сынылған әдебиеттер

ДƏРІС. Легірлеуші элементтердің қатарын таңдау және зиянды қоспаларды анықтау. Беріктіктің және илемділіктің элементтердің шекті концентрациясына байланыстылығы.

Материалтанудың маңызды шешімдерінің бірі легірлеуші элементтердің берікгі жоғары материалдардың қайта өңделуі, жоғары қаттылықты қамтамасыз етеді. Легірлеу кезінде қаттылықтың екі механизмі мәлім:

1) қатты ерітінді, легірлеуші элементтер көп мөлшерде қосылғанда, пайдалану температура кезінде ерігіштік шегінен аспайтын;

2) аса қаныққан фаза, концентрация қоспаның қосылған кезінде басты қорытпаның еру мүмкіншілігі артатын.

Екінші механизм шынықтыру кезінде жүзеге асады және кейінгі босатуда (ескіруде) және шекті еру сызығымен анықталады, аса қаныққан қатты ерітінділердің пайда болуын қамтамасыз етеді.

Ал бірінші механизм «толықтыру» легірлеуші атомдар компонентінің басты торын сипаттайды және ол қаншалықты жоғары болса, соншалықты қорытпаның беріктігі жоғарылайды.

Жалпы бұл қағиданың маңыздылығы қатты ерітіндінің түрімен шектеледі – қосылу немесе ену.

Легірлеуші элементтердің беріктікке әсері. Бұл дәреже мына талаптарға сәйкес (атом мөлшері, кристалдық тор түрі, тығыздықтың ұзындық модулі, валенттілік және т.б) қатты ерітіндінің беріктігі артқан кезінде жүзеге асады.

7.1 суретте уақытша қарсыласу (беріктік шегі) алюминий, мыс, титан, темір қорытпаларының қосылыс концентрациясы еру кезінде осы шектің мөлшеріне қатысты өзгерісі көрсетілген.

Ерігіштік шегінің әр түрлі болуына байланысты логарифмдік концентрацияның масштабы қолданылады. (7.1 а-г суретте) көрсетілген диаграммадан қоспалардың еруі кезінде ең азы 0,01 ат. % көптеген элементтер ерігіштік арқылы беріктікке нашар әсер етеді. Осындай элементтердің қорытпаға көп мөлшерде қосылуы кезінде, жоғары шекті ерігіштігі (қаныққан фазалармен беріктендіру), жаңа фазалардың пайда болуына сәйкес анықтау критериімен ω бақыланған беріктігі артуы мүмкін, бірақ осыған орай илемділігі бірден төмендейді,

 

7.1 -сурет. Екі қорытпаның алюминий (а), мыс (б), α-титан (в) және α- темір (г) негізіндегі ерігіштік шегінен және қосылыстардың анықтау критериінен механикалық қасиеттерінің тәуелділігі

 

Қосылыстардың құрамы 50 ат. % жоғары кезінде тәуелділік мәні жоғалады, соған сәйкес қорытпалардың негізі өзгереді. Алынған диаграммада көрсетілгендей, төменгі концентрация кезінде (<50 ат. %) әр негізге сәйкес нүкте бір тәуелділікке енеді – маңызсыз ұзындығы 0,1% және жылдам, екі не одан да көп, концентрация кезінде 0,1-10 % аралығында σ_В жоғарылауы.

Көрсетілгендей кейбір шашырауы,механикалық қасиеттердіңсынау шарты тұрақсыз. Бірақта ол бірізділік тәуелділігі әр метажүйеге (meta –сыртынан, шектен тыс – күй диаграммасының жиынтығы немесе олардың параметрлері, Менделеевтің периодтық жүйесіндегі компоннеттердің орналасуына байланысты) байқалмайтындай, соншалықты үлкен емес. Бұл дерек, ең басты орынды әр түрлі компонент (жеке атомдар) емес, ал олардың берілген негізде толық ери алатынындағы мөлшері.

Практикада беріктіктің әсері бір ғана және сол қосылыстың концентрациясы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым қорытпа негізінде берілген қосылыс аз еритіні анықталған (7.2-сурет). Басты компоненттің кристалдық торы осындай легірлеуші элемент атомына қосылғанда қарсыласады деп айтуға болады, қатты ішкі күшті бақылай отырып, аса қатты беріктікке алып келеді. Бірақ, қосылыстың беріктікке әсерлесу әрекеті ерігіштіктің азаюымен көбейетініне қарамастан, соңғы әсері осы ерігіштің абсолютті өлшемімен анықталады. Жақсы еритін элементтердің әрекеті концентрацияның үлкен интервалында шоғырланады немесе олардың әсері азерігіштерге қарағанда аса қатты ықпал етеді.

