз. Чем мельче частицы наполнителя и меньше расстояния между ними, тем прочнее композиционный материал. В дисперсно-упрочненных композиционных материалах матрица является основным несущим элементом.

Арматурой в армированных композиционных материалах могут быть волокна различной формы (нити, ленты, сетки разного плетения). Прочность таких композиционных материалов определяется прочностью армирующих волокон, которые воспринимают основную нагрузку. Армирование дает больший прирост прочности. Дисперсное упрочнение технологически легче осуществимо.

Слоистые композиционные материалы набираются из чередующихся слоев волокон и листов матричного материала (типа «сэндвич»). Слои волокон в таком композиционном материале могут иметь различную ориентацию. Возможно поочередное использование слоев матрицы из сплавов с различными механическими свойствами.

Свойства КМ в основном зависят от физико-механических свойств компонентов и прочности связи между ними. Отличительной особенностью КМ является то, что в них проявляются достоинства компонентов, а не их недостатки. Вместе с тем КМ присущи свойства, которыми не обладают отдельно взятые компоненты, входящие в их состав. Для оптимизации свойств композиций выбирают компоненты с резко отличающими, но дополняющими друг друга свойствами.

От свойств матрицы в значительной степени зависят технологические режимы получения КМ и такие важные эксплуатационные характеристики, как рабочая температура, сопротивление усталостному разрушению, воздействию окружающей среды, плотность и удельная прочность.

КМ с комбинированными матрицами называют полиматричными (рис. 14.2, а). Для полиматричных материалов характерен более обширный перечень полезных свойств. Например, использование в качестве матрицы наряду с алюминием титана увеличивает прочность КМ в направлении, перпендикулярном оси волокон. Алюминиевые слои в матрице способствуют уменьшению плотности материала.

       а                                      б

Сурет. 14.2 Жарты матрицалы (а) және жарты армирленген  (б) КМ

 

В матрице равномерно распределены остальные компоненты (наполнители). КМ, которые содержат два и более различных наполнителя, называют полиармированными (рис. 14.2, б).

Поскольку главную роль в упрочнении КМ играют наполнители, их часто называют упрочнителями. Упрочинители должны обладать высокими прочностью, твердостью и модулем упругости. По этим свойствам они значительно превосходят матрицу. С увеличением модуля упругости и временного сопротивления наполнителя повышаются соответствующие свойства КМ, хотя они и не достигают характеристик наполнителя. Наполнители называют еще армирующими компонентами. Это более широкое понятие, чем «упрочнитель». Оно не конкретизирует роль наполнителя и поэтому показывает, что наполнитель вводится в матрицу для изменения не только прочности, но и других свойств.

Свойства КМ зависят также от формы или геометрии, размера, количества и характера распределения наполнителя.

По форме наполнители разделяют на три основные группы (рис. 14.3): нуль-мерные (1), одномерные (2), двумерные (3).

 

Сурет. 14.3 Толықтырғыш пішіндер:

1 – нөл-өлшемді; 2 –бірөлшемді; 3 – екі өлшемді толықтырғыштар;

 

Дисперсно-упрочненные КМ, упрочнены нуль-мерными наполнителями; волокнистые — упрочнены одномерными или одномерными и двумерными наполнителями; слоистые — упрочнены двумерными наполнителями.

Для расширения комплекса свойств или усиления какого-либо свойства при армировании КМ одновременно используют наполнители различной формы. Например, для увеличения прочности связи между одномерными наполнителями (стеклянным или углеродным волокном) и полимерной матрицей в нее вводят нуль-мерный наполнитель (частицы асбеста, карбида кремния и др.). С этой же целью применяют армирование наполнителями одной формы, но разного состава. Так, для повышения модуля упругости КМ с полимерной матрицей, армированной стеклянным волокном, дополнительно вводят волокна бора.

Если КМ состоят из трех и более компонентов, они называются гибридными.

По ориентации армирующих компонентов композиционные материалы подразделяются на изотропные и анизотропные.

Изотропные материалы характеризуются одинаковыми свойствами во всех направлениях за счет хаотического или равномерного распределения упрочняющих фаз по всему объему материала.

В анизотропных композиционных материалах упрочнители расположены (ориентированы) в определенном направлении. К ним относятся:

1) композиционные материалы, армированные непрерывными волокнами;

2) эвтектические и дисперсно-упрочненные, подвергнутые направленной деформации.

Структура и свойства дисперсно-упрочненных КМ. В дисперсно-упрочненных КМ наполнителями служат дисперсные частицы тугоплавких фаз-оксидов, нитридов, боридов, карбидов (Al₂O₃, SiO₂, BN, SiC и др.). К достоинствам тугоплавких соединений относятся высокие значения модуля упругости, низкая плотность, пассивность к взаимодействию с материалами матриц, а у таких, как оксиды алюминия и кремния, — большая распространен-ность в природе и невысокая стоимость образующих их элементов.

Дисперсно-упрочненные КМ в основном получают порошковой технологией, но существуют и другие способы, например метод непосредственного введения наполнителей в жидкий металл или сплав перед разливкой. В последнем случае для очистки от жировых и других загрязнителей, улучшения смачиваемости частиц жидким металлом и равномерного распределения их в матрице применяют ультразвуковую обработку жидкого расплава.

Уровень прочности зависит от объемного содержания упрочняющей фазы, равномерности ее распределения, степени дисперсности и расстояния между частицами.

Преимущество дисперсно-упрочненных КМ по сравнению с волокнистыми — изотропность свойств.

Свойства исходных порошков и вариант технологии изготовления таких материалов определяется требуемой структурой получаемого материала, которая в зависимости от расположения дисперсных частиц может быть агрегатной и дисперсной (рис. 14.5).

Существенное влияние на структуру и свойства оказывают размеры дисперсных частиц и равномерность распределения их в объеме материала. Поэтому основной технологической операцией, определяющей однородность смеси, ее чистоту и физико-химические свойства изделия, является операция смешивания.

Шығындық ұнтақтауды дайындау

↓

Араластыру

↓

Дайындаманы пішіндеу

↓

Жентектеу

↓

Қысыммен өңдеу

↓

Термоөңдеу

 

Сурет  14.4  Дисперсті-беріктік материалдардың бұйымның технологиялық сұлбасы

 

При изготовлении дисперсно-упрочненных материалов используют следующие способы смешивания исходных порошков металлов и распределения дисперсной фазы в объеме изделия:

1)    механическое смешивание;

2)    поверхностное окисление;

3)    химическое осаждение из растворов;

4)    водородное восстановление из растворов;

5)    термическое разложение солей.

 

а                            б

Сурет. 14.5 Агрегатты (а) және дисперсті (б) дисперсті-беріктік қорытпасының құрылымның сұлбасы

Механическое смешивание является наиболее простым и дешевым способом получения смесей, при котором возможно одновременное смешивание и размол составляющих. Для смешивания используют различные мельницы: шаровые, вихревые, конусные смесители и т.п. Выбор оборудования для смешивания зависит от дисперсности частиц порошков, длительности смешивания и степени загрязнения порошков посторонними примесями.

При размоле в воздушной среде повышение дисперсности порошков приводит к их окислению. При этом для металлов с низким сродством к кислороду образующиеся оксиды восстанавливаются в восстановительной среде и активируют спекание. При размоле высокоактивных металлов, оксиды которых трудно восстановимы, процесс ведут в защитной или активной среде.

Более равномерное распределение упрочняющей фазы достигается в том случае, когда вместо металла в матрицы вводят его соль или оксид, легко восстанавливаемые водородом.

Ведущее место из освоенных промышленностью композиционных материалов занимают металлические композиционные материалы на основе алюминия и его сплавов. Использование алюминия в качестве матричного материала обусловлено широким распространением его в технике, низкой плотностью, коррозионной стойкостью, возможностью регулировать механические свойства алюминиевых сплавов термической обработкой и подвергать их различным видам обработки давлением и литья.

В промышленных масштабах выпускаются порошки четырех марок, отличающиеся содержанием оксида алюминия: САП – 1 (6-8 %), САП – 2 (9-12 %), САП – 3 (13-17 %), САП – 4 (18-22 % Al₂O₃).

Химическое осаждение из растворов позволяет добиться равномерного распределения компонентов дисперсно-упрочненных сплавов. Применяют два способа химического осаждения. В первом используют в основном способность ряда металлов осаждаться из растворов на частицах упрочняющей фазы при введении в раствор соединений, обладающих восстановительными свойствами.

Второй способ находит более широкое применение и состоит в совместном осаждении нерастворимых соединений, которые затем переводят в оксиды путем термического разложения и подвергают селективному восстановлению. Практически для всех материалов можно подобрать соответствующие условия осаждения из растворов нерастворимых соединений и перевода их в оксиды. При этом обязательным в дальнейшем должно быть восстановление оксида матричного материала при сохранении оксида упрочнителя. В этом случае предпочтение следует отдавать нитрату, поскольку они хорошо растворимы и при разложении осадков, содержащихся в них азот легко удаляется в виде оксидов.

Восстановление водородом в растворах позволяет получать смеси для изготовления дисперсно-упрочненных материалов высокой степени чистоты. Процесс может происходить только в том случае, когда потенциал реакции ионизации водорода превышает потенциал реакции восстановления. Восстановление происходит в несколько стадий:

– растворение водорода;

– диффузное перемещение и адсорбция его на поверхности зародыша;

– реакция на этой поверхности;

– десорбция и отвод продуктов реакции.

Порошки дисперсно-упрочненных материалов имеют хорошую формуемость, поскольку обладают большой удельной поверхностью.

Спеканием дисперсно-упрочненных материалов не удается получать безпористые заготовки, поскольку наличие в объеме заготовки инертных газов частиц тормозит процесс спекания. Второй особенностью спекания является необходимость предотвращения укрупнения упрочняющих частиц.

Увеличение размера частиц упрочняющей фазы характерно для систем, требующих высоких температур спекания, например для сплавов металлов группы железа и тугоплавких металлов.

При последующей горячей деформации, обеспечивающей получение практически беспористых заготовок, при спекании заготовок дисперсно-упрочненных материалов не ставится цель получения высокой плотности. Основной целью спекания является довосстановление оксидов и дегазация прессовок, поскольку содержание газов на развитой поверхности порошков может достигать больших величин. Так, алюминиевые порошки могут содержать до 1200 см³ газа на 100 г.

Структура и свойства волокнистых КМ. В волокнистых КМ упрочни-телями служат волокна или нитевидные кристаллы чистых элементов и тугоплавких соединений (B, C, Al₂O₃, SiC и др.), а также проволока из металлов и сплавов (Mo, W, Be, высокопрочная сталь и др.). Для армирования КМ используют непрерывные и дискретные волокна диаметром от долей до сотен микрометров.

При упрочнении волокнами конечной длины нагрузка на них передается через матрицу с помощью касательных напряжений. В условиях прочного (без проскальзывания) соединения волокна с матрицей нагрузка на волокна при растяжении равна τπdl,где τ – касательное напряжение, возникающее в матрице в месте контакта с волокном; d – диаметр волокна, l – длина волокна. С увеличением длины волокна повышается возникающее в нем напряжение. При определенной длине, называемой критической, напряжение достигает максимального значения. Оно не меняется при дальнейшем увеличении длины волокна. Практикой подтверждено, что чем тоньше и длиннее волокно, т.е. чем больше отношение длины к диаметру, тем выше степень упрочнения КМ.

В качестве матриц металлических КМ используют металлы: алюминий, магний и титан, жаропрочный никель и сплавы на их основе; для неметаллических КМ — полимерные, углеродистые, керамические материалы.

Свойства волокнистых КМ в большой степени зависят от схемы армирования. Ввиду значительного различия в свойствах волокон и матрицы при одноосном армировании физическим и механическим свойствам КМ присуща анизотропия. При растяжении временное сопротивление и модуль упругости КМ достигают наибольших значений в направлении расположения волокон, наименьших — в поперечном направлении. Анизотропия свойств не наблюдается при двухосном армировании с взаимно перпендикулярным расположением упрочняющих волокон. Остаются низкими характеристики при сжатии и сдвиге. При растяжении материала вдоль волокон нагрузку в основном воспринимают высокопрочные волокна, а матрица служит средой для передачи усилий.

При изготовлении деталей из КМ волокна ориентируют так, чтобы с максимальной выгодой использовать их свойства с учетом действующих в конструкции нагрузок.

Прочность КМ в большой степени зависит от прочности сцепления волокон с матрицей.

Для качественного соединения волокон с матрицей необходимо пpeжде всего обеспечить хороший контакт (без загрязнений, газовых и других включений) по всей поверхности соединений. КМ относятся в основном к термодинамически неравновесным системам, что является главной причиной диффузионных процессов и химических реакций, происходящих на границе раздела между волокном и матрицей. Эти процессы протекают при изготовлении КМ и при их использовании. Некоторое взаимодействие между компонентами необходимо для обеспечения прочной связи между ними, передачи напряжений.

Для металлических КМ прочная связь между волокном и матрицей осуществляется благодаря их взаимодействию и образованию очень тонкого слоя (1-2 мкм) интерметаллидных фаз. Если между волокнами и матрицей нет взаимодействия, то на волокна наносят специальные покрытия для его обеспечения, но прослойки образующейся при этом фазы должны быть очень тонкими.

Способы изготовления волокнистых КМ. Технология изготовления волокнистых композиционных материалов призвана решать следующие задачи: создавать надежную связь упрочнитель — матрица, распределять упрочнитель в матрице по требуемой схеме или обеспечивать сохранность его распределе-ния в армирующих компонентах, исключать коррозионное, механическое и другие виды повреждений.

