Металдардың кристалдануы

Кристалдану деп, металда кристал торы пайда болып, сұйық күйден қатты күйге өту процесін айтады.

1. Металдардың қатаю процесі. 1878 жылы орыс оқымыстысы металлург Д.К. Чернов металдардың қатаюы кристалдану орталығының пайда болуынан басталатынын дәлелдеген. Олардың болашақ кристалдардың бастапқы (негізгі), сонан соң оларға перпендикуляр осьтері түзіле бастайды (1.За-сурет).

1.3-сурет. Дендриттің және сұйық металдың қатаю нобайлары:

а) дендриттің; б) сұйық металдың.

Осындай бастапқы кристалдар ағашқа ұқсас, дендрит деген атқа ие болады (гректің дендрен-ағаш деген сөзінен). Дендриттердің өсуі мен кристалдардың түзілуі ось аралық кеңістіктерді сұйық металмен толтыру арқылы жүреді. Кристалдар мөлшері өсе келе белгілі моментте бір-бірінің әртүрлі бағытта өсуіне кедергі жасап, әрқылы сырт пішінге ие болады. Ондай кристалдарды дәндер мөлшері мен оның саны кристалдану жылдамдығы мен өсуіне байланысты. Суыну жылдамдығы өскен сайын түйірлер саны артып, ол өсіп үлгермегендіктен металдағы дәндер саны азаяды. 2. Құйма құрылымы. Жоғарыда талқыланған кристалдану схемасы сом темірдің құрылысы бірыңғай еместігін көрсетеді. Оның құрылысында үш аймақ болады (1.4-сурет).

1.4-Құйма құрылымы

Сыртқы аймақ 1 сұйық металды жоғарғы жылдамдықпен құю нәтижесінде форманың суық қабырғаларымен жанасып, қатая бастағанда түзілетін ретсіз ұсақ дәндерден тұрады.

Сыртқы ұсақ дәнді аймақ түзілгеннен соң металдың қатаюы өзгеріп, суыну жылдамдығы томендеп, жылу форма қабырғаларына перпендикуляр бағытталып, ұзынша түрге (2) ие болады.

Сом темірдің ішкі жағы (3) сұйық металдың бірқалыпты суыну жағдайына осьтері бірыңғай болып түзіледі.

Бұл аумақта дәндер (1.3,б-суретте көрсетілгендей) белгісіз бағытта өседі. Қатаю процесінде сұйық металдың көлемі кеміп, (4) шөгу қуыстары пайда болады.

Металдардың механикалық қасиеттері

Құрылымы мен құрамынының айырмашылығына байланысты металдардың қасиеттері әр түрлі болады, ал қолданылуына қарай оларға түрлі талаптар қойылады. Мысалы, кесу аспаптарын жасау үшін металдардың жоғары беріктілігі, қаттылығы, тозуға төзімділігі, ал ұшу аппараттарын жасау үшін металл беріктілігімен қоса ол жеңіл болуы қажет.

Металдардың механикалық, физикалық, химиялық, технологиялық және эксплуатациялык қасиеттері болады.

Механикалық қасиеттері беріктік, қаттылық, созылғыштық, соғу тұтқырлық және серпімділік жатады. Қатты денеге сырттан түсірген күш онда кернеу мен деформация тудырады. Металдағы кернеу нәтижесінде деформация пайда болады.

Деформация күш түскендегі дененің формасы мен мөлшерлерінің өзгеруі.

Беріктік қатты дененің статикалық немесе динамикалық күштер түскендегі қирамай қарсылық көрсету қабілеті. Беріктікті созу, сығу, ию және бұрау сияқты статикалық күштер түсіру арқылы анықтайды.

Қаттылық - металдың ішкі қабатына басқа қаттырақ дененің кіруіне қарсылық жасау қабілеті.

Созылғыштық материалдың қирамай, формасы мен мөлшерінің өзгеру қабілеті.

Серпімділік металдардың күш түскенде өз пішінін өзгертіп, күш қайтқанда бұрынғы қалпына келу кабілеті.

Физикалық қасиеттері. Металдар мен қорытпалардың физикалық қасиеттеріне балқу температурасы, тығыздығы, көлденең және көлемді ұлғаю коэффициенті, электр өткізгіштігі мен жылу өткізгіштігі жатады. Қорытпалардың физикалық қасиеттері олардың құрамы мен құрылысына байланысты.

Химиялық қасиеттері. Металдардың химиялық қасиеттеріне оның сыртқы ортадағы (қышқыл, сілті, су, ылғал, ауа, газ, жоғары температура т.б.), демек коррозияға (тоттанбау) қарсы беріктігі жатады. Барлық металдар әр түрлі ортада бірдей төзімділік көрсетпейді. Мысалы, қорғасын қышқыл мен сілтілерге жоғары бекемділік көрсетсе, темір мен мыс ондай төзімді емес. Алтын мен пластика суда жоғары төзімділік көрсетсе, Ғе, Сu және Мg суда тот басады.

Технологиялық қасиеттері. Металдардың технологиялық қасиеттеріне оның түрлі әдістермен өңделе алу қабілеті жатады (металл өңдеу станоктарында, соғу, штамптау, пісіру және сұйық ағымы). Мысалы, соғу, штамптау, пісіру әдістерімен тек болаттарды және түрлі қорытпаларды өңдеуге болады. Сұйық ағымы қасиетін құю өндірісінде болатқа қарағанда шойын көбірек иемденеді. Металл өңдеу станоктарында болат пен шойын кесу аспаптары материалдарына байланысты өңделеді. Болатты титан-вольфрам, кобальт, шойынды вольфрам-кобальт қатты қорытпалы карбиттермен өңдейді.

Эксплуатациялық қасиеттері. Олардың қатарына металдар мен қорытпалардың төменгі және жоғары температурады, радияциясы жоғары жағдайларда жұмыс атқару қабілеті жатады. Қайсыбір механизм немесе машина болмасын оның жұмыс режимі бұзылмаса, қажетті май, су, эмульсия ретімен берілсе, онда оның эксплуатациялық қасиеттерін арттырудың ең маңызды шаралары ретінде конструкциялық шешім дұрыс болып, қолданылатын материалдардың сапасын оның жұмыс жағдайыиа сәйкес болуы қажет.

Эксплуатациялық қасиеттеріне мыналар жатады: тот баспау, суыққа және ыстыққа төзімділік, ыстыққа беріктілік, антифрикциялық..

Тот баспау - қорытпалардың қышқыл мен сілтілер орталығында тот баспау қабілеті.

Суыққа төзімділік - қорытпаның жоғары температурада пластикалық қасиеттерін жоғалтпауы.

Ыстыққа төзімділік - қорытпаның жоғары температурада газды ортада тотықпауы.

Ыстыққа беріктілік - деп қорытпаның жоғары температурада механикалық қасиеттерін сақтау қабілетін айтады.

Антифрикциялық қасиеті дегеніміз, бір қорытпаның жұмыс барысында екінші қорытпамен нәтижелі жұмыс атқару мүмкіншілігі. Мысалы, болат пен қола, шойын мен болат (құрамы әр түрлі металдан жасалған детальдар үйкеліс кезінде шыдамды келеді).