ДƏРІС. Қорытпаның негізін таңдау. Пайдалану қасиеттеріне байланысты элементтерді жіктеу. «Қасиет-элемент реті» тәуелділігі.

Қорытпалардың негізгі құраушы компонентін таңдау қорытпалардың синтезінің редукция негізгі әдістемесінің бірі болып табылады. Жаңа техниканы және эксплуатацияның айрықша шарттары үшін негізгі құраушы компонентті таңдау, ерекше жағдайларына байланысты пайдалану, тыңғылықты жұмыс атқаруда көптеген параметрлер бойынша (технологиялылық, жоғары немесе криогенді температуралар, жебірлі орталар әсеріне болу үйлесімділік және т.б.) металдарға талаптарды қою үлкен жауапкершілікті тудырады.

Негізгі құраушы компонентті таңдау барысында жұмыс қасиеттері негізге алынады. Топтастыру келесі белгілер бойынша өткізіледі: беріктік (конструкциялық қорытпалар үшін), илемділік (жоғары техннологиялылық), тығыздық (меншікті беріктігі жоғары жеңіл), балқу температурасы (ыстыққаберіктік), электроөткізгіштік (өткізгіш), жемірілуге қарсы тұрақтылығы (жемірілугетұрақты).

Беріктік. Қалыпты температура жағдайында жасытылған күйінде техникалық таза стандартты үлгіні созу барысында анықталған жемірілуге беріктік критериі ретінде уақытша қарсыласу пайдаланылады. Морт сынғыш металлдар үшін (хром және кобальт) беріктік Бринелльтәсілі бойынша анықталып келесі формуласы бойынша бағаланады.

σ_{в ≈ 0,35НВ.}

Аз мөлшерде алынған сирек элементтер үшін σ_в гафикалық тәуелділіктің интерполясиясы алынады.

Беріктік мәні бойынша барлық элементтер төрт сыныпқа ажыратылады:(4.1-сурет)

1) Газ және сұйықтар, үзілу кезінде беріктікке ие бола алмайды.

2) σ_в<5МПа берік емес, конструкциялық металдар ретінде қолданылатындары қалайы, қорғасын, висмут, стронций.

3) σ_в 50-500МПа берік, конструкциялық қорытпалардың басым көпшілігі: бериллий, магний, алюминий, титан, темір, кобальт, никель, мыс, цинк, күміс, сурьма, платина, алтын.

4) Беріктігіжоғары σ_в>500 МПа. Оларға металл еместер жатады: бор, көміртегі, кремний және қиын балқитын металдар. Әсіресе, молибден, вольфрам, рений.

4.1- сурет. Элемент ретіне байланысты беріктіктің өзгеруі

«Атом реті-беріктік» диаграммасында көміртектегі, кремний, хром, молибден және вольфрам элементтерінде күрт сипатталған ұшы бар экстремумдары байқалады.

Илемділік, δ% салыстырмалы ұзару шамасымен бағаланады шарттарының маңыздылығына тікелей қатысты беріктік сияқты жағдайларда бағаланады (4.2-сурет).

Барлық элементтер сонымен қатар төрт сыныпқа бөлінеді: 1) Газдар және сұйықтар. Олардың илемділігі шартты түрде шексіз болып саналады. 2) Илемділігіжоғары, δ шамасы 40% - дан жоғары. Оларға беріктігі аса жоғары сілтілі металдар (бірінші шағын топ) және конструкциялық қорытпалардың негізі ретінде пайдаланылатын қалған металдар, соның ішінде алюминий, титан, темір, мыс,никель. 3) Иілімді, δ шамасы (40-30%). Бұл айрықша көп таралған элементтер тобы, оларға бериллий, магний, ванадий, молибден, вольфрам, висмут және тағы басқалары жатады. 4)Морсынғыш, олардың созылуы шамасы 3% - дан төмен. Бұл топқабарлық металл еместер, сонымен қатар металдар қатарыжатады: хром, марганец, кобальт, радий және жартылай металдар – сурьма, германий. Бұл металдар сыныбы қысыммен өңделмейді және тек қана құйма түрінде қолданылады. Диаграммасы «сатом кезегі–илемділік» кобальт, радий, иридий асу тәріздес экстримумы бар периодтты тәеулдікке қатысты болады.

