aldaw paraqtar? Белгіленген тұжырымдаманың негiзiнде барлық кезеңдерде қасиеттер талап етiлетiн деңгеймен материалдарды әзiрлеудiң басқарушы параметрлерiн оң

1.

Белгіленген тұжырымдаманың негiзiнде барлық кезеңдерде қасиеттер талап етiлетiн деңгеймен материалдарды әзiрлеудiң басқарушы параметрлерiн оңтайландыру дәйектi түрде орындайтын рәсiмi жатады. Бұл ретте келесi жағдайлар ескерiлуi керек:

1. Оңтайландырудың әр кезеңінде сипаттамадан бұрын берілу керек және материалдар, технологиялық маршруттар, операцияларды параметрлер, тағы басқалар, сапаға  деген әсердiң ең үлкен көрсеткіші және түпкi өнiмнiң (материалдар) тұтынушы қасиеттерi.

2. Құюды технологиялық операцияларды оңтайландыру жанында, МҚӨ, дәнекерлеу, кесу, қыздыру және химия-термиялық өңдеу технология талабын сипаттауы керек және қолдану кезiндегi қасиеттерге, сонымен бiрге статистикалық сынақтарды тиiстi әдiстердi таңдау.

3. Көп кәсiпорындардың ғылымды материалөнімі күрделi түрлерiн шығаруда пiшiннін  ғана емес, сонымен бiрге шығарылған өнiм туралы ақпараттың мазмұныда, сонымен қоса жобалық, технологиялық және қолдану кезiндегi құжаттаманы бейiмделген бiртұтас бiркелкi ақпараттық ортаны жасау керек.Дұрыс таңдау үшiн және әр түрлi мақсаттың материалдарын тиiмдi пайдалану оның (бұйымдарды келесi өңдеу, жасау дайындамаларды шикiзаттың өңдеуi, алу, және шикiзат және т.б.) өмiрлiк циклының  барлық кезеңдерi туралы ең толық ақпарат қажеттi. Материалды дұрыс таңдау талаптары өндiрушiнi алдында орындауды қамтамасыз етедi:

- тапшы материалдарға қауiпсiздiк, шектеу берiлген техникалық шарттар, техниканы сақтау сәйкестiк және т.б.;

- материал шындығында ең кiшi шығындар және оның өңдеуiмен байланған шығында;

- пайдалануда бұйым (жұмысқа қабiлеттiлiк ) жоғары сапа тағы басқалар.

Таңдау және материалдың тиiмдi пайдалануы жасаушының алдында тұратын негiзгi есептері және материалөнімдері тұтынушысы жатады. Қажеттi өндiрiстiң кезеңi бұл ретте таңдаудың оптимизациясы болып көрiнедi, өйткенi пайдаланылатын материал бұйымның көрсеткiштерiне әсер етедi: - құрылым шешiмi және сапа; - қосындыларды тәсiл және монтаж; - жүктеуге кедергi; - бұйым жұмысының төзімділігі; - бұйым массасы; - өнiмнiң құны.

2.

Материалдың жұмыс қабілетін қамтамасыз ететін негізгі талап ретінде оның пйдалану сенімділігін айтуға болады, яғни материалдың бекітілген шектеу мен қажетті уақыт аралығында өзінің тағайындалған немесе шартты жұмысын сол кезеңде тоқтаусыз қамтамасыз ету қабілеті.

Сөйтіп, әрбір нақты жағдайдағы сенімділіктің басты сипаттамасы оның негізгі пайдалану шартымен анықталады. Серіппелер үшін бұл шыдамдылық шегі, себебі олар ұзақ уақыт бойы ауысымды жүктеме жағдайында жұмыс атқарады.Мойынтірек үшін қажуға төзімділік аса маңызды, ал газ турбиналарының күрекшелері үшін – ыстыққа беріктік және т.с.с. Бұл талаптардан басқа материалдар қасиет көрсеткіштер қатарына бірнеше талаптарына сай болу қажет, бірақ әрбір жеке материалдың шектеуші қасиеттері басыңқы болуы талап етіледі.

Материалды дұрыс таңдаудағы негізгі шарт басыңқы мінездемені сандық бағалау, мысалы, жеткілікті созымдылық мөлшері кезіндегі беріктік және берілген ыстыққаберіктік кезіндегі ыстыққатөзімділік және т.с.с. Ымыралы  шешімдерді қабылдау әдебиет көздерінде берілген мәліметтерге, немесе тиісті түрде ұйымдыстырылған өзінің тәжірибесіне негізделеді.

3.

