Дәріс 6. Жүйелердің күй – кесте сызбаларының негізгі түрлері. П.С. Курнаковтың заңы

Екі компоненттен тұратын қорытпаның күй – жай кесте сызбасын құрастыру. Екі компоненттен тұратын қорытпалардың қатаюы кезінде түрленудің әр түрлі жағдайлары байқалады. Олар күй – жай кесте сызталарының бірнеше түрлерімен сипатталады. Күй – жай кесте сызбалар қорытпада қанша элемент бар екенін көрсетеді. Металдық қорытпалар үшін әдеттегі жағдайларда қысым атмосфералық қысым болып табылады, сондықтан қорытпаның температурасы мен шоғырлануы ауыспалы көрсеткіштер болып табылады. Әдетте күй – жай кесте сызбаларды құрастыру үшін әр түрлі құрамды бірнеше қорытпаларды алады және қандай да бір әдіспен олардың сәйкес келетін критикалық нүктелерінің температурасын анықтайды. Берілген құрамды қорытпаға жауап беретін температураларды ордината осьіне масштабпен орналастыру арқылы және осы нүктелерді сызықтармен қосу арқылы күй – жай кесте сызбаларын аламыз. Күй – жай кесте сызбаларын білмен берілген қасиетті қорытпаларды ғылыми негізді тұрғыдан таңдауға, құю, термиялық өңдеу және қысыммен өңдеу режимдерін таңдауға болмайды.

Күй – жай кесте сызбалары металдар мен қорытпаларды термиялық талдау әдісінің көмегімен құрастырылады. Әдістің мәні металдар мен қорытпалардың критикалық нүктелерін анықтаудан тұрады. Салқындату қисықтарын металдардағы (қорытпадағы) түрленулер өтетін салқындату температурасы мен уақыттың арасындағы тамператураның өзгеруінің арасындағы графикалық тәуелділік арқылы салқындату қисығы тұрғызылады. Бұл қисықтар температура координатасында (ордината осьі) – салқындату уақыты (абсцисса осьі) арқылы тұрғызылады. Металдар мен қорытпалардағы фазалық түрленулер жылулық әсерлермен бірге жүретіндіктен салқындату қисығында түзулерді (аудандар) немесе иілулерді байқауға болады.Ауданның пайда болуы фазалық түрленудің тұрақты температуралар кезінде өтетіндігін көрсетеді. Иілулер салқындату жылдамдығының өзгеруі нәтижесінде пайда болады, бұл жағдайда фазалық түрленулер температуралар интервалында өтеді. Салқындату қисығы бойынша анықталатын фазалық түрленудің басталу және аяқталу температуралары критикалық температуралар деп аталады. Салқындату қисығында оларға сәйкес келетін нүктелер критикалық нүктелер деп аталады. Салқындату қисықтарының негізінде қорытпалардың күй – жай кесте сызбалары тұрғызылады.

Күрделі темір – көміртек күй – жай кесте сызбасын түсіну үшін салыстырмалы түрде бірнеше қарапайым күй – жай кесте сызбаларды қарастырайық:

а) екі компонент те сұйық күйден таза күйінде бөлініп шығады;

б) құралғыштар қорытпаның қатаюы кезінде шексәз еритін бірқатар қатты ерітінділер түзеді;

в) компоненттер қатты күйінде және шектеулі мөлшерде ериді;

г) компоненттер қатаю кезінде бір немесе бірнеше химиялық қосылыстар түзеді;

д) компоненттер шекті еритін қатты ерітінділер және перитектика түзеді;

е) компоненттер қатты күйінде түрленуге түсетін қорытпалар түзеді.

Бірінші түрлі қос қорытпалардың күй – жай кесте сызбалары, қатаю кезінде механикалық қоспа түзеді. Осы қортыпалардағы компоненттер сұйық күйінде бір – бірінде шексіз ериді, ал қатты күйінде ерімейді және химиялық қосылыс түзбейді. Бірінші түрдегі күй – жай кесте сызбалары бойынша Рb – Sb; Pb – Sn; Zn – Sn және т.б. қорытпалар кристалданады.