Существует две технологические схемы изготовления композиционных материалов, отличающиеся способом соединения волокон и матрицы: твердо- и жидкофазные.

Твердофазный способ состоит в механическом соединении волокна и матрицы в виде порошка или фольги с последующим прессованием методом горячего прессования, диффузионной сварки, экструзии или прокатки. После деформации материал может подвергаться спеканию для повышения прочностных свойств. Недостатки способа — возможность повреждения волокон и их взаимодействие с матрицей при спекании.

Жидкофазный способ предусматривает расплавление материала матрицы. Широко применяют пропитку, поскольку проникновение расплава в пучки волокон или маты из дисперсных неориентированных волокон не приводит к значительным разрывам армирующих волокон и изменению формы армирующих компонентов. Пропитку успешно применяют при изготовлении композиционных материалов на основе легкоплавких металлов Аl, Сu, Ni, Аg и волокон, которые хорошо ими смачиваются. Для улучшения качества материала пропитку проводят в вакууме.

Более тугоплавкие металлы подвергают горячему прессованию при наличии жидкой фазы.

Иногда применяют и третий способ изготовления композиционных материалов — способ осаждения и напыления. Процесс осаждения состоит в химическом или электролитическом осаждении материала матрицы на упрочнитель из пара или раствора. Напыление используют для получения композиционных материалов по следующей схеме: напыление материала матрицы на оправку, укладка волокон в один слой, напыление материала матрицы, повторная однослойная укладка волокон и т. дСреди твердофазных способов для получения композиционных материалов, армированных непрерывными и дискретными волокнами, матами, сетками и т. п., широко применяются способы порошковой металлургии, позволяющие получать композиционные материалы с заданной пористостью путем изменения в широком диапазоне концентрации волокна. Обычно применяют традиционную технологическую схему (рис. 14.6).

Араластыру

↓

 Кептіру

↓

Жаншу

↓

Жентектеу

↓

Механикалық өңдеу

 

Сурет. 14.6 Талшықты композициялы материалдардың бұйымның технологиялық сұлбасы

 

Араластыру – жауапты операция, ол көбінесе композициялық материалдың қасиетін анықтайды, Смешивание — ответственная операция, которая в основном определяет свойства композиционного материала, может осуществляться механическим и химическим способами.

Равномерное распределение компонентов в композиционных материалах достигается при смешивании в конусных, Y-образных смесителях и смесителях со смещенной осью. Применение для смешивания шаровых мельниц и барабанных смесителей вызывает комкование волокон. Более равномерное распределение компонентов достигается при мокром смешивании в спирте, бензине или воде.

Для формования заготовок применяют прессование в стальных прессформах, горячее гидростатическое прессование, экструзию, прокатку, виброуплотнение, шликерное литье и уплотнение взрывом.

При прессовании в стальных прессформах давление прессования определяется свойствами применяемых волокон. Если смесь содержит металлические волокна, давление может быть выше, чем при прессовании композиции с керамическими волокнами. При этом следует учитывать, что наличие в смеси жестких волокон препятствует равномерному уплотнению матрицы.

Значительно возрастает равномерность уплотнения заготовок при гидростатическом прессовании. Этот метод целесообразно использовать при прессовании заготовок с ориентированными волокнами, что позволяет сохранить заданное распределение волокон в матрице. Процесс гидростатического прессования композиционных материалов аналогичен прессованию обычных порошковых смесей.

Способом экструзии можно получать заготовки двух видов. Один вид заготовок получают продавливанием через мундштук шихты, состоящей из смеси компонентов и пластификатора, другой — горячей экструзией порошковых прессовок из смеси матричного материала и упрочнителя. Заготовки этого вида могут применяться и как готовые изделия. Так, например, при производстве титанобериллиевого композиционного материала брикетированные в стальных оболочках смеси порошков титана и бериллиевой проволоки подвергают экструзии при температуре 350-370 °С, а полученные прутки — прокатке и ковке. Основное преимущество этого способа — низкая температура процесса, которая предотвращает образование интерметаллидов, снижающих прочность изделий.

Для формования заготовок композиционных материалов используют вибропрессование и прессование взрывом. Эти способы применяются только для получения заготовок сложной формы. Так, вибрационным уплотнением получают материалы с ориентированным расположением волокон, взрывным импульсным прессованием — изделия с конечными свойствами.

Сурет. 14.7 Композициялы материалдардың прокат үрдісінің сұлбасы

 

Шликерное литье является перспективным способом формования композиционных материалов, позволяющим получать заготовки сложной формы с дискретными волокнами без их деформации в процессе уплотнения. Применяют два вида шликерного литья. Согласно первому из них, из порошков материала матрицы и волокон готовят шликер и заливают в форму. Полученную заготовку сушат и спекают. Содержание волокон в этом случае не превышает 5-10 %. Во втором случае армирующие компоненты помещают в форму и заливают шликером матричного состава. При этом можно использовать и непрерывные волокна.

Горячее прессование позволяет получать беспористые заготовки при более низких давлениях и температурах и за более короткое время по сравнению с раздельным формованием и спеканием, что снижает вероятность разрушения хрупких волокон в процессе формования, а также в связи с применением более низких температур и уменьшением длительности выдержки, удается исключить нежелательное химическое взаимодействие между компонентами.

Например, композиционный материал А1–SiO₂ получают горячим прессованием при температуре 400-500 °С, давлении 5-200 МПа с выдержкой в течение 0,75-1,5 ч.

В зависимости от формы оправки можно получать заготовки различной формы: листы, трубы, полые профили. Для изготовления прутков и проволоки пластической деформацией, заготовки получают сворачиванием полосы матричного материала с расположенным на нем монослоем волокон (рис. 14.9, a).

Сурет. 14.8 Бұйым құрамының МКМ қондырғыдағы талшықты орау сұлбасы (а – дайындаманы алу; б – дайындаманы жаншу):

1 – керней; 2 – созу құрылғысы; 3 – талшықтағы айлақ бухта;

4 – металдық фольга; 5 – талшық

Пластикалық деформацияға бұйымның дайындау таңдау сұлбасы талшықтың сапалығымен анықтайды. Металдық талшықтан өткір бұрыш дайындамасын аламыз, ол талшық аз радиусты талшық иілуіне әкеліп соғады. Қатты үздіксіз талшық қолдануы кезінде, мысалы бордың, карбид шақпақ тастың, борсиктің, тек қана дөңгелек қондыруды алады және тек қана моно қабатты алады, содан соң кішкентай үйіндіні және бұйымды жаншиды (сурет. 14.9, б қараңыз).

Сурет. 14.9 Дайындаманың армирленген талшықты алу сұлбасы

(а – армирленген моноқабатты; б – матрицалық және армирленген сызықтармен талшықтар; в – армирленген сызықты рулонға орау);

1 – матрицаланған рифлендік фольга; 2 – матрицалық сызықтар;

3 – армирленген сызықтар; 4 – волокно из матрицалық материалдан жасалған талшықтар

 

Алынғын бұйымдар пластикалық деформацияға әкеліп соғады. Егер де сапалықтың талшығы мүмкін ететін болса, онда бұйымды жабық пресс-пішіндерде суық деформацияға ұшыратады. Деформация тоғы беріктік адгезиялық байланысты беттік матрица материалын қамтамасыз етеді.

Төмен беріктіктегі талшықты қолдану кезінде жоғарғы тоқтар талшықтың қирапуына әкеліп соғатын болса, онда аз қысым және температура кезінде бұйымдарды диффузиялық пісіруге әкеліп соғады, ол диффузиялық интенсивті ағысты қамтамасыз етеді.

Композициялық материалдардың алу әдісі болып – пісіру жарылуы болып табылады. Бұл әдістің артықшылығы композициялық материалдар қыздыруға ұшыратпайды және матрица беріктігі аз пластикалық деформацияда пайда болады.  Пісіру жарылу кезіндегі қосылыс пластикалық деформация нәтижесінде жүзеге асады, ол материалдың физикалық байланысын, байланыс шекарасында металдың локальді араластыруын және жылу бөлуді, диффузиялық үрдістің белсенділігін қамтамасыз етеді. Өзара диффузиясы деформация үрдісін өткізеді, материал матрица жазықтығының тазалығын қолданады және жарылу үрдісінде адгезиялық жоғарылату беріктігін ұстап алады.

Қолданылатын әдебиет:

1. [2] стр. 434-455, 4643-469.

2. [4] стр. 451-474, 422-427.

3. [10] стр. 383-386.

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 14-тақырып [2, , 10]

1. Соңғы ұзындық талшықтағы композиттер.

2. Ультражіңішке талшықтардағы композиттер және қабаттар.

3. Армирлеу сұлбасы.

 

 

Тақырып 15 Пластикалық салмақтар және метал емес материалдар (1 сағат)

 

Дәріс жоспары:

1. Пластикалық салмақтар. Пластмассаның құрамы және классификациясы. Термоберіктік пластмассалардың маңыздылығы. Термореактивті пластмассалардың маңыздылығы. Пенопластардар түрлері және олардың қасиеттері. Машина жасаудағы пластмасса қолдануының ұсынуы.

2. Резинотехникалық бұйымдар.

 

Неметаллические материалы находят все возрастающие применение в различных отраслях техники. Достаточная прочность, жесткость, эластичность при низкой плотности, химическая стойкость во многих агрессивных средах, уровень диэлектрических свойств при их технологичности делают неметаллические материалы незаметными.

По происхождению неметаллические материалы различают природные, искусственные и синтетические. К природным, например, относятся такие органические материалы, как натуральный каучук, древесины, смолы (янтарь, канифоль), хлопок, шерсть, лен и др. Неорганические природные материалы включают графит, асбест, слюду и некоторые горные породы. Искусственные органические материалы получают из природных полимер-продуктов (вискозное волокно, целлофан, сложные и простые эфиры, целлюлозы). Синтетические материалы получают из простых низкомолекулярных соединений.

В искусственных и синтетических материалах возможно проектировать и комбинировать свойства исходных веществ с целью получения заданных свойств конечного продукта и готовых изделий. В результате синтетические неметаллические материалы вытесняют природные и являются наиболее распространенными, в особенности пластмассы, резина, в которых в качестве связующего служат высокомолекулярные органические соединения (полимеры).

Пластмассаның технологиялық қасиеті және классификациясы.

Значительное влияние на полимерные материалы оказывает воздействие на них теплоты. В зависимости от поведения при повышенных температурах пластмассы подразделяют на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопласты при нагревании размягчаются и расплавляются, затем вновь затвердевают при охлаждении, Переход термопластов из одного физического состояния  в другое может осуществляться неоднократно без изменения химического состава. Термопласты имеют линейную или разветвленную структуру молекул.

Реактопласты при нагревании переходят в вязко-текучее состояние, но под действием теплоты и в результате химической реакции переходят в твердое, необратимое состояние. Твердые реактопласты нельзя повторным нагревом вновь перевести в вязкотекучее состояние. В процессе полимеризации под действием указанных факторов линейная структура полимера превращается в пространственную. Отдельные виды термореактивных смол (эпоксидные, полиэфирные) относят к числу самотвердеющих при температуре 20⁰С. При введении отвердителя они переходят в твердое необратимое состояние.

Поведение термопластов и реактопластов под действием теплоты оказывает решающее влияние на технологический процесс переработки пластмасс в детали. В зависимости от числа компонентов все пластмассы; подразделяют на простые и композиционные. Простые (полиэтилен, полистирол и т. д.) состоят из одного компонента — синтетической смолы, композиционные (фенопласты, аминопласты и др.) — из нескольких составляющих, каждая из которых выполняет определенную функциональную роль. В композиционных пластмассах смола является связующим для других составляющих. Свойства связующего во многом обусловливают физико-механические и технологические свойства пластмассы. Содержание связующего в пластмассах достигает 30-70%.

Помимо связующих в состав композиционных пластмасс вводят следующие составляющие: наполнители различного происхождения для повышения механической прочности, теплостойкости, уменьшения усадки и снижения стоимости композиции (органические наполнители – древесная мука, хлопковые очесы, целлюлоза, хлопчатобумажная ткань, бумага, древесный шпон и др.; неорганические – графит, асбест, кварц, стекловолокно, стеклоткань и др.); пластификаторы (дибутилфталат, касторовое масло и др.), увеличивающие эластичность, текучесть, гибкость и уменьшающие хрупкость пластмасс; смазывающие вещества (стеарин, олеиновая кислота и др.), увеличивающие текучесть, уменьшающие трение между частицами композиций, устраняющие прилипание к пресс-формам; катализаторы (известь, магнезия и др.), ускоряющие отвердение пластмасс; красители (сурик, нигрозин и др.), придающие пластмассам нужный цвет.

При изготовлении газонаполненных пластмасс (поро- и пенопластов) в полимеры вводят газообразователи — вещества, которые разлагаются при нагревании с выделением газообразных продуктов.

В зависимости от механической прочности конструкционные пластмассы подразделяют на три основные группы: низкой, средней и высокой прочности.

К группе пластмасс низкой прочности относят полиэтилены, фторопласты и др. Из полиэтилена изготовляют трубы, детали для вентиляционных установок, гальванических ванн и т. д. Фторопласты отличаются высокой химической стойкостью, тепло- и морозоустойчивостью и высокими диэлектрическими свойствами. Детали, изготовляемые из этих материалов, способны работать в агрессивных средах и при значительных колебаниях температуры.

