Жентектеудегі негізгі процестер

Дәріс. ҰНТАҚТЫ МЕТАЛЛУРГИЯҒАКІРІСПЕ (2 сағат) Ұнтақты металлургия –металдық ұнтақтарды және металл ұнтақтары негізіндегі бұйымдар немесе металл емес ұнтақтармен қоспаларын алудың өндірісін қамтитын ғылым мен техниканың аймағы. Қазіргі кездегі техникадағы үлкен жетістіктердің көп бөлігі ұнтақты металлургияның көмегімен іске асады және көптеген дамыған елдердің заманауи өндірістік технологияларын дамытудағы басты бағыттарының бірі - ұнтақты металлургия саласын дамыту болып табылады. Ұнтақты металлургия әдісімен басқа әдістермен алынбайтын, арнайы материалдардың сан алуан түрлері, атап шыққанда конструкциялық жентектелген материалдар, фрикциялық және антифрикциялық материалдар, беріктігі өте жоғары жентектелген болат пен балқымалар, сүзгіштер мен кеуектілігі жоғары заттар, электржанасу материалдары, жоғары температуралық, аса қатты қорытпалар мен материалдар, композициялық және т.б. материалдар алынады. Іс жүзінде өндірістің кез-келген саласында ұнтақты металлургия әдісімен алынған материалдар қолданылады. Ұнтақты металлургияның негізгі артықшылықтарына: - дайындалатын заттардың механикалық өңдеу шығынының төмен болуы; алынатын заттардың пішіні мен өлшемдерінің дәл болуы, зат бетінің сапасының жоғары болуы; - энергия- және ресурстарды үнемдеуші технологиялардың қолданылуы; өнімді жасау технологиясының тізбегіндегі операциялар санының аз болуы; бастапқы заттардың 97 % қолданылуы; жентектеу сатысының өзінде көптеген жинау операцияларының орындалуы; - металл және металл емес компоненттерді қосу арқылы көпкомпоенентті ерекше қасиеттері бар заттарды алу мүмкіндігі; - дәстүрлі технологиялармен салыстырғанда экономикалық тиімділігі, техникалық және пайдаланушылық қасиеттері жоғары заттардың алынуы; - күрделі пішінді заттарды жасау мүмкіндігі жатады. Дегенмен, ұнтақты металлургияның артықшылықтары мен кемшіліктерін тұрақты болатын жеке фактор ретінде қарастырмау қажет: олар ұнтақты металлургияның, сондай-ақ өндірістің басқа салаларының күйі мен даму деңгейіне байланысты. Техниканың дамуына қарай ұнтақты металлургия бір саладан ығыстырылып және керісінше, басқа салаларда қамтып алуы да мүмкін. Мысалыға доғалы, элекронды-сәулелік, плазмалық балқыту және электримпульстік қыздыру әдістерінің дамуы бұрын болмаған температураларды алуға мүмкіндік берді, осының салдарынан қиын балқитын металдарды алуда ұнтақты металлургияның меншікті үлесі біраз төмендеді. Ал жаңа ерекше қасиеттерге ие болатын композициялық материалдарды алуда ұнтақты металлургия әдісімен салыстыруға болатын бір де бір әдіс жоқ. Сонымен қатар, соңғы кезде табылған ұнтақтарды жоғары температурада жан-жақты қысу әдісі кеуексіз, үлкен өлшемді ірі ұнтақты заттарды алуды жеңілдетті. Ұнтақты металлургиямен 1 мың т. затты алу кезінде (төменде х-кестеде келтірілген деректер бойынша) көптеген үнемдеушілікке жету мүмкін болады: 1. 2-3 мың т. прокат босайды, экономикалық тиімділік 1-ден 10 миллионға дейін жетеді. Бұл негізінен металл шығынын 5-7 % қысқарту есебінен іске асады. Металдарды құйып, өңдеу және прокаттау кезінде 60-70 % металл қиқындылар ретінде шығындалады. 2. металды пайдалану коэффициенті 2-3 есе артады (х-кесте). 3. 100 металл кесу станоктары мен 150-200 жұмысшы босайды; 4. өндірістің еңбек сыйымдылығы төмендейді 30-40 өндірістік операциялардың орнына 4-6 операция орындалады); 5. өнім бірлігін шығаруға энергиялық шығындар едәуір төмендейді – 80-90 %-ға дейін.     