Кең мағынада технологиялылық сөзінің мағынасы(грек тілінен – шеберлік және – сөз, ғылым) материалдың немесе конструкцияның өндірісте, пайдалану кезінде және жөндеу жұмыстарында қажетті сапаны қамтамасыз ететіп ең қолайлы технологиялылық қасиетті береді.Материалдың технологиялылығы дегеніміз – технологиялық үдеріс үнемділігін қамтамасыз ететін материалдың әртүрлі өңдеу түрлеріне түсу қабілеті. Материалдың технологиялылығы операциялардың саны және күрделілігімен, сондай-ақ оның сапасын анықтайтын технологиялылық параметрлердің шегімен сипатталады. Төмен технологиялылық параметрлердің тар аралықпен (балқу температурасының, құюдың, термиялық өңдеудің, деформацияның шегі), төмен пісірілгіштікпен және төмен кесумен анықталады. Ондай материалдар жаңа конструкцияларды өндіру мен қолайлы технологиялылық процестерді өткізуге қатал шек қояды.Технологиялылықтың екі негізгі түрі бар:өндірістік,өндірістік көрсеткіштерді жақсартумен байланысты (өзіндік құны, көп еңбек пен материалды етуді қажет ету, сериалық шығарылымды ұзақ зерттеу және т.б.);  пайдалану, сенімділікті, еңбеқ тұрақтылығы мен ұзақ мерзімділігін арттырумен анықталады.Материалдың технологиялылығы оған әртүрлі ықпал ету әсерінен артуы мүмкін: ультрадыбыс әсерінен (наложение) кристалдау, модификациялау, суытуды жылдамдату (ұсақ түйіршікті құрылым алу), термоциклдеу, рекристализациялық жасыту және т.б.Технологиялылық қасиеттергесұйықаққыштық, созымдылық, пісірілгіштік, кесумен өңдеу және т.б. жатады.Сұйықаққыштық дегеніміз – құймалы қорытпалардың технологиялық қасиеттердің кешенді сипаттамасын атайды, бұл сұйық металдың гравитациялық күштердің әсерімен құйма қалыбын толтыру және қалып пішінін нақты қайталау қасиеті. Пісірілгіштік – материалдың бірігей балқу және (немесе) илемді деформация әсерінен пісірілетін аймақтарда монолитті құрылым түзетін үзілмейтін қосылыс беретін қасиет. Қарапайым көміртекті болаттардың пісірілгіштігі дегеніміз беріктігі, илемділігі, морт сынғыштыққа бейімділігі негізгі металға жақын қасиет беруі. Легірленген болаттар үшін тігістің ыстық және суық жарықтарға қарсылығы ерекше мән береді. Кесу – кесу құралымен дайындама бетінен металды жоңқа ретінде кесіп алу үдерісі. Кесумен өндеу негізгі (құралдң елеулі тозуы,кесудң максималды жылдамдғы, қосымша (кесу бетінің тазалығы, жоңқа пішіні, бұруды жеңілдету).

10.

Ыстыққа сынғыштық –  қатты күйдегі материалдың шөгу кезінде түзілетін ыстық немесе суық сызаттардың әсерінен құйма қасиеттерінің  бұзылуы ( 5.6 -сурет).

Жалпы түрде қорытпалардың ыстық сызаттарды түзуге бейімділігі 5.6 суретте келтірілгендей қорытпаның күй диаграммасындағы орнына байланысты болады (сызбаланған аймақ – тиімді кристалдану аймағы). Оның максимумы қорытпа негізінің легірлеуші қоспасының ерігіштік шегінің нүктесіне жақын орналасады. Эвтектикаға жақын шоғырлану аймақтарында ыстық сызаттарға бейімділік күрт төмендейді. Эвтектикалық құраушының болуы құймалы қорытпалардың ыстық сызаттардың түзілуіне бейімділігіне қарсы көрсеткішінің белгісі. Өйкені біріншіден, қатты фазаға қарағанда сұйық фазаның мөлшері көп, екіншіден, қорытпа мен эвтектиканың кристалдану температураларының айырмашылығы шамалы ғана. Осыдан олардың термиялық кедергімен анықталатын меншікті көлемдерінің айырмашылығы мен ыстыққа сынғыштығы аса байқалмайтынын көреміз.Деформацияланатын қорытпаларда эвтектиканың көп мөлшерде болуы талап етілмейді, өйткені қызуғасынғыштық құбылысын дамытады. Сол себептен оның ең көп мөлшері 15%-дан аспауы керек.

11.

Түйіршіктердің шекараларында орналасқан балқыған кірмелермен жеңіл балқитын фазалардың әсерінен жоғарғы температураларда қорытпалардың морт болуы қызуғасынғыштық деп аталады. Қорытпаларды ыстықтай қысыммен өңдеген кезде жоғары бағытталған эвтектикаларда жоғары эвтектикалық және перитектикалық айналуларда қызуғасынғыштық бейімділігі дами түседі.

Қысыммен өңдеу нәтижесінде дайындамалар мен құймалардың сызаттарды түзуге бейімділігі бақылауы қиынға түсетін көп факторларға байланысты өте маңызды технологиялық қасиет болып саналады. Сызаттардың дамуына келесідей факторлар әсер етеді: қатты күйдегі отыру коэффициенті, серпімділік модулі, солидус аймағындағы беріктілік пен илемділік, ал құймалар үшін қосымша – пішіннің бейімділігі, баспалау материалына, құйма конструкциясына. Барлық факторлардың жинағы легірлеуші элементтердің әсерін күрделендіре түседі, бірақ τ критерийінің көмегімен бұл әсердің жалпы заңдылығын анықтауға болады

16.

Термо – механикалық өңдеу (ТМӨ) деп – аустенитті күйінде металды пластикалық деформация мен мен шынықтырумен бірге жүргізуді айтады.

Термо – механикалық өңдеудің екі негізгі әдісі бар: (1) жоғары температуралар кезіндегі термия – механикалық өңдеу (ЖТМӨ) және (2) төмен температуралар кезіндегі термия – механикалық өңдеу (ТТМӨ)

ЖТМӨ кезінде АС3 нүктесінен жоғары температураларда болат аустениттік құрылымға ие болғанда деформация жүргізіледі. Деформация дәрежесі 20 - 30 % мең болады. Бұл кезде метал беріктендіреді. Шынықтыруда рекристалдану процесс және мартенситтік өзгеріс пайда болады.

ТТМӨ – болатты тұрақты температуралық аймағында (400 - 600 град) жүргізіледі, деформация температурасы мартенситтік түрленудің басталуы (Мб) нүктесінен жоғары болып, ал рекристалдану температурасынан төмен болуы керек. Деформация дәрежесі 70 -95 %.

Шынықтырудан кейін екі жағдайда да төмен температуралы жұмсарту (100 - 300 град) жүргізіледі, ол жақсы пластикалық пен тұтқырлық кезінде (sв = 2200 - 3000 МПа) жоғары беріктік алу мүмкіндік береді (d = 6 - 8 %, 50 - 60 %).