Пластмассы средней прочности – это фенопласты, полистиролы, полиамиды и др. Фенопласты – термореактивные пластические массы на основе фенолоформальдегидных смол – широко применяют для изготовления электротехнических деталей (корпусные детали приборов, панелей, разъемников, выключателей). Фенопласты характеризуются хорошими технологическими свойствами. Полистирол, характеризующийся высокими диэлектрическими свойствами, служит для изготовления деталей, радио- и электроаппаратуры. Благодаря сочетанию высоких механической прочности, износостойкости, коррозионной и химической стойкости полиамиды являются одним из важнейших конструкционных материалов. Наибольшее промышленное применение получили капрон, капролон, полиамидная смола-610 и другие пластмассы. Изготовляемые из этих материалов зубчатые колеса, подшипники скольжения и другие детали работают более плавно, с меньшим шумом, имеют меньшую массу и дешевле по сравнению с аналогичными металлическими деталями.

К высокопрочным пластмассам относят стеклопластики, представляющие собой композиционные материалы, состоящие из наполнителя (стеклянные ткани, сетки, ленты, волокна, нити и т. д.) и связующего (эпоксидные, фенолоформальдегидные и кремнийорганические смолы). Из стеклопластиков изготовляют корпусные детали автомобилей, лодок, самолетов и т. д. В процессе изготовления этих деталей технологически совмещается формообразование деталей и получение самого конструкционного материала – стеклопластика. Для получения высоконагруженных конструкционных деталей небольших габаритных размеров применяют термореактивные пресс-материалы АГ-4С, АГ-4В и др. Детали из этих материалов получают прессованием. В промышленности также широко применяют термопласты, армированные стекловолокном. При использовании в качестве наполнителей стеклянных волокон теплостойкость и механическая прочность этих материалов повышаются в 3-4 раза. Низкий коэффициент линейного расширения и незначительная усадка при формовании обеспечивают получение деталей высокой точности из армированных стекловолокном термопластов. Основными технологическими свойствами пластмасс являются текучесть, усадка, скорость отвердения (реактопластов) и термостабильность (термопластов).

Текучесть — способность материала заполнять форму при определенных температуре и давлении. Она зависит от вида и содержания в материале смолы, наполнителя, пластификатора, смазочного материала, а также от конструктивных особенностей пресс-формы. Для термопластичных (ненаполненных) материалов за показатель текучести принимают индекс расплава – количество материала, выдавливаемого через сопло экструзионного пластометра диаметром 2,095 мм при определенных температуре и давлении в единицу времени.

Под усадкой понимают абсолютное или относительное уменьшение размеров детали по сравнению с размером полости пресс-формы. Усадка зависит от физико-химических свойств связующей смолы, количества и природы наполнителя, содержания в нем влаги и летучих веществ, температуры, при которой происходит переработка, и других факторов. Усадку необходимо учитывать при проектировании пресс-форм.

Продолжительность процесса перехода термореактивного материала из вязкотекучего состояния в состояние полной полимеризацин определяет скорость отвердения. Скорость отвердения (полимеризации) зависит от свойств связующего (термореактивной смолы) и температуры переработки. При низкой скорости отвердения увеличивается время выдержки материала в пресс-форме под давлением и снижается производительность процесса. Повышенная скорость отвердения может вызвать преждевременную -полимеризацию материала в пресс-форме, в результате чего отдельные участки формующей полости не будут заполнены пресс-материалом и деталь получится бракованной.

Под термостабильностью понимают время, в течение которого термопласт выдерживает определенную температуру без разложения. Высокую термостабильность имеет полиэтилен, полипропилен, полистирол и др. Переработка их в детали сравнительно проста. Для материалов с низкой термостабнльностью (полиформальдегид, поливинилхлорид и др.) необходимо предусматривать меры, предотвращающие разложение их в процессе переработки: например, увеличивать площадь сечения литников, диаметр цилиндра.

В зависимости от физического состояния полимерных материалов, их технологических свойств и других факторов все способы переработки пластмасс в детали наиболее целесообразно сгруппировать следующим образом:

– переработка в вязкотекучем состоянии (прессованием, литьем под давлением, выдавливанием);

– переработка в высокоэластичном состоянии (пневмо- и вакуум-формовкой, штамповкой);

– получение деталей из жидких полимеров различными способами формообразования;

– переработка в твердом состоянии разделительной штамповкой и обработкой резанием;

– получение неразъемных соединений сваркой, склеиванием;

– различные способы переработки (спекание, напыление).

 

Резеңке техникалық бұйымның дайындау әдістері.

 

Резеңке деп каучук қоспасының арнайы өңделген азық-түлігі (вулканизация) және әртүрлі қосымша күкіртті айтады.

Резеңке техникалық бұйымдарды дайындау кезінде келесі бөлек операциялардан тұрады: резеңке қоспаларды дайындау, пішіндеу және вулканизация. Резеңке дайындау қорытындысы өзіне кіретін компоненттерді кіргізеді. Араластыру алдында каучук берік болу үшін оны бірнеше рет арнайы біліктерден өткізеді, 40-50⁰С дейін қыздыру тиіс. Беріктік күйде болған кезде каучук басқа компоненттермен жақсы арластыру қабілеттілікті иемденеді. Араластыруды құрттықты немесе біліктік арластырғыш арқылы өтеді. Компоненттердің бірі болып қарсытұру енгізуі, соңғысы – вулканизатор немесе вулканизация үдеткіші болады.

Резеңке техникалық бұйымдар оларға қойған міндеттемелеріне тәуелді каландрлеумен пішіні, үздіксіз сығуы, жаншумен, құю қысым астында, орауыш және т.с.с. пайда болады. Бұйымда пайда болған дымқыл резеңкенің қайта өңдеу технологиялық үрдісі пластмассадан бұйымға пішін пайда болуы жүзеге асады. Арнайы ерекшелік тек қана беттік дайындамаларды алуға Спецификалық болып беттік дайындама алу болып табылады (каландрлеу).

Каландрлеуді беттік резеңке қоспаларды алуға қолданады және ленталы резеңке беттікті қосуды және резеңке ленталарды (қайталауды) жүзеге асырады. Бұл операцияны көпбілікті машина-каландрлеуде жүзеге асырады. Білік каландрлеулері ішкі қыздыру жүйесімен қамтамасыз етеді немесе суытумен, ол температураны реттеуге мүмкіндік береді. Резеңке беттер каландрлеуде прокат арқылы алынған рулонға шайылады және қолданады, сосын жарты шикізат сапасына арналған басқа үрдістерге заттардың пішіндеу резеңкесі ретінде қолданады. Рулонда жабысқан резеңкелерді талькпен немесе каландрдан шыққан кезде бормен себеді.

Резеңке мата алу үрдісін алу кезінде білік арасындағы қуыс 4 (сурет. 15.1) біруақытта пластифицирленген резеңке қуысты шығарып салады 3 және матаны 2. Резеңке қоспа жоғарғы және орталық біліктегі қуысқа беріледі, ортаңғы білікті опырады және төменгі және ортаңғы білік арасындағы қуыс қуысқа беріледі, сосын олардың арасында мата өтеді. Ортаңғы білік төменге қарағанда, үлкен жылдамдықпен айналады. Жылдамдық айырмашылығы матадағы резеңке қоспаны қамтамасыз етеді. Резекңке қабықша қалыңдығын матаға реттейді, каландр арасындағы білік қуысты өзгертеді. Алынған матаны барабанға орайды және сосын вулканизацияланады.

Сурет. 15.1 Резеңке мата алу сұлбасы

 

Үздіксіз итеруді пішінделген резеңке заттарды алуда қолданады (құбыр, шыбықтар, шынылауға арналған пішіндер және т.б.). Үздіксіз итеру бұйымын құрт тәрізді  машинада жүзеге асырады. Бұл әдіспен резеңке металдық сымды.

Жаншу пішіндік затты алуда басты тәсілдері болып табылады (манжет, тығыздалған дөңгелек, сына белдігі және т.б.). Оны металдық пішінде қолданады. Ыстық және суық жаншуды қолданады. Ыстық жаншу кезінде резеңке қоспаны ыстық жаншу-пішінге тығындайды және қыздыру плиталарымен бірге гидравликалық жаншуда жаншиды. Жаншу температурасы 140-155⁰С болады. Жаншу кезінде біруақытта пішінделу және вулкандау заттары пайда болады. Жоғарғы сапалы бұымдар (мысалы, клиндік белдіктер) пішіндеуден кейін арнайы бұйымдарда – пакеттерде қосымша вулканизацияға душар қылады.  Суық жаншуды эбонитті қоспалар бұйымында алады 1 (аккумуляторлық батарей корпусы, химиялық өндіріске араналған бұйымдар және т.б.). Жаншудан кейін бұйымды вулканизацияға апарады. Эбониттік қоспа құрамына каучук және күкірт саны кіреді (каучук салмағына дейін 30%). Толықтырғыш ретінде эбониттік өндірістегі ұсақтағыш қалдықтары қолданады.

Құйма қысым астында қиын пішіндегі бұйымды алуға болады.  Резеңке қоспа қысым астындағы 80-120⁰С температурада құйма пішіндегі құйма қабықшасы арқылы өтеді, сосын вулканизация циклін қысқартады.

Вулканизациялау резеңке бұйымды дайындауда соңғы операция болып табылады. Вулканизациялауды арнайы камера вулканизаторда көп емес қысым кезінде маңызды су буының қос 120 – 150⁰С температурасында қолданады. Вулканизациялау үрдісінде күкірт және каучук химиялық реакциясы жүзеге асады, нәтижесінде каучуктың сызықтық молекуласы тор тәріздіге ауысады, ол беріктікті төмендетеді, ертікіш қозғалысындағы қаттылықты жоғарылатады, механикалық сапалықты жоғарылатады.

Резеңке бұйымның салмақтық өндірісінде жоғарғы өндірісті және ватоматталған қондырғыларды жүзеге асырады.

 

Қолданылатын әдебиет:

1. [2] бет. 382-395, 399-405.

2. [4] бет. 451-474, 482-494.

3. [10] бет. 406-426.

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары  15-тақырып [2,4, 10]

1. Термопластар құрамы және шектетілген реактопластар.

2. Компоненттердің белгіленуі, сиыстыру (пластификаторлар, стабили-заторлар, кристалбояғыштар) және сиыстыра алмайтын бояғыштар – толықтырғыштар.

3. Қатты толықтырғыштармен пластиктер: ұнтақталған, талшықталған, беттіктермен.

4. Әртүрлі толықтырғыштармен қолданылатын реактопластардық облыстары және қасиеттері.

 

 

4 Практикалық сабақтарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

 

Тақырып 1 Химиялық элементтердің электрондық атомдар қабықшасы. (2 сағат)

 

Сабақтың мақсаты: Химиялық элементтер атомдарының электронндық қабықшақтарын толтыруының тәжірибелік дағдыларын иемдену; атомдардың және иондардың графикалық электрондық формулаларын сызып үйрену.

 

Тәжірибиелік сабақтың жоспары:

1. Энергиялық деңгей және деңгей астын бойынша электрондарды тарату. Паули принципі және  Хунда ережесі.

2. Атомдардың электрондық формулалары.

3. Элементтердің орналасу жағдайы Д. И. Менделеевтің периодтық жүйесінің  атомдардың электрондық байланысы.

4. Атомдардың және иондардың графикалық электрондық формулалары.

 

Қолданылатын әдебиет:

1. [1]

2. [3]

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 2-тақырып [1, 3]

1. 4 және 5 энергиялық атом деңгейінде электрондардың максималды санын есептеңіз.

2. 4 энергиялық атом деңгейінде р-орбитасында орналасқан кванттық санды қандай белгілермен мінездеуге болады?

3. Алтынның, молибденнің, кремнийдің атомдарының электрондық формулаларын көрсетіңіз.

4. Кадмий және теллурдің графикалық электрондық формулаларын жазыңыз.

5. Cl^– және Cu²⁺ электрондық формуласын көрсет.

 

Тақырып 2 Фазалық ауысымның термодинамикасы. (3 сағат)

 

Сабақтың мақсаты: басты термодинамикалық өлшемдермен танысу(энтальпия, энтропия); Гиббса  энергиясының есептеу әдісімен және Гесс заңымен термохимия үрдісінің есептік қабылдауын меңгеру.

 

Тәжірибиелік сабақтың жоспары:

1. Басты термодинамикалық өлшемдер.

2. Термохимия. Энтальпия және энтропия үрдістерінің есептеуіне арналған Гесс заңын қолдану.

3. Гиббса  энергиясын есептеу әдістері.

 

Қолданылатын әдебиет:

1. [2

2. [6]

3. [11]

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 2-тақырып [2, 6, 11]

1. Гематитке дейінгі магнетит қышқылының жылулық эффектілік реакциясын анықтау: 2/3 Fe₃0₄+1/6 0₂=Fe₂0₃.

2. Егер де реакцияның азық-түлігі қышқыл газы және су буы болып табылса, онда С₂Н₆кезеңінің 60 граммдық жылулық эффектісінің жану реакциясын анықтау.

3. Жүйедегі температураны анықтау

N₂ + ЗН₂ = 2NH₃

тепе-теңдік термодинамикасы басталады.

 

Тақырып 3 Қорытпадағы фазалық тепе-теңдік нәтижесі. (6 сағат)

Сабақтың мақсаты: екі жүйенің басты диаграмма күйлерімен танысу; екі компонетті жүйлердің диаграммасын құруын білу және үш компонентті жүйелік құрамын анықтау; екі компонетті жүйенің диаграммасын құру нәтижесін өткізуін үйрену.

