Mavzu: qotishmalar va ularning turlari

Mavzu: Evtektoitdan so’nggi qotishmalarga misollar
Reja:
1.Qotishmalar turlari
2. Binar sistemalarning holat diagrammasi
3. Qattiq eritma . Qotishmalar nazariyasining ayrim qoidalari
Qotishmalar, shuningdek, mukammal quyish xususiyatlariga ega bo'lishdan tashqari, yuqori chidamlilik va qattiqlik bilan ajralib turadi. Misol uchun, qalay bronza (mis + qalay) misdan ko'ra quyish uchun yaxshiroq yordam beradi, shuning uchun u ko'pincha san'at asarlarini haykaltaroshlikda ishlatiladi. Bunday quyma qotishmalarga quyma temir (temir + uglerod), duralumin (alyuminiy + mis + magniy + marganets) va boshqalar kiradi. Mis va qalay aralashmasi sof shaklda bu metallarning har qandayiga qaraganda ancha qattiqroq ekanligini anglab etganida, inson inqilobiy qadam tashladi. Bu kamida sakkiz ming yil oldin sodir bo'lgan deb ishoniladi.
1.Metallar va qotishmalarni qo'shimcha qattiqlashtirish usuli
Ba'zan sovuq plastik deformatsiya metallar va qotishmalarni qo'shimcha qattiqlashtirish usuli sifatida ishlatiladi.
2. Issiq shakllanish qayta kristallanish haroratidan ancha yuqori haroratlarda amalga oshiriladi, ya'ni. Tiz.Tdef
Deformatsiyalangan metallning butun hajmida issiq ishlov berish jarayonida yuzaga keladigan qayta kristallanishni hisobga olgan holda, qattiqlashuv deformatsiyaning o'zida hosil bo'ladi va darhol yo'q qilinadi va metallning deformatsiyalangan hajmiga yakuniy strukturaning notekisligi faqat natija bo'lishi mumkin. deformatsiya tugagandan so'ng metallni sovutish rejimining buzilishi.
Issiq plastik deformatsiya quyidagilar bilan tavsiflanadi:
deformatsiya jarayonida hosil bo‘lgan qotib qolish, deformatsiya tezligi nisbatan past bo‘lsa, deformatsiya vaqtida darhol olib tashlanadi va deformatsiyadan keyin deformatsiyalangan metallda qotib qolish bo‘lmasa;
deformatsiya darajasiga hech qanday cheklovlar yo‘q, shuning uchun “temir qiziganda ur” degan maqol;
- sovuq deformatsiyaga nisbatan metallar va qotishmalarning 5-15 baravar past oquvchanligi, shuning uchun deformatsiyani amalga oshirish uchun juda katta kuch va stresslarni qo'llash talab qilinmaydi, uskunaning kuchi sovuq plastik deformatsiyaga qaraganda ancha past. ;
-deformatsiyalangan metallar va qotishmalarning tuzilishi va xossalarining optimal kombinatsiyasi, bu ayniqsa quyma ignabargli va yarim tayyor mahsulotlarni issiq qayta ishlashdan keyin seziladi.
Metalllarni bosim bilan issiq ishlov berish blankalar va yarim tayyor mahsulotlarni (quvurlar, burchaklar, kanallar, relslar, qatlam va profil mahsulotlari va boshqalar) ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi.
Metallni shakllantirish nazariyasida qayta ishlashning boshqa turlari ham ko'rib chiqiladi.
To'liq bo'lmagan sovuq ishlov berish qaytish haroratidan yuqori bo'lgan deformatsiya haroratida amalga oshiriladi, lekin qayta kristallanish harorati ostida, ya'ni. rec.def asc 
Qaytish tufayli qoldiq stresslar sezilarli darajada yo'q qilinadi, buning natijasida deformatsiyaga qarshilik biroz kamayadi, plastisiya kuchayadi va qattiqlashuv darajasi pasayadi.
To'liq bo'lmagan issiq shakllanish qayta kristallanish haroratidan bir oz past haroratlarda amalga oshiriladi, ya'ni. rec.def  Bu yoki boshqa sabablarga ko'ra deformatsiyalanadigan hajmdagi deformatsiyalarning notekis taqsimlanishi va qayta kristallanish tezligi past bo'lsa, ikkinchisi butun deformatsiyalanadigan hajmda paydo bo'lishiga vaqt topolmaydi, shuning uchun metall konstruktsiya deformatsiya paytida ham, sovutishdan keyin ham bir hil bo'lmaydi. metallni xona haroratiga qadar. Strukturaning bir xil bo'lmasligi, shuningdek, deformatsiyadan keyin deformatsiyalangan metall hajmi bo'yicha mustahkamlik va plastik xususiyatlarning bir xil bo'lmasligiga olib keladi.
;
e) turli darajadagi deformatsiyalar bilan deformatsiyalangan namunalarning qattiqligini (HRB) Rokvell qattiqligini tekshirgichda o'lchash;
, %) bog`liqlik grafigini tuzing.f) NRV = f ( Xulosa chiqaring.
3. Berilgan qotishmaning qayta kristallanish boshlanishi haroratini hisoblang va eksperimental ravishda aniqlang, ularni bir-biri bilan taqqoslang:
a) Bochvar formulasi yordamida o'rganilayotgan namunalar materiali uchun qayta kristallanish haroratini hisoblash;
b) qayta kristallanish boshlanishining haroratini eksperimental ravishda aniqlash. Buning uchun sizga kerak:
- bir nechta namunalarning so'nggi yuzalarini maxsus qurilmadagi fayl bilan tozalash;
- bir xil darajadagi deformatsiyalar (bosim P = 150 kgf / sm2) bilan bir nechta namunalarni deformatsiyaga duchor qilish, deformatsiyadan keyin materialning qattiqligini o'lchash;
- namunalarni 30 daqiqa davomida har xil haroratli pechlarda (100...700 °C oralig'ida) ushlab turing, namunalarni sovutib oling;
- qizdirilgandan keyin namunalarning qattiqligini o'lchang, natijalarni jadvalga kiriting, HRB = f (t, °S) bog'liqligini chizing. Qattiqligining keskin pasayishi boshlanishi qayta kristallanish boshlanadigan haroratga to'g'ri keladi. Qayta kristallanish boshlanishining tajriba haroratini yozing, uni hisoblangan bilan solishtiring, natijalarni tushuntiring.
4. Qotishma deformatsiyasining kritik darajasini aniqlang:
a) sinov namunalariga xavf qo'ying (6 dona), ular bilan taglikning uzunligini belgilang (50 dan 100 mm gacha);
= 0, 3, 6, 9, 12, 15% bo'lgan deformatsiya namunalari;b) deformatsiya darajasi
c) namunalarni 30 daqiqa davomida qayta kristallanish bilan tavlanishni amalga oshiring (o'qituvchi tomonidan tavsiya etilgan haroratni tanlash);
d) qayta kristallanish tavlanishidan so'ng donni kazıma yo'li bilan aniqlash;
e) darajaga qarab o'rtacha don diametrini o'lchash
dastlabki plastik deformatsiya, ma'lumotlarni jadvalga kiriting;
, % ga bog'liqligi grafigini tuzing.f) donning o'rtacha diametri dav, mm ning plastik deformatsiya darajasi Deformatsiyaning kritik darajasini aniqlang (deformatsiyaning kritik darajasi maksimal don hajmiga mos keladi, 4.5-rasmga qarang).


2.Binar sistemalarning holat diagrammasi, qotishmalarning tuzilishi va xossalari
1. Qotishmalarning holat diagrammalarini qurish tamoyillari va qoidalarini o'rganish.
2. Holat diagrammalarining asosiy turlarini tuzing, ularning chiziqlari va nuqtalarining qiymatlarini aniqlang.
3. Fazalar tahlilini o'tkazish va komponentlar konsentratsiyasi va haroratga qarab fazalarning miqdoriy nisbatini aniqlash bo'yicha amaliy ko'nikmalarga ega bo'lish.
4. Qotishmalarning mikro tuzilmalarini o'rganish va eskizini chizish.
5. Har xil turdagi holat diagrammalari bilan qotishmalarning xossalarini o'zgartirish qonuniyatlarini o'rnating.
Qotishma holati diagrammasi qotishmalarning muvozanat holatini harorat va konsentratsiyaga bog'liq (erish nuqtalaridan boshlab) grafik tasviridir.