4.2-сурет. Илемділіктің элемент кезегіне тәуелділігі

Тығыздық көлік және әуе машинажасауда ерекше орын атқарады. Физикалық мағынасы жағынан атомдар байланысының шамасын сипаттайды, демек, конструкциялық қорытпалар үшін маңызы өте зор.

4.3- сурет. Элементтердің тығызыдығы кезегіне байланысты

 

1) Газдар.

2) Тығыздығы 5г/см³ төмен, жеңіл. Оларға металдар (алюминий, титан, магний, бериллий) және металл еместер(фосфор, күкірт, селен, қатты гологенде) жатады.

3) Ауыр. Олардың тығыздығы 5-10г/см³ аралығында. Бұл топқа сансыз көп элементтер жатады. Металл еместердің ішінде оларға мышьяк және теллур жатады. Нағыз ауыр металдарға: ванадий, хром, кобальт, никель, цинк, галлий, германий, цирконий, ниобий, қалайы, сурьма, барлық лантаниттер, висмут, радий жатады.

4) Өте ауыр, олардың тығыздығы 10г/см³ жоғары. Бұл сынып қатарына негізінен қиын балқитын металдарды жатады. Нағыз сынып металдарына ең ауыры осмий (22,48г/см³) және иридий (22,36г/см³) болып табылады. Сонымен қатар: молибден, күміс, тантал, вольфрам, рений, алтын, сынап, қорғасын, барлық платинидтер,уран және барлық трансуранидтер жатады.

«Атом реті-беріктік» тәуелділігі сунусоидты экстримумдары бар периодты, атом кезегінің өсуіне қарай артады. Максимум шамасы алюминий, радий, мыс, көміртегі және осмийге сәйкес келеді.

Балқу температурасы. Элементтердің төрт сыныбы ерекшеленген (4.4-сурет).

4.4-cурет. Балқу температурасының элементтің рет санына байланыстылығы

 

1) Газдар мен сұйықтықтар. Балқытудың ең төменгі температурасы гелий – 1,773К.

2) Жеңіл балқитын, балқу температурасы 0 - ден 600⁰С дейін. Оларға: фосфор, күкірт, мырыш, селен, кадмий, индий, қалайы, теллур, қорғасын, таллий, висмут, сілтілі металдар және қатты гологендер жатады.

3) Орташа балқитын - балқу температурасы 600-ден 1600⁰С дейін. Ооларға: бериллий, магний, алюминий, кремний, кальций, марганец, темір, кобальт, никель, мыс, германий, стронций, палладий, күміс, сурьма, барий, алтын, барлық лантаниттер және актиниттер жатады.

4) Қиын балқитын, балқу температурасы 1600⁰С-дан жоғары. Ең қиын балқитын металл емес – көміртегі (3747⁰С), металдардан – вольфрам (3450⁰С) жатады. Нағыз қиын балқитын элементтер: бор, көміртегі, титан, ванадий, хром, цирконий, ниобий, молибден, гафний, тантал, вольфрам, рений, торий, платинидтердің көк мөлшері.

Балқу температурасы тығыздық секілді синусоидты экстримумдары бар периодты, эктремумдар кремний, хром, молибден және вольфрамда байқалады. Электрөткізгіштік металл еместер металлдардан 0,001·10^-8 Ом·м аралығында адыратылатын қасиетке жатады. Сонымен қатар, төрт сыныпқа ажыратылады (4.5-сурет):

1) Изоляторлар (p<0,001·10^-8 Ом·м). Бұл сынып элементтерінің барлығы металл еместер.

2) Электрөткізтіштігі төмен − (0,001−0,05)·10^-8 Ом·м. Электр өткізгіштігі төмен металдарға: титан, марганец, галлий стронций, цирконий, сурьма, сынап, қорғасын, висмут, барлық лантанидтер және барлығы дерлік актинидтердің барлығы десек болады.

3) Орташа электрөткізгіштік –(0,05−0,3)·10^-8 Ом·м. Мұндай сыныптардағы металдарға: литий, бериллий, натрий, магний, железо,кобальт,никель, цинк, молибден, олово, вольфрам,барлық платиноидтар.

4) Электрөткізтіштігі жоғары (0,3−0,7)·10^-8 Ом·м. Оларға тек 4металл жатады –алюминий, мыс, күміс және алтын. Егер бірлік ретінде мыстың электр өткізкізтігін қабылдасақ, онда аталған металдардың арақатынасы 0,84; 1,00;1,04; 0,74 болады.