 

Тәжірибиелік сабақтың жоспары:

1. Екі компонетті қорытпа диаграммасының әртүрлерін қарастыру.

2. Құру әдісін қарастыру және екі компонетті қорытпа диаграммасының фазалық нәтижесін өткізу.

3. Әртүрлі екі компонетті қорытпалардың фазалық құрам диаграммасының күйлерін анықтау.

4. Әртүрлі екі компонетті қорытпалардың фазалық сан диаграммасының күйлерін анықтау.

5. Үш компонентті қорытпалардың құрамын анықтау.

 

Қолданылатын әдебиет:

1. [5]

2. [6]

3. [7]

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 3-тақырып [5, 6, 7]

1. 1.  Оқытушы берген диаграмма бойынша екі компонетті күйді сызу.

2. Барлық диаграмма сызықтарын белгілеу, ликвидус және солидус сызықтарын белгілеңіз.

1. 3.  Құрылымдық және фазалық диаграммалық нәтижесін өткізу және қорытпадағы ноннұсқалы ауысымды суреттеп айту.

4. Берілген оқытушының тапсырмасы бойынша суық қисықты құру және оның түсіндіруімен барлық ауысымды және микроқұрылымдарды жүзеге асыру, фаза ережесін және кесек ережесін қолдану (екі түрлі фазалық облысқа арналған).

5. Үш компонентті қорытпа құрамының әртүрлі әдістерін қарастыру.

 

Тақырып 4 Легірленген болаттардың фазалық құрамы мен құрылымы. (2 сағат)

 

Сабақтың мақсаты: Легірленген элементтердің  болаттағы ауысымын, оның қасиетін оқып үйрену; легірленген болат бойынша құрылымын классификациялау; легірленген болаттарды маркерлеу.

 

Тәжірибиелік сабақтын жоспары:

1. Легірленген элементтердің ауысымына және болаттың қасиетіне әсері.

2. Құрылым бойынша легірленген болаттарды классификациялау.

3. Легірленген болаттардың маркасы.

 

Қолданылатын әдебиет:

1. [2]

2. [4]

1. [10]

4. [13]

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 4-тақырып [2, 4, 10, 13]

1. Легірленген болаттарды қандай себеппен классификациялайды?

2. Легірленген болаттар маркасының себебі қандай?

3. α- және γ-облыстарына легірленген элементтер қалай әсер етеді?

4. Берілген оқытушы бойынша марканың мысал ретінде химиялық құрамын анықтау.

 

Тақырып 5 Түсті металлдар негізіндегі қорытпалардың құрылымдық нәтижесі. (2 сағат)

 

Сабақтың мақсаты: қалайының құрамына байланысты жез қалай өзгереді, Cu–Zn жүйесінің диаграммалық күйін оқып білу,  термиялық өңдеудің режімдерін қарастыру, сонымен қатар микроқұрылымды және жездің маркалық принципін оқып білу.

 

Тәжірибиелік сабақтың жоспары:

1. Cu–Zn жүйесінің күй диаграммасының нәтижесі.

2. Жез қасиетін классификациялау, маркерле.

3. Жездің термиялық өңдеуі.

 

Қолданылатын әдебиет:

1. [2]

2. [6]

3. [14]

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары 5-тақырып [2, 6, 14]

1. Екі жездер құрылымы бойынша қандай топтарға бөлінеді?

2. Жездің маркалау принципі қандай? Жез маркасының шифрын шешу: Л68, ЛАН59-3-2, ЛЦ40Мц3А.

3. Екі фазалы жездер қандай құрылымды иемденеді және β’-фазасы нені ұсынады?

4. Жездің механикалық қасиеті олардың құрылысымен қалай өзгертіледі?

5. Жезді қандай элементтермен легірлейді және олардың қасиеттеріне қалай әсер етеді?

6. Жез үшін қандай термиялық өңдеу қолданады?

7. Жездің пайдалану облысы қандай?

5 Зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

 

№ 1 Зертханалық жұмыс Металлографикалық микроскоптың құрылымы МИМ – 7 (2 с.)

Жұмыстың мақсаты: металлдардың және қорытпалардың макро- және микро нәтижеліктерінің түсініктерімен тереңірек түсіну, металлографикалық микроскоп құрылысымен танысу және  онымен пайдалануды үйрену.

 

Жұмысты орындау ережелері:

1. Микроқұрылымның макро- және микро нәтижесімен тереңірек танысу.

2. МИМ – 7 микроскоп құрылысымен тереңірек танысу.

3. Микроскоптың оптикалық сұлбасымен танысу.

4. Микроскопты жұмыстық күйіне келтіру.

5. Сұр шойын мысалы ретінде қарапайым микроқұрылғыларды қарастыру.

6. Игерілген микроқұрылғыларды суреттеу. Микроструктуры.

 

Бақылау сұрақтары:

1. Металлдардың және қорытпалардың макро- және микроқұрылғыларды мінездеңіз?

2. Микроскопиялық нәтиженің мәні неде

3. Микрошлиф дегеніміз не?

4. МИМ-7 микроскобының торабын және басты бөлімдерін ата.

5. Визуалдық бақылау үшін микроскопты қалай жөндейді?

6. Металлографикалық  станция не үшін қажет және ол неден құралған?

 

СӨЖ-ге арналған бақылау сұрақтары:

1. Зерттеу бейнесі үшін микроскоптың қандай принципі анықталады?

2. Материалдардың құрылысын оқу үшін қазіргі заманғы металлографиялық станцияларды қолдану.

 

№ 2 Зертханалық жұмыс Бірінші кристалдану үрдісін оқу (2с.)

 

Жұмыстың мақсаты: тұз ерітіндісінің маңыздылық мысалындағы бірінші кристаллдану үрдісін оқып білу, биологиялық микроскоптың құрылғысымен танысу.

 

Жұмысты орындау ережелері:

1. Металлдардың және қорытпалардың тұз еріткіш мысалы ретінде бірінші кристалдану үрдісін оқып білу.

2. Биологиялық  микроскоптың құрылғысымен танысу және онда жұмыс жасауды үйрену.

3.Болат кесекті құруын оқып білу және бойлық тілік бойынша микроқұрылғысын суреттеу.

4. Хлорлық натрий ерітіндісінің тамшыларының кристаллдану құрылғысын суреттеу және әртүрлі кристаллдану шекарасындағы қызыл қан тұзды құрамын оқып білу.

 

Бақылау сұрақтары:

1. Газбейнелі, сұйық және қатты металлдардың құрылысы қандай?

2. Балқудың және кристаллданудың реалды температуралары және теориялары немен айырылады?

3. Кристаллданудың қозғалыс күші болып не табылады?

4. Қай уақытта құймада шөгу шомылдырғыштары пайда болады?

5. Болаттық кесектің үш шекаралық құрылымын түсіндр.

 

СДЖ-ға арналған бақылау сұрақтары:

1. Кристаллдану ағыс үрдісі үшін қандай шарт қолдануға болады?

2. Модифицирлену үрдісі немен қорытындалады?

3. Құйма металында ұсақ дәнді қалай алады?

 

№ 3 Зертханалық жұмыс «Темір-цементит» диаграммасын оқып білу және ақ шойынның және болаттардың микроқұрылғыларымен танысу (3с.)

 

Жұмыстың мақсаты: «темір-цементит» диаграммасын оқып білу, ақ шойындардың және көміртек болаттардың микроқұрылғыларымен танысу, шойындарда және болаттарда көміртектің проценттік құрамын есептеуін үйрену, қалдық болаттар қасиетіне әсері.

 

Жұмысты орындау ережелері:

1. «Темір-цементит» диаграммасын оқып білу, ақ шойындардың және көміртек болаттардың микроқұрылғыларымен.

2. Төрт бейне үшін құрылым бойынша қорытпаның түрін анықтау. Құрылымды суреттеу. Құрылым құрам санынынң проценттігін анықтау.

3. Әр қорытпаға көміртек құрамының процентін есептеу.

4. Болаттарды маркерлеу, оларды сапалық деп есептеу керек.

5. Fe-Fe₃С диаграммасында қорытпаларды белгілеу, фаза ережесінің қолдануымен суық қисықты құру.

 

Бақылау сұрақтары:

1. «Темір-цементит» диаграммасындағы құрылымдық құрамдырдың компоненттерін, фазаларын атаңыз.

2. Феррит, перлит, цементит, ледебурит деп нені атайды?

3. Құрылымы қандай: техникалық темір, эвтектоидқа дейінгі болаттар, эвтектоидтық болаттар, эвтектоидтан кейінгі болаттар, эвтектоидқа дейінгі шойындар, эвтектоидтық шойындар, эвтектоидтан кейінгі шойындар?

4. Темір-цементит диаграммасына арналған реакциялардың ауысымдарын жазыңыз: перитектикалық, эвтектикалық, эвтектоидтық.

 

СДЖ-ға арналған бақылау сұрақтары:

1. Қаттыланудан кейінгі «темір-цементит» қорытпасындағы фазалық және құрылымдық өзгерістерді мінездеңіз.

2. Шойынға және фазалық болаттың құрамына температура және көміртек құрамы қалай әсер етеді?

3. «Темір-цементит» диаграммасын өзбетімен сызыңыз.

 

№ 4 Зертханалық жұмыс Термоөңдеуден кейінгі болаттың қаттылығын және микроқұрылымды оқып білу (2с.)

 

Жұмыстың мақсаты: әртүрлі термоөңдеу түрлерімен танысу, олардың режімдері; әртүрлі термоөңдеуден кейінгі микроқұрылымдардың үлгісін оқып білу және олардың қаттылығын анықтау.

 

Жұмысты орындау ережелері:

1. Берілген болат үлгісінің «темір-цементит» үшін қыздырудың оптималды температурасын анықтау.

2. Әртүрлі термоөңдеуден кейінгі берілген болат үлгісін Бринелл әдісімен анықтау.

3. Әртүрлі термоөңдеуден кейінгі үлгінің микроқұрылымын оқып білу, сызыңыз.

4. Өлшенген нәтиже бойынша болаттың қаттылық жұмсарту температурасына тәуелді графикті құру.

 

Бақылау сұрақтары:

1. Термиялық өңдеудің түрлері және оларды анықтау.

2. Жасытудан, нормалаудан, шынықтырудан, төменгі, ортаңғы және жоғарғы жұмсартудан кейінгі 40 болаттың құрылымы.

3. Перлит, сорбит, троостит арасындағы айырмашылықтар.

4. Толық және толық емес шынықтырудың, толық және толық емес жасытудың арасындағы айырмашылықтар.

5. Перлитке, аустенитке, ферритке және мартенситке анықтамалар беріңіз.

6. Мына болаттарды шыныңтырыңыз: 40, У10.

 

СДЖ-ға арналған бақылау сұрақтары:

1. Дәннің өлшемі және толық жасытудан кейінгі мінездемелік құрылым қалай өзгереді?

2. Қандай жағдайда нормалау үрдісі ұсынылады?

3. «Темір-цементит» диаграммасында эвтектоидқа дейінгі және эвтектоидтан кейінгі болаттардың шынықтыру температурасын көрсет. Неліктен бұл температураға дейін қыздырады?

4. 1 % С құратын болаттың кескіші үшін жұмсарту режімін белгілеңіз.

 

№ 5 Зертханалық жұмыс Ыстыққатөзімді болаттардың микроқұрылымдарын зерттеңіз (2с.)

         Жұмыстың мақсаты: ыстыққатөзімді болаттардың құрылымын және қасиеттерін оқып білу, ыстыққатөзімді болаттардың термиялық өңдеулердің әртүрлі маркаларын түсіну.

 

Жұмысты орындау ережелері:

1. 12Х18Н9ТА болат маркасының термиялық өңдеу режімін белгілеңіз.

2. Термоөңдеуден дейінгі және кейінгі микроқұрылымды суреттеу.

3. Жоғарғы температура (600 °С) кезінде (мысалға азоттық қышқыл) көмірқышқыл болаттарды және 12Х18Н9ТА болат үлгісін қышқылдық ортаға орналастырыңыз. 45 минуттік ұстаудан кейін жазықтық күйін салыстырыңыз.

4. Пайда болған қабыршақтың жазықтық үстін тазалау, өлшеу және ыстыққа төзімді материалдардың қорытындысын жасау.

 

Бақылау сұрақтары:

1. Ыстыққа төзімді және ыстыққа берік дегеніміз не?

2. Ыстыққа төзімді болаттардың маркаларын атаңыз және шифрды шешіңіз. Құрылым бойынша қандай класстарға жатады?

3. 08Х13 болат үшін қандай термоөңдеуді белгілейді? Қандай мақсатпен?

4. Ыстыққа төзімді болаттарға қандай мақсатпен титанды және никельді орналастырады? Қандай сандарда?

 

СДЖ-ға арналған бақылау сұрақтары:

1. «Қабыршақберіктік» түсінігіне анықтама беріңіз.

2. Қабыршақберіктік жоғарлағаны үшін болаттарды қандай басты элементтермен легірлейді?

3. Легірленген элементтердің қозғалу механизмі қандай?

4. Ыстыққа төзімді болаттардың қолдану облысы қандай?

 

№ 6 Зертханалық жұмыс Жездің микроқұрылымын зерттеу (2с.)

Жұмыстың мақсаты: Cu–Zn күй жүйелік диаграммасын оқып білу, түсіну, мырыш құрамынан жездің қасиеті қалай ауысады, термиялық өңдеу режімін қарастыру, сонымен қатар оның микроқұрылымын оқып білу және жездің маркалау принципін қарастыру.