6.1 – сурет. І түрлі қос қорытпалардың күй – жай кесте сызбасы

6.1 – суретке сәйкес АВС сызығынан жоғары барлық қорытпалар бір фазалы сұйық ерітіндіден (ж.р.) тұрады. Бұл сызық ликвидус (гректердің – сұйық деген сөзінен) сызығы, DBE солидус (гректердің – қатты деген сөзінен) сызығы деп аталады. DBE сызығынан төмен барлық қорытпалар қатты күйінде болады. В нүтесіне сәйкес келетін қорытпа эвтектикалық деп аталады. Аталған жүйе үшін ол бергілі құрамға (87 % Рb және 13 % Sb) ие және олар төменгі балқу температу-расына (246 °С) ие болады. Эвтектиканың сол жағында орналасқан қорытпалар эвтектикаға дейінгі және оң жағындағылары эвтектикадан кейінгі деп аталады. Эвтектикаға дейінгі қорытпаларда салқындатудың басында АВ ликвидус сызығынан төмен

6.2 – сурет. Эвтектикаға дейінгі және эвтектикадан кейінгі қорытпалардың құрылымы

салқындатқанда қорғасын кристалдары бөлінеді,ал эвтектикадан кейінгі ВС – сурьма кристалдары. Қатаюдан кейін, яғни солидус сызығынан төмен эвтектикалық қорытпалар корғасын кристалдарынан және эвтектикадан, ал эвтектикадан кейінгілері сурьма және эвтектикадан құралады. Күй – жай кесте сызбаны қолдана отырып қорытпалардың кристалдануының басталу және аяқталу температурасын және олардың құрылымын анықтауға болады. Қатаю кезінде шексіз еритін қатты ерітінділер түзетін компоненттері бар қоыртпалардың күй – жай кесте сызбалары. Екінші типті күй – жай кесте сызбалары бойынша Сu – Ni, Fe – Ni, Fe – Cr қорытпалары кристалданады. Келесі күй – жай кесте сызбасында біз сұйық ерітінді қатаю кезінде бір металдың кристалдарына және эвтектикаға (сурьма мен қорғасынның механикалық қоспа) түрленеді. Бірақ түрлену өтпейтін бірқатар қорытпалар, сұйық қорытпаны салқындату кезінде қатты ерітінді түзеді. Кейбір жағдайларда қорытпалар барлық шоғырлану кезінде, ал басқа жағдайларда – белгілі бір шоғырлану кезінде қатты ерітінді түзеді.

6.3 – сурет. ІІ түрлі қос қорытпалардың күй – жай кесте сызбасы	6.1 – сурет. Қорытпадағы диффузия бағытының сұлбалық көрінісі

Кейбір үздіксіз қатар түзетін күй – жай кесте сызбаларында ликвидус және солидус сызықтары Сu – Ni күй – жай кесте сызбасындағы пішінге қарағанда күрделі пішінге ие болуы мүмкін, ал кейбір жағдайларда қатты қорытпалардағы түрленулерді (полиморфты және т.б.) көрсететін қосымша сызықтарға ие болуы мүмкін. Бастапқыда қатты ерітінді кристалдарының бөлінуі компоненттердің аз мөлшерде бөлінеді, бірақ баяу салқындатқанда барлық кристалдар бірдей шоғырлы болады. Мұндай ерте бөлінген кристалдардың байытылуы сұйық қорытпадағы диффузия әсерінен өтеді. Концентрацияны толық тегістеу шарттарына қатаю интервалдарында баяу салқындатумен қол жеткізуге болады. Егер ондай болмаса, бастапқыда бөлінген кристалдарда байытылу болмайды және олар әртүрлі шоғырлы болады. Қатты қорытпаны жоғары температураларға дейін қайта қыздыру және осы температураларда оларды ұстау шоғырлардың біртектіленуіне әсерін тигізеді, бірақ кейбір элементтер нашар диффундировать, сондықтан қайта қыздыру олардың біртектілігіне қатты әсерін тигізбейді.

