Mashinasozlik va energetika

Qattiq qotishmalar — yuqori (1000° dan yuqori) tragacha qizdirilganda oʻz qattiqligi, mustahkamligi, kesish va boshqalar xossalarini saqlab qoladigan materiallar. Nihoyatda qattiq, issiqbardosh, otashbardosh, yeyilishga chidamli xillarga boʻlinadi. Qattiq qotishmalarning metallokeramik, mineralokeramik va quyma guruhlari bor.
Metallokeramik Qattiq qotishmalar, asosan, bir yoki bir necha karbiddan — volfram, titan, tantal karbidlari va boshqalardan iborat; bogʻlovchi komponent sifatida, odatda, kobaltdan, kamdankam hollarda nikel, uning molibden, poʻlat bilan qotishmasidan foydalaniladi. Metallokeramik Qattiq qotishmalar presslab va qizdirib qovushtirib, turli shaklli va har xil oʻlchamli plastinkalar tarzida tayyorlanadi. Ulardan metall va qotishmalarni kesib ishlash, bosim bilan ishlash (sim kiryalash, shtamplash, kalibrlash va boshqalar), burgʻilash ishlari va boshqalarda foydalaniladi.
Mineralokeramik Qattiq qotishmalar alyuminiy oksidli minerallarni presslash va. chamasi 1750°, trada qovushtirish yoʻli bilan tayyorlanadi va turli oʻlcham hamda shakldagi plastinalar tarzida boʻladi. Mineralokeramik Qattiq qotishmalarning qattiqligi Rokvell boʻyicha 93 ga yetadi (qarang Rokvell usuli), 1200° gacha qizdirilganda ham mexanik xossalarini yoʻqotmaydi; kesuvchi asboblar tayyorlashda ishlatiladi.
Quyma Q.Q., asosan, xrom, nikel, uglerod, volfram, temir va boshqalar elementlarni qoʻshib suyuqlantirish yoʻli bilan olinadi. Quyma Qattiq qotishmalarning sellit (VK2, VKZ), sormayt №1, sormayt №2 va boshqalar markazlari mavjud boʻlib, ular detal va asboblarning yeyilgan yuzalariga suyuqlantirib qoplash uchun ishlatiladi. Quyma Qattiq qotishmalar suyuqlantirib qoplangan yuzaning yeyilishga chidamliligi 2—4 baravar ortadi, qattiqligi esa Rokvell boʻyicha 40—50 birlikka yetadi.
Qattiq eritmalarning ikkita asosiy turi mavjud: almashtirishlar va interstitsiallar.
O'rnini bosuvchi qattiq eritmalar uning kristall panjarasidagi erituvchi atomlari o'rniga erigan moddaning atomlarini almashtirish orqali hosil bo'ladi. Qattiq eritmalar ikki yoki undan ortiq komponentlardan iborat bo'lishi mumkin, ammo qotishmada bunday qattiq eritma bir fazali hisoblanadi.
va hokazo harflar bilan belgilanadi., Qattiq eritmalar odatda O'rnini bosuvchi qattiq eritmalar komponentlarning bir-birida cheklangan va cheksiz eruvchanligi bilan bo'lishi mumkin.
Cheksiz eruvchanlik bilan almashtiriladigan qattiq qotishmalar quyidagi sharoitlarda hosil bo'ladi:
a) komponentlar bir xil turdagi kristall panjaraga ega bo'lishi kerak (izomorf bo'lishi kerak);
b) atom parametrlaridagi farq kichik (8...15%) bo'lishi kerak;
v) komponentlar o'xshash fizik xususiyatlarga ega bo'lishi kerak, bir xil yoki bir oz farq qiladigan elektronegativlik. O'rnini bosuvchi qattiq eritma bir fazali.
Interstitsial qattiq eritmalar erituvchi kristall panjarasining bo'sh teshiklariga erigan moddaning alohida atomlarini kiritish orqali hosil bo'ladi. Ushbu qattiq eritmalar, qoida tariqasida, atom radiusi ancha kichik bo'lgan eriydigan komponentning cheklangan eruvchanligi bilan tavsiflanadi. Erituvchi komponent o'zining kristall panjarasiga ega emas. O'rnatish yechimi bir fazali.
Kimyoviy birikmalar turli fazalar bo'lib, ularning o'ziga xos xususiyatlari, kristall panjarasi va erish nuqtasiga ega bo'lishi, birikma AmBn formulasi bilan ifodalanishi mumkin bo'lgan komponent atomlarining oddiy ko'p nisbatini saqlab turishi bilan tavsiflanadi. Kimyoviy birikmalarning hosil bo'lishi ma'lum bir termal effekt bilan birga keladi. Eng keng tarqalgan kimyoviy birikmalar: karbidlar, nitridlar, oksidlar, sulfidlar, boridlar va boshqalar.