 

Жұмысты орындау ережелері:

1. Cu–Zn күй жүйелік диаграммасын оқып білу.

2. Құрамында әртүрлі Zn бар жездердің термиялық өңдеу режімін белгілеңіз.

3. Термоөңдеуге дейінгі және кейінгі микроқұрылымды суреттеу.

4. Жез құрылымына әсер ететін мырыш құрам әсерін анализдеу (бір фазалы, екі фазалы) және, сондықтан, олардың механикалық қасиеттерінің әсері.

4. Жездің әртүрлі қаттылық үлгісін анықтаңыз.

 

Бақылау сұрақтары:

1. Жез маркасының принципі қандай?

2. Еселенген жез құрылым бойынша қандай топтарға бөлінеді?

3. Екіфазалық жездер қандай құрылымды иемденеді және β’-фазасы нені ұсынады?

4. Оның құрылым өзгерісімен бірге жездің механикалық қасиеті қалай ауысады?

5. 32 % Zn құрамымен жездің микроанализін өткізіңіз: құйма, дефомациядан кейін және жасыту. Құймадан кейінгі біртекті құрылымның пайда болу себебін және деформация кезіндегі үрдістер және кезектегі жасыту, бұл құрылымды өзгертуін көрсетіңіз

6. Жез үшін қандай термиялық өңдеудің басты түрін қолданады?

7. Зерттелген үлгілердің қаттылығын өлшеу.

 

СДЖ-ға арналған бақылау сұрақтары:

1. Жездерді қандай элементтермен легірлейді және олардың қасиеттеріне қалай әсер етеді?

2. Жездің қолдану облысы қандай?

3. Жездер маркасының шифрын шешіңіз: Л68,   ЛАН59-3-2,   ЛЦ40Мц3А  және термиялық өңдеу режімін белгілеңіз.

 

№ 7 Зертханалық жұмыс Металл емес материалдардың дымқылдылығын анықтаңыз (1с.)

 

Жұмыстың мақсаты: «ЭЛВИЗ 2» дымқыл анализаторының көмегімен әртүрлі материалдардың дымқылдылығын анықтауын үйрену.

 

Жұмысты орындау ережелері:

1. Дымқыл және дымқылқұрамды түсініктерімен танысу.

2. Дымқыл полимерлерінің механикалық қасиетіне әсерін оқып білу.

3. «ЭЛВИЗ 2» влагомерінің құрылысымен және жұмыс істеу принципімен толық танысу.

4. Әртүрлі металл емес материалдардың дымқыл өлшеуін шығару.

 

Бақылау сұрақтары:

1. Дымқыл денгеніміз не?

2. Полимерлік материалдар қасиетіне дымқыл құрамы қалай әсер етеді?

3. Влагомердің басты түйіндерін атаңыз.

4. Влагомерді жұмысқа қалай дайындайды?

5. Зерттелген материалдың ылғалдану өлшемі қалай туындайды?

 

СДЖ-ға арналған бақылау сұрақтары:

1. Қандай мақсат үшін қажет және тарировканың және градуировканың мәні қандай?

2. Үштүрлі материалдардың ылғалдылық нәтижесін өткізіңіз.

 

№ 8 Зертханалық жұмыс Соққы кезіндегі нәзіктіктің температурасын анықтау (1с.)

Жұмыстың мақсаты: соққы кезіндегі нәзіктіктің температурасын анықтау методикасын меңгеру, МЕСТ бойынша резеңке нәзіктігінің температурасын өлшеуін өткізу.

 

Жұмысты орындау ережелері:

1. Методикамен және соққы кезіндегі нәзіктіктің температурасын анықтау құрылғысымен тереңірек танысу.

2. МЕСТ бойынша үлгілерді дайындау.

3. Резеңке сынағын өткізу.

4. Соққы кезінде резеңке нәзіктік температурасын есептеу.

 

Бақылау сұрақтары:

1. Соққы кезіндегі нәзіктіктің температурасын анықтауға арналған құрылғыны суреттеу.

2. Сынақтан өткізу кезінде қандай үлгілерді қолданады?

3. Резеңке нәзіктік температурасын қандай бейнемен анықтайды?

 

СДЖ-ға арналған бақылау сұрақтары:

1. Резеңкені нәзіктік сынағынан не мақсатпен өткізеді?

2. Соққы кезінде әртүрлі пластификаторлар нәзіктік температурасына қалай әсер етеді?

3. Резеңке-техникалық бұйымның МЕСТ физика-механикалық қасиетін оқып білу.

 

6 студенттің оқытушымен өзіндік жұмысының тақырыптық жоспары.

 

СОӨЖ тақырып атаулары	Жұмыстың мақсаты	Дәрісті өткізу түрі	Тапсырманың мазмұны	Ұсыныатын әдебиеттер
1	2	3	4	5
Тақырып 1. Атомдардың электрондық құрылымы.	Берілген тақырып бойынша тереңдетіп оқыту	Есептерді шешу	Электрон қабықша атомдарын есептеу; валенттік электрондарды анықтау	[3]
Тақырып 2. Фазалық ауысымдағы термодинамика.	Берілген тақырып бойынша тереңдетіп оқыту	Есептерді шешу	Әр түрлі үрдістегі термодинамикалық өлшемді есептеу	[6, 11]
Тақырып 3. Нақты қорытпа жүйедегі фазалық ауысым теориясын қолдану.	Эвтектикалық, эвтектоидтық, перитектикалық ауысымдарды айыру ережесі	Есептерді шешу	Әртүрлі фазалық аусымдағы екі компонентті қорытпа күйдегі диаграммасын құру	[2, 5, 7]
Тақырып 3. Қорытпалардың теориясы.	«темір-көміртекті» нүктелердегі фазалық құрамдарды анықтау	Есептерді шешу	Рычаг ережесі бойынша есептеу (кесіп алу): фазадағы концентрация компоненттерін анықтау және фазаға сәйкес сан	[2, 4, 8]
Тема 4. Металлдың және қорытпаның кристаллдануы.	Берілген тақырып бойынша тереңдетіп оқыту	«темір-цементит» диаграммасымен жұмыс жасау	Қисық суытуды және қыздыруды құру	[4, 6, 7, 10]
Тема 5. Металл қасиеті және қорытпалардың құру әдістері және бағалау әдістері.	Берілген тақырып бойынша тереңдетіп оқыту	«темір-цементит» диаграммасымен жұмыс жасау	Әртүрлі қорытпадағы кристаллдану ара қашықтық температурасын анықтау	[4, 6, 7, 10]
Тақырып 6. Бұйымдарды ұнтақтау металлургия әдісімен алу.	Берілген тақырып бойынша тереңдетіп оқыту	Есептерді шешу	Себу тығыздығын және реттеу тығыздығы, кеуекті ағын ұнтақтарын анықтау	[12]
Тақырып 7. Термиялық өңдеудің негізгілері.	Берілген тақырып бойынша тереңдетіп оқыту	«темір-цементит» диаграммасымен жұмыс жасау	Әртүрлі қорытпадағы термоөңдеу режімін белгілеу	[2, 4, 6, 13]
Тақырып 8. Конструкциялық және құрал-жабдықтау болаттары.	Берілген тақырып бойынша тереңдетіп оқыту	Әдебиетпен жұмыс жасау	Болаттардың маркаларын анықтау	[2, 4, 10, 13]
Тақырып 9. Материалдардың қасиеттері.	Легірленген элементтің болаттың қасиетке әсері және болат маркаларының белгіленуін тереңдетіп оқыту	Работа с марочниками, решение задачи синтеза сплава с требуемыми свойствами	Міндеттелген қасиеттті алуға арналған легірленген элементтің және болат марканың таңдалуы	[2, 13]
Тақырып 10. Түсті металлдар және қорытпалар.	Берілген тақырып бойынша тереңдетіп оқыту	Диаграмма құру және нәтиже	Al–Cu диаграммасында кәрілеу үрдіс нәтижесі	[ 2, 6, 10]
Тақырып 11. Металлдардың және қорытпалардың құрылымын оқып білу.	Берілген тақырып бойынша тереңдетіп оқыту	Әдебиетпен жұмыс жасау	Әртүрлі болаттағы құрылым нәтижесі	[4, 6, 7, 10]
Тақырып 12. Композициялық материалдардың армирлеу сұлбасы.	Берілген тақырып бойынша тереңдетіп оқыту	Әдебиетпен жұмыс жасау	Пішін толықтырғыш арқылы сұлба құру (нөл-өлшеуіш, бір-өлшеуіш, екі өлшеуіш) және біртекті, екітекті және үштекті армирлеу	[2]
Тақырып 13. Пластикалық материалдар.	Берілген тақырып бойынша тереңдетіп оқыту	Есептеу	Пластмасс сырғанаудың мінездемелік есептелуі	[2, 4, 10]
Тақырып 14. Резинотехника- лық бұйымдар.	Берілген тақырып бойынша тереңдетіп оқыту	Әдебиетпен жұмыс жасау	Каучуктің құру ерекшелігін оқып үйрену (трансицис конфигурациясы)	[2, 10]
Тақырып 15. машинажасауға және құрал-жабдыққа арналған шыны.	Берілген тақырып бойынша тереңдетіп оқыту	Әдебиетпен жұмыс жасау	Кристаллдың және қаттылық шыны сұлбасының нәтижесі	[2, 4]

 

7 аралық бақылау және қорытынды аттестация кезеңінде студенттердің білімдерін бақылауға арналған материалдар

 

7.1 Пән бойынша жазба жұмыстарының тақырыптамасы

 

Бақылау жұмысының тематикасы

1. Атомдардың электрондық құрылымы және кристаллдағы байланыс түрлері.

2. Қорытпалардың күй диаграммасы. Темір-цементит диаграммасы.

3. Жөнтектеу үрдісі. Металл емес материалдар.

 

Рефераттардың  тематикасы

1. Өтетін металлдар және қарапайым шекарадағы энергия.

2. Бриллюэн шекарасы.

3. Магнетизм.

4. Резонанстық байланыс.

5. Дендриттік және шекаралық ликвация.

6. Серпімді және металлдың пластикалық металлы.

7. Юм-Розери ережесі.

8. Қатты ерітіндіде пайда болған атомдар өлшемінің рөлі.

9. Қатты ерітіндіні жөнге салу.

10. Интерметаллидтер.

11. Жоғары өтетін материалдар.

12. Магниттік құрылғылар.

13. Металл жасаудағы термодинамика.

14. Термодинамикалық ерітінділер қасиеті.

15. Термодинамикалық белсенділік.

16. Бір компонентті жүйедегі фазалық диаграмма.

17. Екі компонентті жүйедегі фазалық диаграмма .

18. Үш компонентті жүйедегі фазалық диаграмма.

19. Металлдағы және қорытпадағы диффузия.

20. Қосылыс ерітіндідегі еріген диффузия элементі.

21. Концентрленген ерітіндідегі диффузия.

22. Көп фазалы ерітіндідегі қатаю.

23. Тез қатаятын үрдістер.

24. Фракциялық жүзу.

25. Өлшем-айналдыру түрінің пайда болуы.

26. Спиноидалдық ыдырау.

27. Үздіксіз жөнге салу.

28. Мартенситтік ауысымның кристаллографиялық теориясы.

29. Мартенситтік аусысмның энергетикасы.

30. Термосерпімді мартенситтік ауысымдағы механикалық эффектісі.

31. Қорытпалар, сұйық күйдегі тез шыныққан.

32. Жылдамдық жасыту кезіндегі қаттылау теориясы.

33. Тез шынықтырылған кристаллдық қорытпалар.

34. Ұнтақталған материалдар.

35. Ұнтақталған материалдардың ыстық жаншуы.

36. Сұйық фазадағы жымдасу.

37. Фериттік болаттың дисперстік қаттылануы.

38. Трансформаторлық болат.

39. Ядролық энергияға арналған болаттар.

40. Инварлық болаттар.

41. Армирленген бөлшектер, композиттері.

42. Соңғы ұзындық талшықтағы композиттер.

43. Ультра жіңішке және қабатталған композиттер.

44. Конструкциялық материалдар тәрізді пластмассаның ерекшелігі.

45. Көмекші және лакталған материалдар.

 

7.2 Өзіндік бақылау сұрақтары:

 

1. Физикалық материалтану қандай сұрақтарды оқытады?

2. Физикалық материалтанудың басқа өнеркәсіп салаларында және техникада қандай байланыстары бар?

3. Физикалық материалтану зерттеу әдісі қандай топтарға бөлінеді?

4. Экспериментікке қандай зерттеу әдістері жатады?

5. Эксперименттік әдіске тік жатады, ал қисық микроқұрылғы әдіске қандай микроқұрылғы жатады?

6. Электрондардың ықтималдығы жеткілікті, ядро жанындағы кеңістік қалай аталады?

7. Атомдағы электрондардың күйін қалай суреттеуге болады?

8. Энергиялық деңгей дегеніміз не?

9. Энергиялық дәреже қандай кванттық санмен анықталады

10. Орбиталдық кванттық сан дегеніміз не?

11. Магниттік кванттық сан нені анықтайды?

12. Спиндік кванттық сан нені мінездейді?

13. Әр кванттық сан қандай белгілерді қабылдайды?

14. Паули пинципі немен қорытындалады?

15. Хунда ережесі немен қорытындылады?

16. Ионизации потенциалы дегеніміз не?