Davlat diagrammasi maxsus qotishmalarni isitish va sovutish vaqtida qotishmada sodir bo'ladigan jarayonlarni kuzatish imkonini beradi; yaxshi quyish xususiyatlariga ega bo'lgan qotishmalarni, shuningdek, issiqlik bilan ishlov berish orqali fizik-mexanik xususiyatlarini o'zgartiradigan qotishmalarni aniqlash; termik, kimyoviy-termik ishlov berish va bosim bilan ishlov berish rejimlarini to'g'ri belgilash; qotishmalar muvozanat holatida qanday tuzilishga ega bo'lishini ko'rsating (sekin sovigan), ba'zi hollarda qotishma kimyoviy tarkibini mikroyapıdan hisoblang; kerakli xususiyatlarga ega bo'lgan qotishmaning to'g'ri tarkibini tanlang va hokazo.
3. Qotishmalar nazariyasining ayrim qoidalari
Qotishma ikki yoki undan ortiq komponentlarni eritish yoki sinterlash natijasida olingan moddadir. Qotishmaning bir hil monolit massasini olish usullari boshqacha bo'lishi mumkin: eritmadan kristallanish; gazsimon fazadan kondensatsiya; kukunlar yoki granulalarni sinterlash.
Qotishmalarni ishlab chiqarishning har qanday usulida elementlarning o'zaro ta'sir qilish naqshlari bir xil. Eritmalardan kristallanish natijasida olingan qotishmalarni ko'rib chiqaylik.
Komponentlar kimyoviy elementlar yoki qotishmani tashkil etuvchi barqaror kimyoviy birikmalar deb ataladi. Komponentlar bir yoki bir nechta fazalarni tashkil qilishi mumkin.
Faza - qotishmaning eng oddiy tarkibiy qismi bo'lib, boshqa qismlardan interfeyslar bilan ajratilgan, o'tish paytida xususiyatlarning keskin o'zgarishi kuzatiladi. Faza ko'p hajmlarga (kristallarga) taqsimlanishi mumkin, ammo barcha mexanik ravishda ajratilgan hajmlarda bir xil kimyoviy tarkib, agregatsiya holati va xususiyatlar kuzatiladi.
Qotishmaning strukturaviy komponenti mikroskop ostida bir hil tuzilishga ega bo'lgan qotishmaning strukturaviy alohida qismidir. Strukturaviy komponent ko'p fazali bo'lishi mumkin.
Qotishma tizimi ikki yoki undan ortiq komponentlarga asoslangan barcha mumkin bo'lgan qotishmalar to'plamidir, masalan, "temir-sementit" tizimi.
Metall va qotishmalardagi fazalar
Qotishmalarda suyuq va qattiq fazalar mavjud. Suyuqlikda ekanligiga ishoniladi
holatda, komponentlar, qoida tariqasida, bir-birida cheksiz eriydi, shuning uchun qotishmalar qattiq holatda fazasi va strukturaviy tarkibi bilan ajralib turadi.
Qotishmalardagi qattiq fazalarning xarakteristikasi
Qotishmalardagi qattiq fazalar quyidagilar bo'lishi mumkin:
a) toza komponentlar;
b) o'rnini bosuvchi qattiq eritmalar;
v) oraliq qattiq eritmalar;
d) kimyoviy birikmalar;
e) intermetall birikmalar.
Ayirma qattiq eritmalari ba'zan karbidlarda hosil bo'lishi mumkin.
Sof komponentlar suyuq fazadan turli oʻlchamdagi kristallar holida komponentlar qattiq holatda bir-birida toʻliq erimaydigan hollarda ajratiladi, masalan, qoʻrgʻoshin-surma, kumush-qoʻrgʻoshin, qalay-rux qotishmalarida, va boshqalar.

3. Qattiq eritma - bu qotishmani tashkil etuvchi komponentlarning atomlari tomonidan hosil qilingan kristall panjarali bir fazali strukturadir. Kristal panjarasi saqlanib qolgan komponent erituvchi deyiladi; kristall panjarasini saqlamaydigan, lekin atomlarini erituvchi panjaraga beradigan komponent eriydi.

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.