Қатты күйінде шекті мөлшерде компоненттері еритін қорытпалардың күй – жай кесте сызбалары. Мұндай қорытпалардың мысалы ретінде қорғасын және висмут қорытпасын (6.5 – суретке сәйкес) алуға болады. Үшінші типті қатты күйінде шекті еритін қорытпалардың күй – жай кесте сызбаларында сұйық күйінде қорытнаның екі компоненті де шексіз еритін, қатты күйінде шекті еритін және кристалдану кезінде эвтектика түзетін қорытпалар сипаттайды. Мұндай қорытпалар жүйесіне Аl – Сu, Fe – С, Mg – Al, Mg – Zn және т.с.с. осы типті күй – жай кесте сызбасын қарастырып көрейік. АЕВ сызығы – ликвидус сызығы, осы сызықтан жоғары қорытпалар сұйық күйінде болады, ADECB – солидус сызығы осы сызықтан төмен қорытпалар қатты күйінде болады. АЕ сызығы бойынша, К – дағы F компоненттің қатты ерітіндісінің кристалдары бөлінеді, ол α – қатты ерітінді деп аталады, ВЕ сызығы бойынша F – дағы К компоненттің қатты ерітіндісінің кристалдары бөлінеді, оны β – деп белгілейді. К – дағы F элементінің шекті ерігіштігі DD' сызығымен анықталады, ал F – дағы К элементінің шекті ерігіштігі СС' сызығымен анықталады. Күй – жай кесте сызбасында көрсетілгендей К– дағы F – тың және F – дағы К – ның ерігіштігі температурамен бірге өзгереді. К компонентінде F компонентінің еруі жағдайлары да болуы мүмкін және ерігіштік температурамен бірге өзгереді (DD' сызығы), F компонентінде К компонентінің еруі температура өзгергенде өзгермейді (CG сызығы).

6.5 – сурет. ІІІ түрлі қос қорытпалардың күй – жай кесте сызбасы

ADEA аймағы сұйық ерітіндіден және a-қатты ерітінді кристалдарынан, ВЕСВ – аймағы сұйық ерітіндіден және b-қатты ерітінді кристалдарынан, ADD'KA аймағы – a - қатты ерітінді кристалдарынан, BCC'FB аймағы – b-қатты ерітінді кристалдарынан құралады. DEE'J аймағы – эвтектикадан, a-ерітінді кристалдарынан және bII-фазадан, ECGE' аймағы – b-ерітінді кристалдарынан және aII-фазалардан құралады.

Компоненттері қатаю кезінде химиялық қосылыс түзетін қорытпалардың күй – жай кесте сызбалары. Осындай түрдегі күй – жай кесте сызбаларына магний Mg және мырыш Zn қорытпаларының күй – жай кесте сызбаларын келтіруге болады (6.6 – суретке сәйкес).

6.6 – сурет. Магний және мырыш қорытпаларының күй – жай кесте сызбасы	АБ сызығы мырыш кристалдарының бөлінуінің басталуын, БВГ – химиялық қосылыстың бөлінуінің басталуын, ГД сызығы – магний кристалдарының бөлінуінің басталуын көрсетеді. ВЕ ординатасымен күй – жай кесте сызба екіге бөлінеді, ондаңы жалпы компонент MgZn2 химиялық қосылыс болады. Күй – жай кесте сызбаның екіге бөлінуі, қатаю кезінде қорытпаларда өтетін
6.7 – сурет. Магний мырыш және олардың қорытпаларының құрылымының сұлбалық көрінісі.

құбылыстарды оңай талдауға мүмкіндік береді. Осы күй – жай кесте сызбада Б және Г құрамды екі эвтектиканың бар екенін көрсетеді. В құрамның эвтектикасы мырыш кристалдарынан және химиялық қосылыстан құралады. Г құрамның эвтектикасы магний кристалдарынан және MgZn₂ химиялық қосылысынан құралады. І қорытпаның қатаюын бақылайық. а нүктесінде MgZn₂ химиялық қосылыс бөліне бастайды. Салқындатуды жалғастырғанда химиялық қосылыстың бөлінуі жалғасады, ал қалған сұйық ерітіндінің шоғырлануы ВГ қисығы бойынша өзгереді. б нүктесінде қорытпа қатаяды, оның химиялық құрамы Г нүктесімен анықталады. Сондықтан қатайған І қорытпа химиялық қосылыстан және Г эвтектикасынан тұрады, ол өз кезегінде химиялық өосылыстан және таза магнийден құралады.