17. Д. И. Менделеев химиялық элемент кестесінің потенциал ионизациясы қалай өзгереді?

18. Қандай металлдар қарапайым, өтетіндер деп аталады?

19. Лантаноидты және актиноидты мінезде.

20. Металлдарға қандай кристаллдық торлар мінезделген?

21. Металлда қандай байланыс күші болуы мүмкін?

22. Металлдағы әрбір күш байланысын мінездеңіз (ионндық, коваленттік, Ван-дер-Ваальстік, металдық).

23. Қандай үрдіс кристаллизация деп аталады?

24. Гомогендік ұрықтың пайда болуының мәні неде?

25. Гетерогендік ұрықтың пайда болуының мәні неде?

26. Қайта суыту дәрежесі дегеніміз не?

27. Кристаллдың өсу механизмін мінездеңіз.

28. Пішін кристаллына қандай факторлар әсер етеді?

29. Болат қандай кесек шекарадан тұрады?

30. Ішкі кесектің қосылмалары қалай таралады?

31. Полиморфное айналуды мінездеңіз.

32. Фазалық айналдыру кезінде жаңа және ескі кристаллографиялық байланыс фазасының байланыстары қандай?

33. Пластикалық деформация және серпімдінің анықтамасын беріңіз.

34. Кернеудің әртүрлі түрлерін сипаттау.

35. Жылжу және қосарлану деформацияларының мәні қандай?

36. Тексуралық деформация деп не аталады және металл қасиетіне ол қалай әсер етеді?

37. Пластикалық деформация үрдісіндегі беріктік немен түсіндіріледі?

38. Қайтару үрдісі астында не түсіндіріледі?

39. Полигонизация дегеніміз не?

40. Қайта кристаллдану үрдісіндегі температураға қандай факторлар әсер етеді?

41. Текстураның қайта кристаллдануына қандай факторлар әсер етеді?

42. Қандай жағдайда текстураның қайта кристаллдануы жақсарады, ал қай уақытта одан қашуға болады?

43. Қандай деформацияны суық, ыстық деп атайды?

44. Қатты ерітіндіге анықтама беріңіз.

45. Қандай қатты ерітінділер түрін білесіз?

46. Қатты күйдегі анықталған еріткіш факторларын атап беріңіз.

47. Қандай қосылыстар интерметалдық деп аталады?

48. Қандай қосылыстар электронндық қосылыстар деп аталады?

49. Қандай үрдістер термохимиялық деп аталады?

50. Энтальпияға, энтропияға, Гиббс энергиясына анықтама беріңіз.

51. Тепе-теңдіктегі еріткіш реакциясы арасындағы өлшемге кандай мінездеме беруге болады?

52. Гиббс фаз ережесі немен қорытындалады?

53. «Нонварианттікке» түсініктеме бер?

54. Эвтектикалыққа, эвтектоидқа және перитектикалық ауысымға анықтама беріңіз.

55. Өздиффузияға анықтама беріңіз.

56. Электр- және термомиграция дегеніміз не?

57. Көпфазадағы қорытпа қаттылыға қалай жүреді?

58. Модифицирлену үрдісінің мәні қандай?

59. Қандай ауысым мартенситтік деп аталады?

60. Қандай қорытпаларды металлдық шынылар деп атайды?

61. Қатты фазалықтың бірігу қасиетінің мәні қандай?

62. Сұйық фазалықтың бірігу қасиетінің мәні қандай?

63. Ыстық жаншу үрдісінің ұнтақталған материалын мінездеңіз.

64. С-бейнелі диаграмма нені көрсетеді?

65. Дисперсті ферриттік болаттардың мәні қандай?

66. Тезкесетін болаттарды мінездеңіз.

67. Болаттың аномальді сынғыштығы немен қорытындалады?

68. Қандай болаттарды легірленген деп атайды?

69. Легірленген элементтің болаттардағы рөлі қандай?

70. Болаттағы термомеханикалық өңдеу немен қорытындалады?

71. Қандай материалдар композиттік деп аталады?

72. Композициялық материалдар қалай классификацияланады?

73. Композиттердің қасиеттеріқандай факторға тәуелді?

74. Композициялық материалдарды қайда қолданады?

75. Қандай материалдарды пластмасса деп атайды, оның классификациясы қандай?

76. Машина жасауда қолданылатын ең қажетті термопластық салмақты атап шығыңыз.

77. Резеңкетехникалық бұйымды алу үшін шығын шикізаты болып не қолданылады?

78. Резеңкегі алу үшін қандай қондырғыны қолданады?

79. Қабық материалдар және олардың түрлері.

80. Лакталған материалдарды мінезде.

 

7.3             Емтихан сұрақтары (тесттер)

 

1. Фазалық ауысымның заңдылық ғылымы және құрылым өзгерулер, олардың химиялық құрылым материалдарына тәуелді және өңдеу режімі, физикалық …. деп аталады.

2. Металлдардың құрылымындағы эксперименттік әдістің көп таралғанын макро- және …. зерттеу деп аталады.

3. Қазіргі заманға сәйкес модел атомнына арналған кванттық … деп атайды.

4. Ядро жанындағы кеңістік, электрондардың пайда болу ықтималдылық күштілігін … деп атайды.

5. Атомдағы электрондардың күйлерін мынау түрінде жүзеге асады:

A. атомдар радиустер.

B. ионндық радиустер.

C. кванттық сандар.

D. кристаллдық торлар.

E. ионизации потенциалы.

6. Энергетиялық деңгей аталады:

A. ядро диаметрі.

B. электронның радиусі.

C. атомның салмағы.

D. ядро аралығы.

E. ионның валенттілігі.

7. Басты кванттық сан анықталады:

A. кеңістіктегі орбиталдың орналасуы.

B. электронның магниттік кезеңі.

C. электрон қозғалысының бағытталуы.

D. орбитал пішіні.

E. энергетиялық деңгей.

8. Орбиталды кванттық сан көрсетеді:

A. кеңістіктегі орбиталдың орналасуы.

B. электронның магниттік кезеңі.

C. электрон қозғалысының бағытталуы.

D. орбитал пішіні.

E. энергетиялық деңгей.

9. Магниттік кванттық сан көрсетеді:

A. кеңістіктегі орбиталдың орналасуы.

B. электронның магниттік кезеңі.

C. электрон қозғалысының бағытталуы.

D. орбитал пішіні.

E. энергетиялық деңгей.

10. Спиндік кванттық сан көрсетеді:

A. кеңістіктегі орбиталдың орналасуы.

B. электронның магниттік кезеңі.

C. өз осі бойынша электрон қозғалысының бағытталуы.

D. орбитал пішіні.

E. ядро жанындағы электрон қозғалысының бағытталуы.

11. Басты күйдегі (қоздырылмаған) атомдағы энергиялық деңгей саны неге тең болады?

A. Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесіндегі атомдардың реттік номеріне сәйкес.

B. Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесіндегі номеріне.

C. Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесіндегі номер тобына.

D. электрондар санына.

E. иондар санына.

12. Біруақытта бір орбиталда қанша электрондар болуы мүмкін?

A. 1.

B. 2.

C. 6.

D. 14.

E. 21.

13. Энергиялық деңгейде электрондар саны неге тең болады (Паули принципі)?

A.

B.

C.

D.

E.

14. Әртүрлі кванттық санды қабылдайтын белгілеу арсындағы сәйкестікті келтір.

A. +1/2 и –1/2.                                                   1. главное.

B. 1, 2, 3 …. ∞.                                                2. орбитальное.

C. –l, 0, +l.                                                         3. магнитное.

D. .                                                                 4. спиновое.

E. 0, 1, 2, 3, …(n-1).

15. Өтетін атомдар металлындағы электрондарды қалай толтырады?

A. жүйелілік.

B. бір қалыптылық.

C. жүйесіздік.

D. ұзақ.

E. тез.

16. Атомда пайда болатын қарапайым металлды атайды:

A. толық толтырылған немесе мүлдем электрондармен толтырылмаған d- және f-қабықша.

B. жиірек толтырылған d- және f-қабықшалар.

C.  жиірек толтырылған s-  және p-қабықшалар.

D. толтырылмаған d- және f- қабықшалар.

E. тек қана толтырылғандар s- және p-қабықшалар.

17. Бағытталған кристалл қасиетінің тәуелділігі … аталады.

18. Әсерлесу кезіндегі бөлшектеу арасындағы кристаллдардың байланыс түрі немен анықталады?

A. ионндық радиустер.

B. атомдар радиустер.

C. кристаллдық торлар.

D. атомдардың электронндық құрылымы.

E. температура және қысым.

19. Қандай да бір элементарлық бөлшектер арасында қандай байланыс түрі пайда болады?

A. коваленттік.

B. металлдық.

C. Ван-дер-Ваальстік.

D. иондық.

E. сутектік.

20. Молекулярлық кристаллдар – бұл кристаллдарда күштердің әсер етуі дегеніміз….. .

21. Қайсысын молекула деп санауға болатын, қандай кристаллда екі элементарлық бөлшекті бөлуге болмайды,?

A. металлдық.

B. иондық.

C. молекулярлық.

D. коваленттік.

E. резонанстық.

22. Қандай кристаллда байланыс бағытталған?

A. металлдық.

B. иондық.

C. молекулярлық.

D. коваленттік.

E. резонанстық.

23. Қандай байланыс түрінде валенттілік электрондарды айырылу немесе табылған атомдар ретінде қарастырады?

A. иондық.

B. коваленттік.

C. металдық.

D. молекулярлық.

E. донор-акцепторлық.

24. Кристаллдарды төмендетілген күшті байланыс ретінде орналастырыңыз.

A. металдық.

B. молекулярлық.

C. коваленттік.

D. иондық.

E. гибридтік.

25. Тепе-теңдік күйде пайда болатын жиынтық фазасы … деп аталады.

B. гомогендік.

C. жүйелік.

D. компоненттік.

E. флуктуациялық.

26. Теориялық және шындық температурасы арсындағы айырмашылықты … деп атайды:

A. қыздыру дәрежесі.

B. қайта суытудың дәрежесі.

C. рекристаллизация.

D. қайтару.

E. кристаллизация ара қашықтығы.

27. Кристаллизацияның кезеңдері: кристаллданудың туу орталығы және … кристаллдар.

28. Сұйықтық ішіндегі микрокөлем металлы, атомдардың орналасу ережесі ұрық немесе … кристаллдану деп аталады.

29. Орталық саны және кристаллдың өсу жылдамдығы өлшемге әсер етеді:

A. флуктуация.

B. ликвация.

C. қайта қыздыру дәрежесі.

D. дәндер.

E. металл емес қосылулар.

30. Металлдың ұсақтау үрдісі мынандай атқа ие болды:

A. легірленген.

B. микролегірленген.

C. модифицирленген.

D. ликвация.

E. дефосфорация.

31. Қысқартылған суыту жағдай кезінде кристаллдың пайда болу механизмі мынандай мінездемеге ие болады:

A. ликвациялық.

B. гетерогендік.

C. гомогендік.

D. біркелкілік.

E. дендриттік.

32. Болаттық кесек шекарасын периферялықтан орталыққа қарай жазу:

A. транскристалданған шекара.

B. ұсақ бірдей ості кристаллдар.

C. әртүрлі бағдарланған ірі кристаллдар.

33. Болаттың суыту кесегі және қаттылау кезінде пайда болады:

A. сығынды.

B. шөгу қуысы.

C.үстемелер.

D. әдіптер.

E. түсу.

34. Әртүрлі температура кезіндегі әртүрлі кристалл пішініндегі бір металлдың пайда болуы … деп аталады:

A. полиморфтық.

B. дислокациялық.

C. ликвациялық.

D. қайтару.

E. полигонизациялық.

35. Өлшемдердің өзгеруі және қозғалу астындағы дененің пішіні … деп аталады:

A. рекристалдану.

B. қайтару.

C. гомогенизациялық.

D. деформация.

E. модифицирленген.

36. Деформацияның ішкі күштердің қозғалуының тоқталуы … деп аталады:

A. пластикалық.

B. қалдық.

C. серпімді.

D. қалыпты.

E. жақындау.

37. Пластикалық деформация сырғанаумен және …. жүзеге асады.

A. жылжумен.

B. қозғаумен.

C. тоқтаумен.

D. екіліктелінген.

E. ауысыммен.

38. Сырғанау денформациясы кезінде қатты қозғау арқылы ғана емес, сонымен қатар нәтижесінде кристаллардың ауысуы есебі ретінде де пайда болады:

A. вакансиялық.

B. атомаралық қуыстар.

C. дислоцирленген  атомдар.

D. қосарланған атомдар.

E. дислокация.

39. Деформация металл дәнінен кейін созу құрылымы пайда болады:

A.бір остік.

B. қабатталған.

C. видманштетталған.

D. рекристалданған.

E. қайтару.

40. Суыту деформациясы кезінде және деформация қарсыласуын шығарып салады және беріктікті төмендеуі пайда болады, оны .. деп атайды.

A. кристалдану.

B. рекристалдану.

C. қайтару.

D. тойтару.

E. ликвация.

41. Пластикалық деформация металлға күш күін береді:

A. тұрақтылық.

B. тұрақсыздық.

C. гомогендік.

D. гетерогендік.

E. бірқалыптылық.

42. Деформирланғаннның, созылғанның орнына жаңа біртекті дәндердің пайда болуы .. деп аталады:

A. кристаллдану.

B. екінші кристалдану.

C. рекристалдану.

D. қайтару.

E. демалу.

43. Суыту пішінделген металлдың қыздыру кезінде соңғысы:

A. өзгермейді.

B. аз беріктік.

C. беріктендіріледі.

D. беріктік.

E. аз беріктендіріледі.

44. Ыстық пластикалық деформация қасиетінің металлы:

A. аз нашарлайды.

B. нашарланады.

C. жақсарады.

D. өзгермейді.

45. Қатты ерітінділер не болып табылады?