4.5 - сурет. Элемент ретінің электрөткізгіштікке байланыстылығы

 

Атом реті–электрөткізгіштік» өткізгіш элементтерінде жүйелі тангенциалды экстремумдарына жақындай түседі.

Жемірілуге қарсы төзімділік элементтердің күрделі сипаттамасы болып табылады, өйткені ол қоршаған ортаға байланысты болады (қышқылдар, сілтілер, тұздар, мұнай қайта өңдеу өнімдері және т.б.). Жемірілуге қарсы төзімділіктің бірлігі ретінде азотты қышқылында олардың 1 см² ауданында салмақ мөлшерін 30- дан 60%-ға дейін жоғалтуын қабылдайды.

4.6 -суретте берілген диаграмма бағытталған сипаттамаға ие, өйткені басқа орталарға және басқа концентрацияларда диаграмма басқа түрде беріледі.

Берілген белгілер бойынша барлық элементтер алты сыныпқа бөлінеді:

1) Газдар. Олардың төзімділігі шартты түрде 10-нан жоғары болуына байланысты шартты түрде жоғары деп саналады.

2) Берік емес (10-нан 1- ге дейін). Бұл сыныпқа сілтілі және жерсілтілі металдар және галогендер жатады.

 

4.6- сурет. Элемент рет санына қарай жемірілуге қарсы төзімділік байланысы

 

3) Салыстырмалы берік (10^-1–10^-4). Оларға бор, алюминий, кремний, марганец, темір, палладий, висмут жатады.

4) Берік (10^-2-ден 10^-3дейін). Оларға көміртегі, хром, ниобий, вольфрам, алтын, галий, қорғасын жатады.

5) Өте берік (10^-3жоғары). Оларға 4.6-суретте экстремальді жағдайдыалып тұрған металдар жатады.

«Атом кезегі –жемірілуге қарсы төзімділік периодтылықтың тәуелділігі көміртегі, кремний, титан, цирконий, рутений–родий, тантал, осмий−иридий элементтеріне максимумдары сәйкес келетін күрделі байланыс. Сондай−ақ негізгі компоненттердің нақты қолданылуын таңдау анықтаушы факторы болып табылады. Элементтердің қасиеттерін жіктеу жүйесі түрлі пайдалану қасиеттерге ие қорытпаларының негізін таңдауға себеп болады.

1) Конструкциялық, олардан тек қажетті деңгейде қалыпты температура жағдайында аталған белгісі бойынша олар келесідей болып жіктеледі: мысалы, әуе және көлік техникасы үшін шектеуші қасиет ретінде салмақ саналады.

2) Арнайы, қажетті деңгейдегі механикалық қасиеттерден басқа қабiлеттiлiк жүктеу ерекше жағдайларда қирауға және жебірлі орталарда қарсы тұруы талап етіледі. оларға жалпы тағайындалған қорытпалар жатады – ыстыққатөзімді, криогенді, жемірілугетұрақты, қышқылғатұрақтылығы, тозуғатұрақтылы; арнайы қызметатқарушы – құрал сайманды, шарикті мойынтіректі, антифрикционды, рессорлы−серіппелі, типографты, жеңілбалқитын, дыбыс оқшаулағыш, вакумды – тығыз қорытпалар жатады.

3) Ерекше физикалық қасиеттерге ие, ерекше механикалық қирауға қарсы тұру қабілетіне ие емес. Оған өткізгіш материалдар жатады – өткізгіштер, жартылай өткізгіштер, жоғарғы өткізгіштер, магнитті қатты және магнитті жұмсақ, жоғарғы жылу өткізгіштік,инварлы,элинварлы, биологиялық үйлесімді, катализаторлар және т. б. жатады.

Қарастырылған жіктеулерді басқа параметрлермен қасиеттер бойынша кеңейтуге болады. Мысалы түрлену саны қайнау температурасы, серпімділік модулі, иондалу потенциалы бойынша және т. б. легірлеуші компоненттерін кеңейтуге болады. Бірақ олар негізгі пайдалану қасиеттерін байланысты емес және қорытпа компонентінің негізгі арқылы қосымша талаптарды сипаттайды.