ТМӨ сымдарды, рессорлы тіліктерді, серіппелерді беріктендіру үшін жүргізіледі.

17.

Ерігіштік немесе беріктену критерийі α = cd  перитектика, монотектика немесе эвтектика температураларында негізгі фазада легірлеуші элементердің (ЛЭ) шекті ерігіштігін көрсетеді (5.2-сурет). Аталған қорытпаның беріктік қасиеттерінің критеринің физикалық мағынасы легірлеуші элементтердің құрамына байланысты болуында. Қорытпалардың беріктігінің өсуі легірлеуші элементтер құрамының қатты ерітінділер аймағында нақты байқалады. Ол легірлеуші компоненттің өзбетінше бөлінген морт фазаның бөлінуіне дейін байқалады.  Эвтектикадан кейінгі силуминдерде кремний күйінде – өздігінше морт фаза легірлеуші компонент ретінде, Al-Fe қорытпаларында  FeAl₃ эвтектикадан кейінгі болаттарда цементит күйінде, содан кейін беріктік күрт төмендейді.

Шекті ерігіштік – атомдық пайызбен өлшенетін қорытпаның негізгі компоненті жаңа фаза түзбей легірлеуші элементтердің қай мөлшерін өз торында ұстай алатынын көрсетеді. Басқаша айтқанда, α критерийі қатты ерітіндінің максимальді легірленуін  және таңдалған қоспанының  қатты ерітіндіні беріктендіру мүмкіндігін көрсетеді. Жуықтап айтқанда қатты ерітінділерүшін  легірлеу мен беріктендіру арасында келесі тәуелділіктер байқалады:

σ_в = А×С –орын басу қатты ерітінділері;

σ_в = В×C^0,5 - ену қатты ерітінділері;

  А және В – негізгі компоненттердің табиғатына тәуелді коэффициенттер.

С - атомдық пайызбен көрсетілген легірлеуші қоспаның концентрациясы.

5.2-сурет. α критерийін анықтау сұлбасы

  ҚОРЫТЫНДЫ: α критерийінің шамасы көп болған сайын, онда легірлеуші  қоспаның қатты  ерітініндімен беріктену мүмкіндігіде көп болады. Сонымен қатар қатты ерітінділер үшін беріктендіру шамасы келесі факторларға тәуелді :

- қатты ерітінді түріне – орын басу, ену;

  - негізгі және легірлеуші элементтердің атомдарының өлшемі;

  - кристалдық тор түріде ;

  - валенттілктерінің айырмашылығы;

  - серпімділік модулінің шамалары және т.б.

  Қорытпаның негізі мен легірлеуші элементтердің сипаттамаларының айырмашылығы көп болуы керек.

18.

Ерекше физикалық және механикалық қасиеттері бар легірленген болаттарды бес класқа бөлуге болады: тоттанбайтын, қызуға төзімді (тотыққа төзімді) және қызуға беріктікті; тозуға төзімді; магнитті; ерекше жылулықты қасиеттерімен.

Тоттанбайтын болат әр түрлі агрессиялық орталарда коррозияға қарсы жоғары кедергісімен ерекшеленеді. Көбірек кең тарағаны 0,1-0,45%С пен 12-14%Сr болатын тоттанбайтын болаттар болып саналады. Хром болаттың бетінде бұйымды агрессиялық ортада бұзылудан сенімді қорғайтын жұқа және тығыз хром тотығының қабыршығын түзейді. Сол сияқты, аустенит класының хромникельді болаттары (0,12-0,14%С, 17-29%Сr мен 8-11% Nі) коррозияға жоғарғы беріктігімен жасалады.

Қызуға төзімді (тотыққа төзімді) болаттар - бұл қорытпалар 550⁰С температурадан жоғары газды ортаның әсерінде ұзақ уақыт болса да бетінен бұзылмайды.

Қызуға төзімді қорытпалар мен болаттар жоғары температураларда жұмыс істейтін, бірақ үлкен жүктемелер түспейтін бөлшектерді жасау үшін қолданылады. Кейбір жағдайларда мұндай болаттар пештердің қыздыратын элементтері үшін пайдаланылады.

Қызуға беріктік болаттар мен қорытпалар тотыққа төзімділігімен қоса жоғарғы температураларда механикалық қасиеттерін де сақтай білу керек.

Қызуға беріктік қорытпалардың құрамына хром, алюминий және кремний қосады, олар жоғарғы температураларда тотықтандырушы газдардың әсеріне болаттың қарсыласуын жоғарлатады. Бұл элементтердің әсері негізгі металды тотықтанудан қорғайтын, болат пен қорытпалардың бетінде пайда болатын жұқа, тығыз қабыршықтарға негізделген.

Хромды болат (12-14%Сr) 700-800⁰С дейін жеткілікті тотыққа төзімділігімен айқындалады. Болаттағы хром 15-17% болғанда тотыққа төзімділігі 850-1000⁰С дейін, ал 30% Сr болса 1100⁰С дейін сақталады.

Көп мөлшерде кремний, хром, никель болатын күрделі легірленген болаттар (Х6СЮ, 4Х9С2, 1Х12СЮ, Х18Н25СЮ), 800-ден 1100⁰С дейін қыздырғанда жоғарғы тотыққа төзімділігін жоғалтпайды.

Жоғарғы температуралар мен қысымның әсеріне тап болатын бөлшектерді жасау үшін әдетте Х25Н20С2 таңбалы хромникелькремнийлі болат қолданылады. Бумен не газбен жұмыс істейтін турбиналардың бөлшектері мен клапандар 4Х14Н14Б2М таңбасы тым күрделі болаттан жасалады.