A. ауысым құрамының кристалдану фазасы.

B. тұрақты құрамының кристалдану фазасы.

C. интерметалдық қосылыстар.

D. электрондық қосылыстар

E. аралық қосылыстар.

46. Ауысымның қатты ерітіндісінің пайда болуының міндеттелген шартын көрсет?

А. химиялық әсерлесу.

В. бір элемент металл емес болуы керек.

С. екі элемент металл емес болуы керек.

D. кристаллдық тордың изоморфизмі.

Е. оксидтің пайда болуы.

47. Қатты ерітіндісінің ауысым концентрациясы өлшемдік факторға (атомдар радиусының айырмашылықтары) әсер етеді ма?

А. әсер етпейді.

В. әсер етеді.

С. табиғат элементіне байланысты.

D. әртүрлі жүйеде әртүрлі әсер етеді.

Е. атомдық радиутар айырылмауы.

48. Қатты ерітінді аусымы қандай элементтерден пайда болуы мүмкін?

А. полиморфтық.

В. изоморфтық.

С. металмен және металл емеспен.

D. кез келген металлдармен.

Е. кез келген металл емеспен.

49. Реалды қорытпаларда көбінесе қатты ерітінділер … пайда болады.

50. Жүйедегі белгілі немесе қатты күйде пайда болған шексіз ерітіндідегі қатты ерітіндіні … деп атайды.

51. Аралық қосылыстың айырмашылық себебі болып …. кристаллдық тор болып табылады.

52. Аралық қосылыстың келесі топтра түрлерін айырады (дұрыс емес жауапты шығарып тастау):

A. Юм-Розери фазалары .

B. R-фазалары .

C. -фазалары.

D. Лавес фазалары.

E. тығыздалғанбуудың геометриялық фазалары.

Е. тек қана мишметалдармен.

53. Интерметаллдың негізні белгілері болып табылады:

А. валенттілік заңға бағынатын химиялық құрам.

В. жаңа кристаллдық тордың пайда болуы, компонент торының өте жақсысынан.

С. балқудың анықталған температурасы.

D. үлкен жылылықтың пайда болуы.

Е. коррозиялық тұрақтылықтың төменделуі.

54. Болаттағы  — фазасы қандай элементтерден пайда болады?

А. металл еместікпен, және кез келген легірленген элементпен.

В. металл еместікпен, d – өтетін металлдың VII топтары.

С. өтетін металдармен.

D. металл еместікпен, және кез келген любым d – өтетін металлдың VII топтары.

Е. сілтілік металдармен.

55. Болат қасиетіне  – фазасы қалай әсер етеді?

А. беріктікті жоғарылатады.

В. шын мәніндегі дәннің ұсақталу күші айтарлықтай болатты беріктендіреді.

С. әлсіздікті шақыртады, беріктікті және сапалықты төмендетеді.

D. әртүрлі, по-разному, в зависимости от состава  – фазасынадағы құрамына тәуелді.

Е. әсер етпейді.

56. Лавес фазасының мінездемелік себебін көрсет:

А. тек қана металл еместік пайда болуы мүмкін.

В. ауысымның қатты ерітіндісі.

С. кубтықты немесе гексагоналдық құрылымды иемдену.

D. А₂В жалпы формула.

Е. енгізудің қаттылық ерітіндісі.

57. Лавес фазасының әсері болаттың қасиетіне қалай әсер етеді?

А. әсер етпейді.

В. бөлме температурасы кезінде әлсіздікті иемденеді.

С. жоғарғы температурасы кезінде әлсіздікті иемденеді.

D. беріктікті жоғарылатады.

Е. сапалықты жоғарылатады.

58. Термодинамикалық өзгеру кезінде энергияның ауысуы пішінінде жүзеге асады ……….… .

A. қысым және температура.

B. сәулелену.

C. жылулық және жұмыстар.

D. концентрацияның өзгеруі.

E. көлемнің өзгеруі.

59. Өлшем, жылулық санына тең, денеге хабар беретін, бір келвинға жоғарылатын оның температурасы … деп аталады.

60. Жылусыйымдылық тәуелді:

A. термодинамического состояния.

B. дене салмағы.

C. дененің химиялық құрамы.

D. жылуөткізгіштік.

Е. электрөткізгіштік.

61. Көрсетілген параметрлердің қайсысы құрам жүйесі болып табылады:

A.қысым.

B. энтальпия.

C. жұмыс.

D. көлем.

E. концентрация.

62. Көрсетілген параметрлердің қайсысы үрдістің жүйесі болып табылады:

A. энтальпия.

B. энтропия.

C. жұмыс.

D. ішкі энергия.

E. концентрация.

63. Химиялық және физикалық ауысымдар көбінесе өзгертулермен шығарып салынады, ол… жүйелік энергия.

64. Термодинамиканың бірінші заңы аналитикалық формула келесі теңдеулер болып табылады:

A. dQ_V=dU.

B. dQ_P=dU+pdV.

C. dQ_V>dU.

D. dQ_V=0.

E. dQ_V<dU.

65. Жүйенің энергиялық бағалау күйі үшін термодинамикалық жүйе қолданылады, оны … деп атайды.

A. энтальпия.

B. энтропия.

C. жұмыс.

D. ішкі энергия.

E. концентрация.

66. Энтальпия, сәйкес:

A. H=pV.

B. H=U–pV.

C. H=U.

D. H=U+pV.

E. H>pV.

67. Жылулық эффектілік реакциясын оқу кезіндегі химиялық термодинамиканың бөлімін … деп аталады.

A. жылулықтехникасы.

B. электрхимиялық.

C. динамикалық.

D. механикалық.

E. термохимиялық.

68. Химиялық реакцияның жылулық эффектісі (энтальпиялық реакция):

A. бастапқы азық-түлік табиғатына ғана тәуелді емес.

B. соңғы және бастапқы азық-түлік табиғатына ғана тәуелді.

C. тек қана соңғы азық-түлік табиғатына ғана тәуелді.

D. тек қана соңғы азық-түлік табиғатына ғана тәуелді емес.

E. зависит только от природы начальных продуктов.

69. Сәйкестікті келтір:

1. эндотермикалық реакция;                                               А. +;

2. экзотермиялық реакция;                                         Б. –.

70. Гесс заңына сәйкес реакцияның жылулық реакциясы мынаған тең:

A. ΔН₂₉₈ реакция = ΣΔН₂₉₈ азық-түліктер + ΣΔН₂₉₈ шығындық;

B. ΣΔН₂₉₈ азық-түліктер = ΣΔН₂₉₈ шығындық;

C. ΔН₂₉₈ реакция = ΣΔН₂₉₈ азық-түліктер – ΣΔН₂₉₈ шығындық.

71. Тәртіпсіздіктің сандық бағалық дәрежесіне арналған келесі термодинамикалық параметрлерді қолданады:

A. энтальпиялық.

B. Гиббс энергиясы.

C. Гельмгольц энергиясы.

D. изобаралық потенциал.

E. энтропия.

72. Энтропияның аналитикалық формуласы:

A.

B.

C.

D.

E.

73. Гиббс энергиясының өзгеруі келесі сәйкестікті иемденеді:

A.

B.

C.

D.

E.

74. Гиббс энергиясының көмегі арқылы … ағу үрдісі анықталады.

75. Өлшем … тепе-теңдік ағын реакциясының толықтығын немесе ауысым дәрежесінің біреуге басқасына ауысуы.

76. Тепе-теңдік тұрақты байланысы Гиббс энергиясымен келесі сәйкестіктерге сәйкес келеді (дұрысын таңда):

A. ;

B. ;

C. .

77. Тепе-теңдік тұрақты температураға тәуелді және мына теңдеулермен анықталады:

A. ;

B. ;

C. .

78. Пайда болған қорытпа элементтерін … деп аталады:

A. фазалармен.

B. қатты ерітінділермен.

C. компоненттермен.

D. ингредиенттер.

E. шығын заттарымен.

79. Басқа бөлшектер жазықтығынан бөлінген бөлімді, қорытпаның біркелкілік бөлімін … деп атайды:

A. гомогендік.

B. дислокациялық.

C. фазалық.

D. құрылымдық.

E. химиялық қосылыс.

80. Қорытпаның пайда болу кезінде — микроскоп астында механикалық қоспалар көрінеді:

A. қатты ерітінділер.

B. кристаллдар компоненттері.

C. видманштеттік құрылымыдар.

D. рекристаллизациялық дәндер.

E. қыздыру дәні.

81. Қорытпа күй диаграммасын кейбірде фазалық диаграмма деп атайды:

A. өзара әсерлесу.

B. контактік.

C. тепе-теңдік.

D. күй.

E. итеру.

82. Ереже тәрізді, күй диаграммасы құрылады, эксперименттік қолдану әдісімен:

A. дилатометрикалық.

B. термиялық.

C. электркедергі.

D. ішкі қыздыру.

E. магниттік.

83. Ұсақ кристаллдағы екі түрлі механикалық қосылысы, біруақытта сұйықтан кристаллданады, оны … деп атайды:

A. фазалық.

B. құрылымдық.

C. эвтектоидтық.

D. эвтектикалық.

E. видманштеттік құрылым.

84. Қаттылаудың басты сызықтың пайда болуы, нүкте орнына геометриялықты … деп атайды:

A. эвтектикалық ауысым.

B. эвтектоидтық ауысым.

C. солидус.

D. ликвидус.

E. перитектикалар.

85. Ликвидустан жоғарғы қорытпалар күй жағдайда орналасады:

A. сұйықтықпен.

B. қатты-сұйықтық.

C. сұйықтық-қатты.

D. қаттылық.

E. газбейнелі.

86. Солидус қорытпасынан төменде қорытпалар күй жағдайда орналасады:

A. сұйықтықпен.

B. қатты-сұйықтық.

C. сұйықтық-қатты.

D. қаттылық.

E. газбейнелі.

87. Бос дәрежелік сан арасы, сан компоненттері және фаза саны тәуелділіктері ережесі бойынша анықталады:

A. кесектермен.

B. рычагқа.

C. фаза.

D. құрылымдық құрамдар.

E. эвтектикалық.

88. Ереже фазасы мынау теңдеулерменөрнектеледі:

A. С = К – Ф + 1.

B. К = С + 1 – Ф.

C. Ф = К –С + 1.

D. С= К + Ф + 1.

E. К = В – С + 1.

89. Құрам фазасын анықтау үшін диаграмманың екі фазалы облысында қиылыста ликвидус … сызықты жүргізеді.

90. Бостандық дәрежелік сан астындағы жүйені мүмкінділік ретінде түсінеді:

A. құрылымдылық.

B. механикалық қасиеттері.

C. температуралар және концентрациялар.

D. нүктелі ақаулар.

E. сызықтар ақаулар.

91. Фазалардың сандыққа сәйкестіктері үшін қолданылады:

A. фазалар ережесі.

B. Бочвара формуласы.

C. Аустен формуласы.

D. кесектер ережесі.

E. рекристаллизация.

92. Қатты фазаның саны кесекпен анықталады, сұйық фаза құрамына, барлық ұзындыққа анықталады:

A. дислокациялық.

B. ликвидус сызығы.

C. солидус сызығы.

D. конодтар.

E. эвтектикалар.

93. Сұйық фазаның санын кесінді кесегімен, қатты фаза құрамына жақындауымен, барлық денемен анықталады:

A. дислокациялық.

B. ликвидус сызығы.

C. солидус сызығы.

D. конодтар.

E. эвтектикалар.

94. Пайда болу кезіндегі химиялық қосылыстар мынандай рөл атқарады:

A. кристалдану орталығы.

B. модификаторлар.

C. құрылымдар.

D. вакансиялар.

E. компоненттің өздігі.

95. Fе–С жүйесінде мынандай фазалар пайда болады: сұйық қорытпа, феррит, аустенит, цементит, және бос көміртек түріндегі …  .

96. Құрылым құрамына перлит және … жатады:

A. аустенит.

B. феррит.

C. цементит.

D. ледебурит.

E. сұйық қорытпа.

97. Қатты ерітіндегі a-темірдегі көміртектің енуі:

A. мартенсит.

B. перлит.

C. аустенит.

D. цементит.

E. феррит.

98. Қатты ерітіндегі g-темірдегі көміртектің енуі:

A. мартенсит.

B. перлит.

C. аустенит.

D. цементит.

E. феррит.

99. Ферриттің және цементиттің механикалық қоспасы … деп аталады:

A. аустенитом.

B. ледебуритом.

C. перлитом.

D. эвтектикой.

E. фазой.

100. Аустенит кезіндегі ыдырауда пайда болады:

A. графит.

B. перлит.

C. цементит.

D. феррит.

E. техникалық таза темір.

101. 727°С кезіндегі механикалық қоспаның аустенит феррит және цементиттің ыдырауы:

A. перетектикалық.

B. эвтектикалық.

C. гомогендік.

D. гетерогендік.

E. эвтектоидтық.

102. 1147°С кезінде сұйық қорытпадан (С = 4,3%) пайда болатын аустениттің және цементиттің механикалық қоспасы … деп аталады:

A. мартенситтік.

B. цементтік.

C. аустениттік.

D. ледебуриттік.

E. ферриттік.

103. Ледебурит — бұл:

A. перетектика.

B. эвтектоид.

C. эвтектика.

D. фаза.

E. болат.

104. «Темір-цементит» диаграммасы болып табылады:

A. тұрақты.

B. тепе-теңдік.

C. метатұрақтылық.

D. гомогендік.

E. гетерогендік.

105. С = 6,67% құрамы кезінде пайда болатын химиялық қосылыстағы теміркөміртек болаттарын … деп атайды:

A. ферриттік.

B. цементиттік.

C. аустениттік.

D. перлиттік.

E. ледебуриттік.

106. Ақ шойында барлық көміртек мына түрде болады:

A. аустенитте.

B. цементитте.

C. ферритте.

D. перлитте.

E. мартенситте.

107. Сұр шойында графит мына түрде болады:

A. дислокация.

B. вакансия.

C. пластинка.

D. үлпектер.

E. шариктер.

108. Графит шойынның металлдық негізгісіне қалай әсер етеді?