Осыған орай аса үлкен ерігіштер әр жаңа қосылыс концентрациясының ұлғаюы кезінде аз мөлшерде әсер етеді. Егер легірлеуші қосылыс негізден арзан болса, онда қорытпаның бағасын көтермейді. Бірақ, егер қосылыс негізгі компоненттен анағұрлым қымбат болса, онда оның концентрациясы аса ұлғаюы экономикалық жағынан тиімсіз болады.

7.2 -сурет. Қорытпа беріктігіне 7.3 -сурет. Қосылыстың ерігіштік

нашар ерігіштік концентрация(1), шегі 1/3 дәрежеде алюминий (4),

қатты ерітінді қоспасы (2) және мыс (3), темір (2) және титан (1)

оның ерігіштік шегінің әсері негізде қорытпалардың беріктікке

әсері

Беріктік шегінің кері әсері концентрация кезінде үлкен шекті ерігіштіктен ерігіштік шегінде әр түрлі негіздегі қорытпалар мына түрде жақсы анықталады:

, (7.1)

σ_р жерде – ерігіштік шегінде беріктік шегі; σ_о - қорытпа негізінің беріктік шегі; k_р – коэффициент, қорытпа негізінің табиғатына тәуелді; α – қоспаның ерігіштік шегі (лиотектикалық нүкте).

 

7.1 –кесте - Әр түрлі негіздерге коэффициенттің мәндері

Қорытпа негізі	σо	kр
Алюминий	6,5	9,0
Мыс	17,5	10,5
Темір (құю)
Темір (нормализация)
Титан

Легірлеуші элементтердің илемділікке әсері.Торлардыңсырғуы,қоспалардың еруімен байланысты, көп жағдайда (бірақ әр кез емес) илемділікті және қорытпалардың соққы тұтқырлығын төмендетеді. Бірақ бұл әсер беріктікке әсеріне қарағанда, өте үлкен қиындық туғызады, әсіресе алюминий мен мысқта (7.1 а.б сурет) анық көрінеді. Мүмкін, қорытпалардың илемділігі қоспалардың ерігіштігімен ғана шектелмейтіндігінен болар, бірақ бұл қоспалардың орналасу сипаттамасыωқұрылымкритериіне сәйкес.

Еру кезінде α < 0,001 – 0,01 ат. % и ω→0 элементтер, қатты ерітіндіге ене отырып, әдетте қатысты ұзаруына маңызды әсер бермейді. Бірақ, егер қорытпа негізі морт сынғыштыққа икемділігіосы концентрация кезінде, қоспа элементтері зиянды қоспаларретінде жүреді. Түйіршіктердің шекараларында жиналатын илемділік бірден төмендейді.

Ерігіштіктің орташа шегінде (α ≈ 0,1 — 1 ат. %) және анықтау критериінің ω=α/β үлкен мәніне қатысты беріктігі өседі. Осы жағдайда қоспа элементтері пластификаттар рөлінде болады. ω орташа мәнде ол төмендейді, және қорытпаның технологиялылығы МҚӨ- ге қатысты төмендейді. Қорытпалардың әр түрлі негізінде бұл құбылыс әр түрлі дәрежеде көрсетіледі, мысалы, мыста қатты, алюминиде нашар, темір мен титанда өте нашар.

Критерийді анықтау кезінде, жақын және үлкен бірліктер (өспеліперитектикалар), ерігіштіктің маңызды шегінде (α >1 – 10 ат. %), сонымен қатар илемділіктің төмендеуі және ол аса үлкен концентрация кезінде байқалады. Элементтердің қоспалары, анықтау критериінде болатын 0,6-0,7 шекті ерігіштік 10 ат. % жоғары, ереже сәйкес, қаттылықпен қатар илемділікті төмендетеді.

 

сынылған әдебиеттер

Негізгі4 [100-110], 5 [90-92, 126-128], 6 [349-352].

Бақылау сұрақтары:

1. Легірлеуші элементтердің қорытпалардың беріктігіне әсері қандай тәуелділікпен сипатталады?

2. Илемділік пен беріктіктің концентрациялық тәуелділіктері өзара немен ерекшеленеді?

3. Таралу критериінің мөлшері қорытпалардың илемділігіне қалай әсер етеді?

4. Қоспаның ерігіштігі беріктенуге қалай әсер етеді?

5. Беріктенудің жоғарғы шегі немен анықталады?