Тозуға төзімді болаттар тобынан марганецті болатты (0,9-1%С пен 12-14% мөлшерінде Мn) еске аламыз, ал 1000-1050⁰С қыздырылып суда шыныққан соң таза аустениттік құрылымды болады. Бұл болат үлкен тұтқырлығымен қатар тозуға қарсы жоғары қарсыласатын бөлшектер (жерқазатын машиналардың, экскаваторлардың ожаулары мен күнқағарларын, драгаларды, ұнтақтаушы жақтар, темір жолдардағы стрелкалар мен крестовиналар) жасау үшін қолданылады.

Магнитті болаттар жұмсақ магнитті және қатты магнитті болып бөлінеді. Жұмсақ магнитті болаттар өзекшелерді, трансформаторларды, генераторларды, электрлі моторларды және электрлі магниттерді (динамикалық пен трансформаторлық болаттар) жасау үшін пайдаланылады. Бұл болаттар жоғары магниттік өткізгіштігімен, гистерезис пен құйын тоқтарға шамалы жоғалтуымен белгілі болады.

Магнитті қатты болаттар бірқатар өлшеуіш аппараттарға, радиоаппаратураға қойылатын тұрақты магниттерді жасау үшін қажет. Бұл болаттар жоғарғы коэрцитивтік күшімен және қалдық индукциясымен белгілі болады. Тұрақты магниттерді Со, W, Сr, Ві, Сu және Аl легірленген күрделі болаттардан жасайды.

Магнитті қатты болаттардағы жоғары магниттік қасиеттері және олардың тұрақтылығы тек легірлеуші элементтердің белгілі санын қосу жолымен емес, сол сияқты термиялық өңдеудің арнайы тәртіптерін сақтаумен жетілдіріледі.

Алғашқыда 1100-1250⁰С температурада тұрақтандыру жүргізіледі, сонан соң 830-850⁰С температураларға дейін шынығуға қыздырып, майда суытады, ең аяғында 100⁰С жұмсартады (ауада суытып).

Никельдің көп мөлшері (35-44%), ал көміртектің аз мөлшері (0,35% дейін) болатын болаттар аустениттік құрылымға ие болып, қыздырғанда олардың жылулық кеңею коэффициенті төмен болады.

Ерекше жылулық қасиеттерімен белгілі болаттардың үш таңбалы: инвар (36% Nі) немесе суперинвар (31%Nі мен 50% Со), платинит (42%Nі) және элинвар (Х8Н36) болады. Инвардың сызықтық ұлғаю коэффициенті - 50-ден +100⁰С-қа дейін (0) нөлге жақын. Дегенмен 100⁰С жоғары температурада бұл коэффициент жоғарлайды және 275⁰С-да қарапайым болаттардың сызықтық ұлғаю коэффициентінен көп болады. Инвар дәл прибор жасауда (геодезиялық және оптикалық приборлар) қолданылады.

21.

Ыстыққа берік қорытпаларды таңдау ұстанымдары. Ыстыққа берік материалдарды қолдану тәжірбиесі көрсеткендей, балқу температурасы жоғары болған сайын, металдың ыстыққа беріктігі жоғары болады, өйтекені балқу температурасы қайта кристалдану температурасын анықтайды, ал қайта кристалдану және бұл кезде беріксіздену үдерістері жылжыпсырғымалық пен ыстыққа берітік жылдамдығын анықтайды. Бұл қажетті, бірақ жеткіліксіз шарт болып табылады және қорытпа құраушыларының балқу температураларының айырымы үлкен болған жағдайда орындалады. Балқу температураларының мәндері жақын болғанда оғай балқитын металл қосымша факторлардың әсерінен ыстыққа берігірек болуы мүмкін. Мысалы, перитектикалық реакциялары  үдеп келе жатқан жүйелерде.

Демек, ыстыққа берік қорытпалар ретінде қайта кристалдану температурасын арттыратын элементтері бар қатты ерітінділерді пайдаланған дұрыс.  Егер бұл кезде балқу температурасы никельді мыспен легірлеу сияқты көрінерліктей төмендемесе, қатты ерітіндінің түзілу шекарасында қорытпаны осылайша легірлеу барлық температураларында беріктіктің жалпы деңгейін жоғарылатады, бұл әдетте, ыстыққа беріктікті арттырады.

Алайда легірлеудің рөлі жойылмайды. Т_{қайтакрист} арттыратын жоғары концентрацияланған қатты ерітінді элементтерін алумен қатар, дисперсті қату есебінен қосымша беріктенуге қабілетті аса қаныққан ерітіндіні алу да едәуір маңызды. Мысалы, шынықтыру температурасы  t_шын болатын  С₁ қорытпасы үшін аса қаныққан ерітінді аламыз, ол бөлме температурасында ΔВ₁ тең болса, жұмыстық температурада ΔВ₂ тең болады.

Аса қанығу нәтижесінде дисперсті қатаю жүреді, оның әсері беріктену тұрғысынан қорытпа түрі мен ыдырау процесінің даму дәрежесіне байланысты әр түрлі болуы мүмкін. Осылайша, тұрақты фазалардың бөлінуіне дейін ыдыраудың бастапқы сатыларында қорытпаның қатаюы  дисперсті қатаю нәтижесінде жоғары болады (ескіру дамуының типтік қисығы), қайта құрылу сатысы мен бөлінген бөлшектердің коагуляциясы кезінде күрт түседі, сәйкесінше, ыстыққа беріктік төмендейді.

Бұдан шығатын қорытынды:

Егер қорытпа салыстырмалы түрде қысқа мерзімге арналған болса, қарапайым термиялық өңдеумен: t_жұм жақын температурада шынықтыру және босатумен (ескіру) алынатын екінші фазаның жоғары дисперсті таралуы болуы тиіс. бұл мақсатқа А–В жүйесінде  С₁ қорытпасы сәйкес болады. Берілген жағдайда екінші фазаның коагуляция жылдамдығы маңызды  болады, ол беріксізденуге әкеледі: бұл процесс тез жүрген сайын, қорытпаның қызмет ету мерзімі қысқа және жұмыстық температурасы төмен болады. қорытпаның құрамы күрделірек және ерекше бөлінетін фазалар ыстыққа беріктіктің үлкен мәнін қамтамасыз етеді.