A. әсер етпейді.

B. аз беріктендіріледі.

C. беріктендіреді.

D. әлсіретеді.

E. дұрыс жауабы жоқ.

109. Қорытпада термиялық өңдеу нәтижесі кезінде өзгерістер пайда болады:

A. дислокациялық.

B. вакансиялық.

C. қуыс аралық атомдар.

D. рекристаллизациялық.

E. құрылымдық.

110. Перлит ауысуы кезіндегі аустенит құрылымы:

A.өзгермейді.

B. аз ауысады.

C. іріленеді.

D. ұсақталады.

E. дұрыс жауабы жоқ.

111. Аустенит суыту кезінде азық-түліктегі ыдырау — перлит, бейнит және:

A. феррит.

B. ледебурит.

C. цементит_I.

D. цементит_II.

E. мартенсит.

112. Аустениттің жай суыту кезінде … ауысады :

A. мартенсит.

B. перлит.

C. феррит.

D. цементит.

E. ледебурит.

113. Ұсақ дисперсті перлит аталады:

A. сорбиттік.

B. ферриттік.

C. аустениттік.

D. цементиттік.

E. ледебуриттік.

114. Высоко дисперсная феррито-цементитная смесь называется:

A. ледебуриттік.

B. аустениттік.

C. трооститтік.

D. мартенситтік.

E. эвтектиттік.

115. a-темірдегі қатты ерітіндідегі көміртектің енуі … деп аталады:

A. ферриттік.

B. аустениттік.

C. перлиттік.

D. ледебуриттік.

E. мартенситтік.

116. Эвтектоидтық болаттың шыныққан құрылымы қалдық аустениттен және … тұрады.

A. ледебуриттік.

B. перлиттік.

C. трооститтік.

D. мартенситтік.

E. сорбиттік.

117. Шынықтырылған болаттың құрылымы болып табылады:

A. тұрақтылық.

B. тепе-теңдік.

C. гомогендік.

D. беріксіздендірілген.

E. гомофазалық.

118. 727°С температурасынан төмен болаттардың қыздыру шынықтырылғанын … деп аталады:

A. жасыту.

B. нормалау.

C. жұмсарту.

D. демалумен.

E. қайтарумен.

119. Термоөңдеу, қыздыруда қолданылатын, төзімге және пештермен бірге жай суытуға қорытынды жасайтын … деп аталады:

A. жұмсарту.

B. демалу.

C. жасыту.

D. нормализация.

E. шынықтыру.

120. Жасыту нәтижесінде, аустенит …  ауысады.

A ледебуритке.

B. ферритке.

C перлитке.

D. цементитке.

E. мартенситке.

121. Жасыту астындағы болаттың қыздыру температурасы болаттың құрамына байланысты:

A. темір.

B. көміртек.

C. күкірт.

D. фосфор.

E. марганец.

122. Шынықтыру кезінде аустенит …. ауысады:

A. ферритке.

B. мартенситке.

C. перлитке.

D. ледебуритке.

E. цементитке.

123. Жұмсартудың мақсаты – қаттылықтың төмендуі және жоғарылауы:

A. сапалық.

B. беріктік.

C. коррозиялық қасиеттер.

D. магниттік қасиеттер.

E. қызылберіктендірілген.

124. Жоғары жасытудағы шынықтыру …. деп аталады:

A. нормалау.

B. жасыту.

C. демалу.

D. жақсарту.

E. модифицирленген.

125. Болатта қанша көміртек көп болса, сонша … жақсы:

A. беріктігі.

B. соғу тұтқырлығы.

C. коррозиялық тұрақтылық.

D. ыстық беріктік.

E. шынықтырылғаны.

126. Жазықтағышынықтыру қабаттарының құрылымы мартенситтен және өтетін шекарадан тұрады – мартенситтен және:

A. аустениттен.

B. ферриттен.

C. ледебуриттен.

D. беиниттен.

E. цементиттен.

127. Элементтер, олардың құрылымы мен қасиетін өзгерту үшін арнайы болаттар кіргізіледі, оларды … деп атайды:

A. интерметалдық.

D. карбидттік.

C. легірленген.

D модифицирленген.

E. арнайы.

128. Болат, олардың құрылымы мен қасиетін өзгерту үшін арнайы элементтер кіргізіледі, оларды … деп атайды:

A. интерметалдық.

D. карбидтік.

C. легірленген.

D модифицирленген.

E. арнайы.

129. Негізгі элементтер болып табылатындар:

A. Cr, Ni, Mn, Si.

B. P, S, 0, N.

C. Ti, Co, P, S.

D. Al, V, 0, N.

E. Cu, W, S, P.

130. Жөнтектеу үрдісі кезінде қандай кезеңнің түрі кірмейді:

A. 0,5 дейін температураға дейінгі жөнтектеу қыздыруы.

B. 150-200° С температураға дейінгі қыздыру (дымқылдылықты жою).

C. жөнтектеу температурасына дейінгі қорытынды қыздыру.

D. ұнтақталған материалдың алғашқы қайта қыздыру.

E. серпімді кернеуді алу.

131. Жөнтектеу үрдісі кезінде, ұнтақталған атомдардың температуралық ағыс үрдісі …  .

A. диффузия.

B. жаңа оксидтердің қышқылдануы.

C. кристалдану.

D. электрохимиялық қайтақалпына келтіру.

E. модифицирлену.

132. Онық қыздыру үрдісіндегі ұнтақталған қасиеттің дәрежесі міндетті түрде қажет:

A. жаншумен.

B. жылулық кеңеюмен.

C. сепкіш тығыздықпен.

D. аққыштық.

E. жөнтектеумен.

133. Жөнтектеу үрдісі кезінде пайда болатын ұнтақталған дененің себебін объектілік өзгеріс ретінде қарастыруға болады:

A. жөнтектеу механизммен.

B. материалдардың қасиеттерімен.

C. жөнтектеу кезеңімен.

D. қозғалатын күштермен.

E. мінезделгенмен.

134. Қатты фазалық жөнтектеу үрдісі ағады:

A. қыздыру үрдісінде еріткіштің пайда болуы.

B. қыздыру үрдісінде еріткіштің пайда болмауы.

C. құрылымдық құрамның пайда болуы.

D. жеңіл еріткіш компоненттермен ұнтақталған қоспаның пайда болуы.

E. тығыздалған еріткіштермен ұнтақталған қоспаның пайда болуы.

135. Қатты фазаның жөнтектеу үрдісін шығарып салады:

A. шөгу.

B. реттеу.

C. кеуектің жоғарлануы.

D. эвтектиканың пайда болуы.

E. газқанықтыру.

136. Еріткіштің есебінен дән өлшемінің жоғарылауы … деп аталады.

A. адгезия.

B. сфероидизация.

C. жинақталған рекристаллизация.

D. диффузия.

E. бөлшек аралық байланыспен.

137. Жаншу затының температуралық жөнтектеуі әдетте … құрады, бір компонентті жүйенің ұнтақталған балқыма температурасы:

A. 0,2.

B. 0,4.

C. 0,5.

D. 0,6-0,9.

E. 0,9-1,0.

138. Шөгу теңдігіне мына формула сәйкес келеді:

A. .

B. .

C. .

D. .

E. .

139. Шөгу теңдігі мына қатынасты көрсетеді:

A. өлшем бөлшегінің қатынасы.

B. бөлшек арасындағы қатынасы.

C. ұнтақталған ұзындықтың қатынасы.

D. ұнтақталған дән ұзындығының қатынасы.

E. шөгу бейнесінің қатынасы.

140. Сұйықфаза жөнтектеу кезінде жазық керуден басқа … мына белгіні иемденеді.

A. ұнтақталған компоненттің ауысым дәрежесі.

B. беріктік фазаның дәрежесі.

C. жазықтық қатты фазадағы дымқылданғыштық дәрежесінің сұйықтығы.

D. қатты компоненттегі сұйық фазадағы еріткіш дәрежесі.

E. сұйық фазаның жөнтектеу үрдісінің соңына дейін.

141. Температура кезінде кеуекті ұнтақталған денедегі рекристалдану басталады:

A. .

B. .

C. .

D. .

E. .

142. Жаншу және пішінделген материалдың жөнтектеуінің қосарлану үрдісі ыстық жаншу және оны … арқылы өткізеді:

A. .

B. .

C. .

D. .

E. .

143. Композициялық материалдар деп құрамына … кіретін материалдарды атайды.

A. компонент қасиеттерімен ерекше айырмашылықты иемдентін.

B. компонент қасиеттерімен бірдей.

C. бірдей кристаллдық торлармен бірге элементтер.

D. химиялық ерітінді элементтерінің бір біріне еруі.

E. металдық және металл еместік қосылыстар.

144. КМ қасиеті көбінесе … тәуелді (дұрыс емсе жауапты алып таста)

A. химиялық құрамға.

B. компонент арасындағы беріктік байланысқа.

C. физика-механикалық қасиеттерге.

D. атом аралық молекулардың өзара әсерлесуі.

E. физика-химиялық қасиетке.

145. Композициялық материалдар, бірөлшемді беріктендіру немесе екі, үш толықтырғыштар … деп аталады:

A. дисперсті-беріктендіру.

B. талшықтандыру.

C. қабатталған.

D. керамикалық.

E. гибридтік.

146. Қабатталған, композициялық материалдар, беріктендірілген … деп аталады:

A. нульмерлік толықтырғыш.

B. екілік толықтырғыш.

C. бірлік толықтырғыш.

D. үштік толықтырғыш.

E. көп толықтырғыш.

147.  Al₂O₃ құрамды жоғарлануымен … САП көрсетіледі:

A. қаттылық, беріктік.

B. ыстыққа төзімді, ыстыққа берік.

C. иілімділік.

D. уақытша кедергі.

E. тығыздық, тұтқырлық.

148. Талшықталған композициялық материалдардың беріктігі болып (дұрыс емес жауапты таңда):

A. талшықтар және таза металлдардың нитевидтік тығыздалған қосылыстың кристаллдары.

B. талшықтар және таза элементтердің интевидтік кристаллдары.

C. қорытпаның нитевидтік кристалдары.

D. металл емес элементтердің талшықталған кристаллдары.

E. металлдан және қорытпадан жасалған сымдар.

149. Талшықталған композициялық материалдар … тәуелді:

A. талшықтың физикалық қасиеті.

B. әсер ететін талшық ұзындығына және кернеуге.

C. армирлеу сұлбасы.

D. матрицаның дисперсті қаттылануы.

E. матрицаның механикалық қасиеті.

150. САП алу үшін шығындық материал ретінде қызмет етеді:

A. алюминдік ұнтақ.

B. пульверизат.

C. опа пісіруі.

D. опа.

E. пластификатор.

 

 

 

 

Дұрыс жауаптардың кілттері

Сұрақтардық номерлері	Дұрыс жауаптар (A, B, C, D, E)
1	материалтанумен
2	микро
3	механика
4	орбиталдық
5	С
6	D
7	E
8	D
9	A
10	C
11	B
12	B
13	B
14	A-4, B-1, C-3, E-2
15	C
16	A
17	анизотропиямен
18	D
19	C
20	Ван-дер-Ваальстік
21	B
22	D
23	C
24	C, D, A, B
25	C
26	B
27	рост
28	орталықтармен
29	D
30	C
31	E
32	B, A, C
33	B
34	A
35	D
36	C
37	D
38	E
39	B
40	D
41	B
42	C
43	D
44	C
45	A
46	D
47	B
48	C
49	шамалы
50	тәртіпке салу
51	өзіндік
52	B
53	B
54	C
55	C
56	D
57	B
58	C
59	жылусиымдылық
60	B
61	B
62	E
63	ішкі
64	B
65	A
66	D
67	E
68	B
69	1-A, 2-B
70	C
71	E
72	A
73	C
74	бағытталу
75	тұрақты
76	B
77	C
78	C
79	C
80	B
81	C
82	B
83	D
84	D
85	A
86	D
87	C
88	A
89	солидус
90	C
91	D
92	D
93	D
94	A
95	графитте
96	D
97	E
98	C
99	C
100	B
101	E
102	D
103	C
104	C
105	B
106	B
107	C
108	D
109	E
110	D
111	E
112	B
113	A
114	C
115	E
116	D
117	D
118	C
119	C
120	C
121	B
122	B
123	B
124	D
125	E
126	B
127	C
128	C
129	A
130	D
131	A
132	E
133	D
134	B
135	A
136	C
137	D
138	B
139	E
140	C
141	A
142	D
143	A
144	C
145	B
146	B
147	A
148	C
149	C
150	A