Intermetalik birikmalar metallar orasidagi kimyoviy birikmalardir. Issiqlik bilan ishlov berish jarayonida metallar va qotishmalarning dispersiyani mustahkamlash jarayonlarida alohida rol o'ynashi sababli ularni an'anaviy kimyoviy birikmalarga nisbatan alohida guruh sifatida ajratib ko'rsatish maqsadga muvofiqdir. Nozik dispersli intermetalik fazalarni mustahkamlash, masalan, CuZn2, CuBe, Ni3Al, Ni3Mo va boshqalar intermetalik birikmalar bo'lishi mumkin.
Mexanik aralashmalar sof komponentlar, qattiq eritmalar, kimyoviy birikmalar va boshqalardan iborat bo'lishi mumkin. Mexanik aralashma hosil bo'lganda, fazalarning kristall panjaralari o'zgarmaydi. Mexanik aralashmaning kristalitlari faqat umumiy chegaralar bilan o'zaro bog'langan. Evtektik va evtektik mexanik aralashmalar mavjud.
Evtektik mexanik aralashma qat'iy belgilangan kimyoviy tarkibga ega suyuq eritmadan qat'iy belgilangan doimiy haroratda hosil bo'ladi.
Evtekoid mexanik aralashma ham qat'iy belgilangan doimiy haroratda hosil bo'ladi, lekin faqat qat'iy belgilangan kimyoviy tarkibga ega qattiq eritmaning parchalanishi paytida.
Gibbs faza qoidasi
Metall va qotishmalarning fazaviy oʻzgarishlari jarayonida sodir boʻladigan jarayonlar umumiy muvozanat qonuniga boʻysunadi, bu qonun Gibbs faza qoidasi deb ataladi. Faza qoidasidan foydalanib, muvozanat sharoitida erkinlik darajalari soni, komponentlar va fazalar soni o'rtasidagi miqdoriy bog'liqlikni aniqlash mumkin.
Umuman olganda, faza qoidasi quyidagi tenglama bilan ifodalanadi:
F + n,C \u003d K
bu erda C - erkinlik darajalari soni. Erkinlik darajalari soni mustaqil o'zgaruvchilar sonini bildiradi, ularning o'zgarishi tizimning muvozanat holatining o'zgarishiga olib kelmaydi, ya'ni. muvozanatdagi fazalar sonining o'zgarishiga. Mustaqil o'zgaruvchilar har bir fazadagi har bir komponentning kontsentratsiyasini va tashqi omillarni - harorat va bosimni o'z ichiga oladi;
K - tizimni tashkil etuvchi komponentlar soni;
F - muvozanatdagi fazalar soni;
n - tashqi omillar soni (harorat va bosim). Qotishmalardagi barcha transformatsiyalar doimiy bosimda sodir bo'lishini hisobga olsak, faqat harorat metall tizimlar uchun o'zgaruvchan tashqi omil bo'ladi, ya'ni. n = 1.
C = 0 bo'lsa, tizim hech qanday erkinlik darajasiga ega emas (tizim o'zgarmasdir), ya'ni. fazalar qat'iy belgilangan harorat va konsentratsiyada muvozanatda bo'ladi.
Agar C = 1 bo'lsa, bu ma'lum sharoitlarda tizimning bir erkinlik darajasiga ega ekanligini anglatadi (tizim monovariant), ya'ni. agar siz tashqi omilni (haroratni) o'zgartirsangiz, u holda suyuqlik va qattiq fazalarning kontsentratsiyasi o'zgaradi, ammo muvozanat buzilmaydi. C = 2 da, berilgan sharoitlarda tizim ikki erkinlik darajasiga ega, ya'ni. muvozanatni buzmasdan qotishmaning harorati va konsentratsiyasini o'zgartirish mumkin bo'lgan hudud mavjud.
Holat diagrammasi - fazalarni o'zgartirish haroratining qotishma konsentratsiyasiga bog'liqligi grafigi.
Davlat diagrammalari termal tahlil asosida quriladi, buning natijasida sovutish egri chiziqlari olinadi. Eritilgan metall kalorimetrga joylashtiriladi va doimiy issiqlikni olib tashlash bilan sekin sovutiladi. Metall va qotishmalardagi fazaviy o'zgarishlar termal effektlar bilan birga bo'lganligi sababli, "harorat-vaqt" koordinatalarida sovutish egri chiziqlarida yoki to'xtash joylarini (maydonlarni) kuzatish mumkin - keyin fazaviy o'zgarishlar doimiy haroratlarda yoki o'zgarish tufayli burilishlar sodir bo'ladi. sovutish tezligida - keyin fazali transformatsiyalar harorat oralig'ida oqadi.
Sovutish egri chiziqlari bo'yicha aniqlanadigan fazali o'zgarishlarning boshlanishi va oxiri harorati kritik, sovutish egri chiziqlaridagi mos nuqtalar esa tanqidiy nuqtalar deb ataladi.
Komponentlari qattiq holatda bir-birida erimaydigan qotishmalarning holat diagrammasi
Ushbu diagrammaga muvofiq qotib qolgan qotishmalar ularning tarkibiy qismlari bo'lishi bilan tavsiflanadi:
suyuq holatda ular bir-birida istalgan nisbatda eriydi;
qattiq holatda bir-biridan to‘liq erimaydi;
bir-biri bilan kimyoviy birikmalar hosil qilmaslik;
allotropik transformatsiyalarga ega emas.