Егер қорытпа ұзақ қызметке арналған болса, құрылымдық тұрақтылық үлкен рөлге ие болады. фазалық және құрылымдық өзгерістер кезінде қорытпа беріктігі төмендейтіні белгілі, сондықтан жүріп жататын коагуляция процесі қорытпаның ыстыққа беріктік қасиеттеріне теріс әсер етеді. Ұзақ мерзімді қызмет ету үшін дисперсті қатаюға бейім қорытпаны таңдаған жөн, А–В жүйесі үшін концентрациясы С₂  қорытпа болады

22.

Ыстыққа төзімді қорытпаларды алу ұстанымдары. Қорғаушы әсер беретін легірлеуші элементтерге қойылатын негізгі  талап олардың негізгі металлға қарағанда оттегіне көбірек химиялық тектес болуы. Ыстыққа төзімді легірлеуші элементтердің қосымша талаптары келесідей:

- элемент мөлшері мен оның диффузиялық қозғалғыштығы барлық қорғаныш қабатында тотықтың түзілуне жеткілікті болуы тиіс;

 - тотық тығыз болуы қажет, жарық пайда болмайтындай, негізгі металл бетімен жақсы бекуі тиіс;

- химиялық белсенділігін арттыру үшін қатты қыздыру кезінде ток өткенде жоғары электр кедергісіне ие болуы тиіс;

- балқу және сублимация температуралары жоғары болуы қажет;

- оңай балқитын эвтектикалар түзбеуі керек.

Ыстыққа төзімділікке сәйкес металлдар мен легірленген болаттарды пайдаланудың шекті температуралары анықталады: 

- Al – 400 °C; Cu – 450; Fe, Ti – 500; Mo – 600; Ni, W –800; Cr – 100 °C;

- Fe-8-10% Cr – 700-750 °С;       - Fe-7-9% Cr–1,5-2,0%Al – 900 °С;

- Fe-12-14% Cr – 750-800 °С;     - Fe-12-20% Cr–3-4%Al – 900-1000 °С;

- Fe-16-18% Cr – 850-900 °С;     - Fe-18-20% Cr–3-4%Al – 1100-1200 °С;

- Fe-25-30% Cr – 1050-1100 °С; - Fe-20-25% Cr–3-5%Al – 1200-1250 °С;

                                                             - Fe-30% Cr–5%Al – 1300 °С.

Ыстыққа төзімді материалдарды алу ұстанымдары. Ыстыққа төзімділікке легірлеудің негізгі үш принципі бар.

1) легірлеуші элементтің иондары негізгі металл тотығының кристалдық торына енеді, оның ақаулылығы төмендеп, сәйкесінше,    (AB)_mO_n тотығын түзе отырып, диффузия жылдамдығы да төмендейді. Мұнымен төмен легірленген болаттар мен қорытпалардың ыстыққа төзімділігінің жоғары болуы түсіндіріледі. Осылайша марганец пен берилий де әрекет етеді.

2) легірлеуші құраушы өзінің B_mO_n тотығын түзеді, оның негізгі металлдың А_mO_n тотығына қарағанда қорғаныш қасиеттері жақсырақ. Өзіндік тотықты– Al, Zn, Si, Cr түзеді.

3)  легірлеуші элемент негізгі металмен A(B)O·A₂O₃ қос оксидын (шпинель түрінде) түзеді, онда легірлеуші элемент иондары бөлшектей немесе толығымен негізгі металл иондарын алмастырады. Мұндай оксидтің кристалдық торы тығыз орналасуымен және периодының аз болуымен сипатталады, бұл өтпелі металлдар қорытпаларының ыстыққа төзімділігінің жоғары болуына әкеледі. Осылайша қалайы, қорғасын, хром әрекет етеді.

Легірлеуші элементті таңдаудың жалпы ережесі бар, оған сәйкесғ түйін аралығында иондары артық болатын оксиды бар металлдарды валенттілігі жоғарырақ элементтермен легірлеген жөн, ал иондардың жетіспеушілігі – валенттілігі төмен элементтермен. Алғашқы жағдайда электр бейтараптылықты сақтау үшін А құраушысының иондарын 3А²⁺= 2В³⁺ схемасы бойынша  В құраушысының иондарымен алмастыру болады, екіншісінде – А²⁺ =2В⁺.

25.

Cr – кең қолданыстағы әмбебап легірлеуші материал (конструкциялық материалдарда 3% Cr), шынығу қабілеттілігі жоғарылайды, болаттың илемділігі мен тұтқырлығын бір уақытта шамалы төмендету нәтижесінде қаттылық пен беріктікті жоғарылатады. Хромның мөлшері 13% - дан асқанда болат жемірілмейтін, ал хромның мөлшері 13%-данн жоғары болса, онда ыстыққа және магниткетөзімді болады.

Cr  3d қабаты толмаған ауыспалы металдарға жатады (3d⁵4s¹ ). Параметрлері α-Fe жақын, көлемге шоғырланған текше торға ие (кс 8), сондықтан олар бір-бірінде шексіз ериді. Хромды  темірге енгізгенде  A_C4  нүктесі A_C3нүктесіне қарағанда жылдам төмендейді, нәтижесінде γ- аймақ хромның мөлшері 13% мөлшерінде аяқталады.