ІІ қорытпада в нүктесінен бастап таза магний Mg пайда болады, содан кейін г нүктесінде қалған Г концентрациялы сұйық ерітінді қатаяды және қорытпа магний және Г эвтектикасынан құралады. Сонымен қатар магний – қалайы, магний – мыс, магний – мырыш, магний – висмут қорытпаларының күй – жай кесте сызбары осындай түрге ұқсас болады.

Қорытпа қасиеттерінің олардың құрамы мен құрылымына тәуелділігі. Компоненттердің, химиялық қосылыстардың, сонымен қатар шекті еритін қатты қорытпалардың қасиеттерін біліп, аралық қорытпалардың қасиеттерін шамалап болжауға болады. Әдетте осы мақсаттар үшін құрам – қасиет күй – кесте сызбаларын құрастырады. Алғаш рет бұл бағыттағы жұмыстарды П.С. Курнаков және оның шәкірттері жүргізген. Олар қорытпа қасиеттерінің құрамына байланысты өзгеретіні туралы тәуелділікті анықтады. Бұл заңдылықтар Курнаков заңы деген атпен белгілі.

6.8 а.....г – суреттерде негізгі төрт түрлі күй – жай кесте сызбалары келтірілген және олардың құрамына байланысты қорытпа қасиеттерінің өзгеру заңдылықтары көрсетілген (төменгі екі қатар графиктер). Осы графиктердің ординат осьтері бойынша қорытпа қасиеттері (қаттылық, беріктік, электр өткізгіштік және т.с.с.), ал абсцисса осьі бойынша F (%) компонентінің мөлшері көрсетілген. Механикалық қоспалар түзілген жағдайларда қорытпа қасиеттері сызықты заңдылық бойынша өзгереді.

6.8 – сурет. Қорытпа қасиеттерінің күй – жай кесте сызба түрлерімен байланысы

Қатты қорытпалар түзілген жағдайда қасиеттер қысық сызықты тәуелділік бойынша өзгереді. Екінші компонентті аз мөлшерде қосқан кезде қаттылық, электр кедергісі және т.с.с. қасиеттері қорытпаны құрастыратын құралғыштың қасиеттеріне қарағанда жоғары болады, ал электр өткізгіштігі және магниттік қасиеттері төмендейді. Шекті қатты ерітінділер түзілген жағдайларда бір фазалы қатты ерітінділердің қасиеттері қисық сызық заңдылығымен, ал екі фазалы – түзу сызық бойынша өзгереді.

Химиялық қосылыс түзілген кезде қасиеттер секірмелі өзгереді. Химиялық қосылыс түзудегі максимум (немесе минимум) қасиеттерге жауап береді. Бұл химиялық қосылысқа сәйкес келетін қисаю нүктесі сингуляр нүктесі деп аталады. Күй – жай кесте сызбаны қолданып қортыпалардың технологиялық қасиеттерін (құйылғыштық, кесумен өңделгіштік және т.с.с.) анықтауға болады. Мысалы, қатты ерітінділер төмен құйылғыштық қасиетке, ал екі фазалы, әсересе эвтектикалық қортыпалар жақсы құйылғыштық қасиеттерге ие болады. Ыстық және суық күйінде бір фазалы қорытпалар жақсы деформацияланады. Екі фазалы қорытпалар бір фазалыға қарағанда кесумен жақсы өңделеді, коррозияға тұрақтылығы жағынан бір фазалы қорытпалар екі фазалыларға қарағанда қасиеті жоғары болады.

Жоғарыда қарастырылған күй – кесте сызбалардың барлығы тепе – теңдік (тұрақты) күйінде, себебі олар төмен салқындату жылдамдығында алынған. Салқындату жылдамдығы жоғары болған кезде тепе – теңдіксіз (метатұрақты) күй – жай кесте сызбалары алынады.

Нег. 2 [45 – 67]

Бақылау сұрақтары:

1. Күй – кесте сызбадағы ликвидус сызығы нені сипаттайды?

2. Күй – кесте сызбадағы солидус сызығы нені сипаттайды?

3. Эвтектика дегеніміз не?

4. Қандай қорытпалар жақсы сұйықаққыштыққа ие болады?

5. Қандай қорытпалар кесумен жақсы өңделеді?

Дата добавления: 2013-12-13