Ushbu turdagi diagramma, masalan, qotishmalarga ega: qo'rg'oshin-surma, kumush-qo'rg'oshin, alyuminiy-qalay, qo'rg'oshin-bariy, kadmiy-vismut, qalay-sink.
Keling, "qo'rg'oshin-surma" (Pb-Sb) davlat diagrammasini qurishni ko'rib chiqaylik. Buning uchun sof qo'rg'oshin va surma olinadi va ular asosida turli xil tarkibiy qismlarga ega bo'lgan bir qator qotishmalar tayyorlanadi. Qotishmalar eritiladi va doimiy issiqlikni olib tashlash bilan sekin sovutish paytida sovutish egri chiziqlari qayd etiladi (1.1-rasm).
Har bir sovutish egri chizig'ining boshlang'ich nuqtalari nol vaqtga to'g'ri keladi va suyuqlik fazasiga to'g'ri keladi. To'xtash nuqtalari va gorizontal yostiqlar muhim nuqtalardir. Sof qo'rg'oshin (1-egri) erish nuqtasida (327 ° C) faqat bitta muhim nuqtaga ega. Sof surma (6-egri chiziq) ham bitta kritik nuqtaga ega, bu 631°C ga to‘g‘ri keladi. 13% surma va 87% qo'rg'oshin (evtektik qotishma) o'z ichiga olgan qotishma ham 246 ° S haroratda gorizontal platforma sifatida ifodalangan bitta muhim nuqtaga ega (egri 3). Boshqa barcha qotishmalarning (2, 4, 5 egri chiziqlar) har birida ikkita kritik nuqta bor.
Ushbu qotishmalar uchun kristallanish boshlanishining haroratlari har xil va barcha qotishmalar uchun kristallanishning oxiri harorati bir xil va 246 ° S ga teng.
Davlat diagrammasini qurish "harorat-komponentlarning kontsentratsiyasi" koordinatalarida amalga oshiriladi.
1.1. Sovutish egri chiziqlari asosida qo'rg'oshin-surma holati diagrammasini qurish
Konsentratsiya o'qida ekstremal nuqtalar sof komponentlarga to'g'ri keladi: chap ordinata 100% Pb, o'ng 100% Sb. Ushbu o'qning har bir nuqtasi ma'lum bir konsentratsiyali qotishmani tavsiflaydi. Biz sovutish egri chiziqlari qurilgan qotishmalarning ordinatalarini chizamiz va ularga kritik nuqtalarni o'tkazamiz. qotishmalarning kristallanish boshlanishi nuqtalarini chiziq bilan bog'lab, biz ASV chizig'ini - suyuqlik chizig'ini olamiz.


Xulosa
Hozirgi vaqtda mahalliy qattiq qotishma sanoatida qattiq qotishmalarning ishlash xususiyatlarini yaxshilash va qo'llash doirasini kengaytirish imkoniyatlari bilan bog'liq chuqur tadqiqotlar olib borilmoqda. Avvalo, bu tadqiqotlar RTP (pressga tayyor) aralashmalarining kimyoviy va granulometrik tarkibiga taalluqlidir. So'nggi muvaffaqiyatli misollardan biri agressiv kislotali muhitda ishqalanish birliklari uchun maxsus ishlab chiqilgan TSN guruhining qotishmalari (TU 1966-001-00196121-2006). Bu guruh Butunrossiya qattiq qotishmalar ilmiy tadqiqot instituti tomonidan ishlab chiqilgan VN nikel bilan bog'langan qotishmalar zanjirining mantiqiy davomidir. Qattiq qotishmada karbid fazasining don hajmining pasayishi bilan qattiqlik va mustahkamlik kabi xususiyatlar sifat jihatidan ortib borishi tajribada kuzatildi. Plazmani qisqartirish va zarrachalar hajmini nazorat qilish texnologiyalari hozirgi vaqtda don o'lchamlari (WC) 1 mikrondan kam bo'lishi mumkin bo'lgan qattiq qotishmalarni ishlab chiqarish imkonini beradi. TSN guruhining qotishmalari hozirgi vaqtda mahalliy kimyo va neft va gaz nasoslari agregatlarini ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi.
Ishlab chiqarishning o'sib borayotgan rivojlanish sur'atlari kesish asboblari, qoliplar, qoliplar, qoliplar va boshqalarni ishlab chiqarish hajmini oshirishni talab qiladi. Bu volframning katta iste'mol qilinishiga olib keldi. Ko'pgina mamlakatlarda paydo bo'lgan volfram taqchilligi muammosi birinchi navbatda undan foydalanish samaradorligini oshirish orqali hal etila boshlandi.
Qattiq qotishmalar ishlab chiqarishda texnologik imkoniyatlarning kengayishi, kimyo va kukunli metallurgiyaning rivojlanishi va volfram taqchilligi munosabati bilan 60-yillarning boshida volframsiz qattiq qotishmalar yaratish bo'yicha jadal ishlar boshlandi.