Егер хромның мөлшері 42 – 48 % болса, онда тұрақсыз FeCr (σ-фаза) химиялық қосылыс негізінде қатты ерітінділер түзіледі. Гомогенді σ-аймағының екі жағында да  екі компонент жағынан екіфазалы аймақтар алып тұр. Темір жағында (α + σ) аймақ хромның 28% концентрациясына дейін созылады

26.

Ni – бағалы легірлеуші элемент (конструкциялық болаттарда 1 - ден 5 %), болаттарға беріктік, болатқа жоғары илемділік және тұтқырлық қасиеттер береді. Егер магнитті қасиетке ие емес және жемірілуге тұрақтылығы жоғары болатты алу керек болса, онда Ni көп мөлшерде қолданылады. Ni болаттың сұйықтайсынғыштық күйіне өту температурасын төмендетеді. Аспапты болаттарды легірлеуде ол қолданылмайды.

Ni (3d⁸4s²) кристалдық торы – жағына шоғырланған текше тор (кс 12), γ-Fe жақын. Мұндай жағдай γ-Fe – ден Ni-ге дейінгі аймақта үздіксіз қатты ерітінділер қатарының түзілуіне алып келеді. Темірге қарағанда 3d қабаты толығырақ болуына байланысты карбидтер түзбейді. А_С4 нүктесін жоғарылатады және А_С3 нүктесін төмендетеді, бөлме температурасына дейін γ кеңейтеді. 1512° С перитектикалық нонвариантты айналым байқалады.

Салқындату кезінде Ni – дің  Fe – дегі диффузиясы қиындай түседі және γ → α айналымы мартенсит  (диффузиясыз) айналымы түрінде өтеді. Кері айналым α → γ диффузиялы түрде өтеді.

Құрамында  Ni% көп болған жағдайда FeNi₃ химиялық қосылыс негізінде реттелген қатты ерітінді түзілуі мүмкін. Құрамында 78 % Ni бар FeNi₃ қорытпасы үшін реттелу температурасы 612°С тең (11.2 сурет).

27.

W – бағалы легірлеуші элемент (конструкциялық болаттардағы мөлшері 1,5 %). Қаттылық пен беріктікті жоғарылатады, майдатүйіршікті құрылымды түзуге бейім. 22 %–ға дейін W аспапты болаттарға кесу қасиеттерін жақсарту үшін енгізіледі және жылдам кескіш болаттарының міндетті қосымы болып саналады. Ыстыққа берік болаттарда W міндетті легірлеуші элемент болып саналады.

W – кристалдық торы көлемге шоғырланған текше тор, ауыспалы металл, карбидтер түзеді,бөлме температурасында α фазаны тұрақтандырады және оның аймағын кеңейтеді. Изоморфтылығына және W мен Мо торларының параметрлері бір-біріне өте жақын болуына байланысты Fe – W және  Fe – Mo күй диаграммалары өте ұқсас келеді.

γ- фазаның аймағы 6,5 % W көлемінде түзіле бастайды. W көлемі 6 до 32 % аралығында қорытпалар дисперсті қатаюға бейім. Fe мен W екі химиялық қосылыс  түзеді: 1040°С температурасында Fe₂W (ε-фаза) және  Fe₃W₂ (ξ-фаза)

28.

Мо – тапшы легірлеуші элемент (конструкциялық болаттарда  0,2 – 0,6 % молибден болады), болаттың беріктігін және қаттылығын жоғарылатады, илемділік пен тұтқырлықты шамалы ғана төмендейді. Аспапты (жылдамкескіш) болатарда Мо қызылғатөзімділікті жоғарылатады. Мо бағалы қасиетіне болаттарға ыстыққа беріктік  қасиетін беруді жатқызады.

Мо (4d⁵5s¹)  кристалдық торы көлемге шоғырланған текше тор (кс 8). Мо параметрі α-Fe салыстырғанда әлдеқайда жоғары болуына байланысты шексіз қатты ерітінділер қатарын түзуге кедергісін тигізеді. Cr және V сияқты Мо де А_C3 нүктесін жоғарылатады, ал A_C4 төмендетеді, сөйтіп γ аймағын толық тұйықтайды және α-фазасының аймағын кеңейтеді. Вольфрамның 5d⁴  қабыршағына қарағанда млибденнің 4d⁵ қабыршағы толығырақ болуына байланысты карбид түзу қабілеті төмен және хромникельді болаттардың жоғарғытемпературалы босатуынан екіші реттік босату морттылығын төмендетеді.

20 °С- да Мо – нің  α-Fe ерігіштігі 5% құрайды және 1450 °С, 26 % максимумына жетеді (11.4-сурет). Нәтижесінде босату мен ескіру кезінде жылдам беріктенуін қамтамасыз етеді.

29.

V – конструкциялық (аз мөлшерде 0,1 – 0,3 %), аспапты (0,15 – 0,65 %) және жылдамкескіш (2,5 % дейін) болаттарға енгізу қаттылықты жоғарылатады, майдатүйіршікті құрылымның түзілуіне септігін тигізеді. Майдатүйіршікті құрылымның түзілуіне біріншілік дисперсті (майда) карбидтердің бөлінуіне әсер етеді және ол дисперсті қатаюды туғызады. Нәтижесінде серпімділік және қажуға қарсыласу жоғарылап, асақызыпкетуге бейімділік төмендейді.

Ванадийдің  электронды құрылысы (3d³4s²),  кристалдық торы көлемге шоғырланған текше тор (кс 8 және темірмен  Fe – Cr ұқсас жүйе түзеді; γ- аймағы шамамен 2 %  шамасында түзіледі. Fe мен V атомдары тең қатты ерітінділерде реттелу реакциясы, немесе FeV (ε-фаза) тұрақсыз қосылыс түзілуі мүмкін. Оны 11.5 суретте үзбелі сызықтар түрінде көрсетуге болады. Үзбелі сызықтар ε-фазасының  және көрші екіфазалы α + ε аймақтарды шектейді. Ванадий белсенді карбид түзуші элемент.

45- 30.

Mn – қымбат емес легірлеуші элемент, болаттың міндетті қоспасы. Конструкциялық болаттарда 2% - дан аспайды. Болаттың шынығу қабілетінің тереңделуіне әсер етеді. Және болаттың механикалық қасиеттерін жақсартады. Mn мөлшері жоғары болған жағдайда оның төзімділік пен магниттелуге төзімділікті туғызады. Болаттың негізгі қышқылсыздандырғышы және десульфураторы.

Mn (3d⁵4s²) төрт полиморфты айналымға және тұрақты интервалы бар аллотропияға ие: 727 °С (α) дейін; 727 – 1100 °С (β); 1100 – 1135 °C (γ) және 1135 – 1245 °С (δ). γ-Mn тетрагоналды жағына шоғырланған торға ие. Параметрлері бойынша жағынашоғырланған текше тор, кс12 (γ-Fe)- ге жақын. Нәтижесінде γ-Fe –ден  γ- Mn дейін үздіксіз қатты ерітінді түзіледі.

Fe – Mn күй диаграммасы    Fe – Ni күй диаграммасына  (11.6 сурет) ұқсас. 400 °С- дан төмен құрамында 15 – 25 % Mn қорытпаларында ε-фазасының Г6 кристалдық торы түзіледі. ε-фазасы γ- және α фазаларының аралығында байқалады, өйткені айналым келесідей болып өтеді: γ→ε→α. ε-фазасының түзілуі мартенситті түрі бойынша өтеді.

Si марганец сияқты болаттың міндетті қоспасы болып саналады. Конструкциялық болаттардың құрамында 2 %-ға дейін болады, нәтижесінде болаттың тұтқырлығын сақтай отырып беріктік пен серпімділікті жоғарылатады (рессорлы және серіппелі болаттар). Si мөлшері жоғары болған жағдайда (2– 4 % дейін) болаттардың электркедергісі мен магниттік өткізгіштігі жоғарылайды.

Si – кристалдық торы алмаздікіне ұқсас. 20 °С Si-дің α-Fe ерігіштігі 15 % және 1030 °С – 18,5 % құрайды. Бұл қорытпалар дисперсті қатаюға бейім емес, өйткені шекті еру сызығы вертикалды және шынықтырудан кейін қажетті ерігіштікті алу мүмкін емес. Кремний А_C4  нүктесін төмендетеді, ал А_C3 жоғарылатады. Si  мөлшері 2 % болғанда  γ-аймағы түзіледі. Si темірмен қосылыстар қатарын – силицидтер (11.7 сурет) түзеді.

Nb және Ti болаттарға аз мөлшерде қосылады (0,1 – 0,2 %). Хромникелді тотбаспайтын болаттарда Nb және Ti кристаларалық жемірілудің түзілуінен сақтайды, механикалық қасиеттерге жақсы әсер етеді, майдатүйіршікті құрылым түзеді. Сәйкесінше (4d⁴5s¹) және (3d²4s²) d-қабатты құрылымды белсенді карбидтүзуші элементтерге жатады.

Al азотталатын болаттың қаттылығын жоғарылату үшін қосылады. Сонымен қатар болаттың құрамында 5 – 6 % Al болса, онда ол отқабыршығына ие болады. 12 – 15 % алюминийді  күшті тұрақты магниттер алу үшін қосады.

В (бор), 1% Ni, 0,5%Cr және 0,3% Мо алмастыру үшін аз мөлшерде (0,002 % дейін) қосқанда болаттың шынығу қабілеттілігі ерекше жоғарылайды. Төменгі босатудан кейін бор болаттың соққы тұтқырлығын жоғарылатады. 0,01 % мөлшердегі бор қорытпалардың ыстыққа беріктігін жоғарылатады. Бұл қорытпалардың кемшілігіне түйіршіктердің өсуге бейімділігі жатады.

53.

Легірлеуші деп, болатқа оның құрылысы мен қасиеттерін өзгерту үшін арнайы қосылатын элементтерді айтады. Осыған сәйкес легірлеуші элементтері бар болаттарды легірленген деп атайды. Сонымен қатар, егер марганецтің мөлшері 0,8%-тен жоғары, сол сияқты кремнийдің мөлшері 0,4%-тен көп болса, онда олар да легірлеуші элементтерге жататын болады.

Негізгі легірлеуші элементтерге Сr, Nі, Мn, Sі, W, Мо, V, В, Tі, Аl, Сu, Nb жатады. Әдетте болат бір емес бірнеше элементтермен легірленеді, мысалы Сr және Ni мен хромды-никельді болат, Сr және Мn пен хром-марганецті болат, Сr, Nі, Мо V мен хромникель-молибден-ванадийлі болат алуға болады.

Легірлеуші элементтер темір полиморфизмына елеулі әсерін тигізеді. Легірлеуші элементтер олардың феррит пен аустениттің тұрақтылығына тигізетін әсеріне байланысты екі топқа бөлінеді (67-сурет).

Бірінші топқа Nі, Мn, Сu, Со сияқты γ-аймақты кеңейтетін және аустениттің тұрақтылығын өсіретіндер жатады. Легірлеудің әсерімен аймақты балқу температурасынан қалыпты температураға дейін тұрақтылығын сақтайтын болаттарды аустениттік болаттар деп атайды.

Екінші топқа Сr, Sі, V, Мо, W, Аl, Tі және басқалар, яғни қос диаграммаларда темірмен тұйық α-аймақ жасап, ферриттің тұрақтылығын өсіретін көптеген легірлеуші элементтер жатады. Легірлеудің әсерінен аймақтық тұрақтылығын қалыпты температурадан балқу температурасына дейін сақтайтын болаттарды ферритті деп атайды.

Легірлеуші элементтер темірмен және көміртекпен әрекеттесе тұрып легірленген болаттарда әр түрлі фазалардың түзілуіне қатысады: легірленген ферриттің - легірлеуші элементтің Fe-α-дағы қатты ерітіндісі, легірленген аустениттің - легірлеуші элементтің Fe-γ-дағы қатты ерітіндісі. Легірленген цементиттің - легірлеуші элементтің цементиттегі қатты ерітіндісінің немесе легірлеуші элементтің белгілі шегінен артық көбейгенінде - арнайы карбидтермен.

Легірлеуші элементтің мөлшері

а- кеңейтілетін, б- γ -қатты ерітіндінің тарылатын аймағы

67-сурет-Легірлеуші элементтердің темірдің полиморфизміне әсерінің  үлгісі:

Барлық легірлеуші элементтер ферриттің қаттылығын өсіреді. Сонымен хром, әсіресе никель болаттың тұтқырлығын тіпті де төмендетпейді.

Никель көптен-көп суықта сынғыштық табалдырығын қатты төмендетеді, ал хроммен бірге қосылғанда қыздырғыштығын көбейтеді.

Көптеген легірлеуші элементтер аустениттің перлит аймағында түрленуін баяулатады. Изотермиялық ыдырау диаграммасындағы түрлену сызықтары оңға жылжиды (67-сурет), ал карбид түздіруші элементтер (Сr, W, Мо, V) сорбиттік және трооститтік түрленуді баяулатады (қайта суытылған аустениттің тұрақтылығының екі минимумы пайда болады).

60.

Қорытпалар синтезінің теориялық негізі болып: Менделеевтің периодитық заңы, оның қазіргі заманғы дамудағы физика-химиялық талдауы мен математикалық модельдер жасауға және шектеулі сынақтар саны бойынша қорытпалардың оңтайлы құрамын табуға  көмектесетін экспериментті жоспарлау әдістері. химиялық көзқарас тұрғысынан металдар –бұл Менделеевтің периодтық жүйесінде белгілі аймақты төмендететін элементтер. физикалық көзқарас тұрғысынан металдар – оларда Ферми беттерінің болуына негізделген  өзіне ғана тән жарқырауға, жоғары жылу- және электрөткізгіштікке ие болатын – металды табиғатқа ие  қарапайым денелер. металлургиялық көзқарас тұрғысынан  – қоспалар мөлшерінің талаптары бойынша белгілі құжаттармен рәсімделген, металды табиғаттың қарапайым техникалық денелері.

Қорытпалар балқытумен, электроли­збен, диффузиямен, металды керамикамен және т.б. өндірілетіндерге бөлінеді. балқытумен дайындалатын қорытпалар, балқытудың ерекшеліктері мен  алғашқы материалдар  бойынша таза металдан немесе тікелей рудадан (шойын, силумин) өндірілетін біріншілік және  қалдықтардан немесе қайта балқытудың  әртүрлі әдістерімен алынған арнайы дайындамалардан екіншілік өндірілгендерге бөлінеді. Аралық қорытпалар өз кезегінде  қайта балқытылатындарға бөлінеді (мысалға, шойындар) металемес қорытпалардағы легірлеуіш қоспалар немесе қара қорытпалардағы ферроқорытпалар. компоненттер деп қорытпаның құрамына кіретін және оның қасиеттіне әсер ететін барлық белгіленетін хи­миялық элементтер түсіндіріледі. Қорытпаны түзуші компоненттер келесі түрлерге бөлінеді.

Негіз — қорытпа қасиеттерінің сипатын  анықтайтын, басым болатын компонент. Көбінесе қорытпаларда бір негіз, кейде екі  (мысалға, қорғасынды-қалайысы бар бабби­ттерде), жекелеген жағдайда үш негізді болады (мысалға, жеңіл балқитын эв­тектикалық қорытпаларда). Қоспаларда —рудадан қорытпаға кездейсоқ түсетін компоненттер, жанармай, отқа төзімділер немесе атмосфералар. Қоспалар мыналарға бөлінеді:

зиндылар, талап етілетін қасиеттерді төмендететіндердің мөлшері шектеледі;

қалған қалдықтар, қалдықтарды балқытқан кезде қорытпаға өтетіндер; олар сирек жағдайларда пайдалы болып табылады,бірақ олардың мөлшері орындаушыларды легірлеуші қоспа ретінде бұл  қоспалардан тұратын сәйкес қалдықтарды қорытпалар алу үшін қолдануды міндеттеу мақсатында шектейді;

бейтараптылар, қорытпаның қасиетіне елеулі әсер етпейтін және бақылауға алынбайтындар;

жасырын қоспалар; қорытпаның қасиетіне әсер ететін элементтердің аздаған мөлшері, бірақ қиын анықталады сондықтанда ашық түрде бақыланбайды (газдар, тотықтар).

Легірленетін қосылмалар — қорытпаға оның қасиеттерін басқару мақсатымен арнайы қосылатын компоненттер (соның ішінде модификаторларда). Ағашты жаққанда алынған көмір  палеолит дәуірінде адам танысқан бірінші элемент болды. өзінің жылтырлығымен оның назарын аударған бірінші  металдар алтын, таза мыс. Адамдардың  тапқан бірінші темірі шығу-тегі жағынан метеоритті болған. ежелгі өркендеу дәуірінде  адамзат  9 металды білген және пайдаланған, оның ішінде алтын, мыс, қалайы, қорғасын, күміс, сурьма, темір, сынап, мырыш. Бұлардың барлығыда салыстырмалы жеңіл қалпына келетіндер немесе таза  элементтер. Біздің эрамыздың басынан XVIII ғас.дейін  жаңа элементтерді алудағы ілгерлеу мардымсыз болды. мышьяк, висмут, платина, фосфор ашылды.