1-кесте Өндіру тәсіліне қарай материалды пайдалану коэффициентінің энергиялық шығындарға тәуелділігі Өндіріс тәсілі Материалды пайдалану коэффициенті, %  Энергиялық шығындар, МДж/кг Ұнтақты металлургия 95 29 Дәл құю 90 30-38 Суық штамптау 85 41 Ыстық штамптау 75-80 46-49 Кесумен өңдеу 40-50 66-82   Әлеуметтік аспектілер бойынша ұнтақты металлургия қоршаған ортаны ластау жағынан балқыту әдістерімен салыстырғанда әлдеқайда төмен орынды алады, яғни өндірістің экологиялық тазалығын қамтамасыз етеді. Ұнтақтарды алу әдістерін жетілдірумен және өндіріс масштабын арттырумен ұнтақты металлургиядағы өзекті мәселені - бастапқы материалдардың қымбатшылығын шешуге болады. Көп көлемде заттарды өндіру әр бөлшекке арнап шығарылатын жеке қондырғыларды жасау шығындары минимумға жеткізуге мүмкіндік береді. Қазіргі кезде ұнтақты металлургияның жыл сайынғы өсімі 5 % құрап отыр. Ұнтақты металлургиямен жартылай фабрикаттар мен заттарды қалыптау, престеу, жентектеу сатыларымен алу шыны, полимерлер, керамика мен металдарды алуда қолданылады. Соңғы кезде қалыптау, престеу, жентектеу сатылары көптеген металдар мен материалдар негізінде жасалатын арнайы материалдардың өндірісінде кеңінен таралуда, технологиялық процестерде, материалдардың түрлерінде көптеген жетістіктер де болып жатыр.  Ұнтақты металлургия технологиясына ұқсайтындар және бәсекелестер. Металдардың ұнтағы (әсіресе мыс, алтын, қола) адамдармен 8-10 мың жыл бұрын қолданылған. Көптеген жерлердегі атақты металл ұнтағымен жасалған ескерткіштер адамдар қоғамының дамуының сатыларын сипаттайды. Қола ғасырдың өзінде адамдар кейбір металдардың ұнтақтарын алып, бұйымдар жасауға қолдана алған, сонымен бірге ұнтақты массаны ыстық қақтай білген. Ұнтақты металлургия Ресейде 1826 жылы пайда болып, үлкен даму жолынан өткен. Бұл әдіс арнайы қасиеттері бар материалдарды алуда және олардан бұйымдарды дайындау технологиясында маңызды орын алады. Әр ғылыми және техника-шаруашылық бағыттардың жұмысы өздерінің қоятын талаптарына жауап беретін, қажетті қасиеттері болатын материалдарды қолдану арқылы жүзеге асады. Материалдар мен бұйымдарды металдарды балқыту және құюмен немесе ұнтақты металлургия әдісімен, яғни түйіршектелген денелерді (төгілмелі) қалыптау (көбінде престеу) және жентектеу (күйдіру) арқылы алуға болады. Бұрын отқа төзімді материалдарды, қоланы және темірді өңдеу әдістерін таңдау жолы - қондырғыларда көтерілетін температураға байланысты болады, мысалыға балқу темпера­туралары жоғары, бастапқы заты түйіршіктелген компоненттер болып табылатын –тотықтар мен си­ликаттардан тұратын отқа төзімді материалдарды тек қана күйдіру арқылы өндірілетін. Қазіргі кездегі агрегаттарда көптеген материалдарды өндіруге қажетті жоғары температураны ұстауға болады, бірақ соңғы кезде көбінде материалдардың белгілі қасиеттері болғандықтан ұнтақты металлургия әдістері көп қолданылады. Балқыту әдісін кейбір арнаулы өндірістерде қолданады. Қиын балқитын металдарды өндіруге, яғни сол заманда оларды балқытуға сәйкес пештердің жоқтығына байланысты өндірісте вольфрам (tбалқу=3410оС) мен молибденді (tбалқу=2630оС) алу үшін ұнтақты металлургия 1900 жылдан бері қолданыла бастады. Бұл жаңалық, яғни ұнтақты металлургия әдісі осы металдар мен олардың қорытпаларынан жасалған жіптердің, кесінділерінің және таспаларының қыздыру лампалары өндірісіне көп қажет болды. Вакуумды доғалы және электрлік сәулелену пештерінің пайда болуы молибденнің ірі құймаларын алуға мүмкіндікберді. 1920 жылдың аяғынан бастап вольфрам және молибден ұтақтарын алумен бірге жоғары вакуумдық жентектеу мәселелері шешілгеннен кейін химиялық тұрақты (tбалқу = 3000 оС) тантал өндірілді. Әрқашан қиын балқитын қосылыстарды - карбидтер, боридтер силицидтер, нитридтер және тотықтарды балқытусыз алу өте маңызды. Мұндай қосылыстар кескіш аспатар жасауда және ядролық техникада кеңінен қолданылады. Осы материалдардың химиялық және термиялық тұрақтылығы, сығылуға беріктігі, төзімділігі сияқты қасиеттері қолданылатын жаңа аймақтар да бар. Сынғыш және аса қатты материалдар, сондай-ақ олардан жасалған заттардың өңделуі қиын екені белгілі, ал ұнтақты металлургия әдісінде керекті беріктегіш элементтерді мұндай материалдарға престеу және жентектеу кезінде қосуға болады. Ұнтақты металлургия әдістерімен сәйкестік критериялары әртүрлі компоненттерді қосуға болады. Олардың балқу температуралары мен тығыздықтары тіпті әр түрлі, сұйық фазаларда мүлдем ерімей, қатты қорытпаны сұйық металдансүзу кезінде олар өздерінше әртүрлі қасиеттер көрсетуі мүмкін. Мұндай компоненттермен балқыту процесіарқылы техникалық қасиеттері жақсы материалдарды алу мүмкін емес. Ұнтақты металлургия әдісімен алынатын кобальт байланыстырғышы бар WC, WC-TiC немесе WC-TiC-TaC қатты қорытпалары негізінде жасалған кесуге немесе деформациялауға арналған төзімді аспаптар әр түрлі өндіріс салаларында  кеңінен қолданылады. Ал Ag-Ni, Ag-CdO, W-Ag, W-Cu W-Cu-Ni қоспаларын композициялық материалдарға және металдық матрицасы болатын, құрамында алмас бар материалдарға да жатыстыруға болады. Екінші әлемдік соғыстан кейін шығарыла бастаған құрамында металл емес қоспалары бар темір және мыс негізіндегі төзімді материалдар мен сырғығыш подшипник өндірісінің ерекше маңызы бар. Жоғары жылдамдықпен кесетін аспапты қатты қорытпадан жасау барысында оның құрамына тотықты-карбидті кескіш керамика қосылды (мысалы, ZrO2-Mo2C-WC-TiC композициясы). Кейбір оксид-металдық материалдар (мысалы, ZrO2-Mo композициясынан болат балқымалары үшін терможұптарға қаптағыштар дайындайды) жоғары температураларда қолданылады.Композиттер жасалатын бастапқы ұнтақтық қоспалар қиын престелетін болғандықтан изостатикалық престеу ендірілген, соның негізінде үлкен өлшемді ұнтақтық бұйымдарды алуға мүмкіндікжасалды. Осылайша, композиттерді машина жасауда қолданудың пайдасы өте зор болды. Сонымен бірге, композиттер ретінде құрылымы кеуекті және капиллярлы болатын ұнтақтық материалдар қолданылады. Кеуектердің өлшемдерін және олардың орташа өлшемдерін үлкен аралықта өзгерту мүмкіндігі ұнтақты металдар мен материалдарды фитильдер, диафрагмалар және сүзгіштер жасауғаөз септігін тигізді. Осындай материалдардан жасалған сүзгіштер коррозияға тұрақты, жақсы тазартылатын, созылмалыжәне т.б. ерекше қасиеттерге ие болды. Қалыпқа салынған ұнтақты жентектеу арқылы жоғары кеуекті сүзгіштерді алуға болады. Ұнтақты массаны деформациялау үшін сыртқы қысымды қолданады. Жоғарғы және төменгі пуансондарды пайдаланып матрицадағы онша үлкен емес бөлшектерді престейді. Бөлшектер арасындағы және олардың прес –қалып қабырғалары арасындағы үйкелісті азайту үшін жентектеу кезінде ұшып кететін майлағыштарды (көбінде стеаринді) қосады. Орташа өлшемді бөлшектерді престеудің сағаттық өнімділігі 300 данаға дейін, ал ұсақ бөлшектердікі – 20000 данаға жетеді. Қиын нығыздалатын ұнтақтарды ыстық престеуге ұшыратады, осы кезде жентектеу процесі (қысыммен жентектеу) де қоса жүреді.  Пішіндеудің жаңа әдістерінің ішінде изостатикалық престеу және ыстықтай соғу әдістері өте көп қолданылады. Ұнтақтың жан-жақты, бірқалыпты таралуын қамтамасыз ете отырып изостатикалық престеуді бөлмелік температурасында, сонымен бірге қыздыру кезінде де жасауға болады. Бұл қиын престелетін ұнтақтардан үлкен өлшемді бөлшектер мен аспаптар жасауға мүмкіндік береді (мысалы, қатты қорытпадан жасалған прокаттық валкалар.   Осындай аса қатты деформациялаушы аспаптарды пайдалану - өңделетін жартылай фабрикаттардың беттік күйін жақсартады. Қақтау температурасына дейін қыздырылған штамптарда дайындамаларды жентектегенде олардың тығыздығы теориялық мәніне жететіндей етіп нығыздалады. Өңдеудің бұл әдісін кеңінен автоматтандыруға болады. Жоғары өнімді қондырғыларда сағатына массасы 1 кг-ға дейін жететін 900 бұйым алуға болады. Өндірістің бұл түрінде дайындамалардың өлшемдері дұрыс жасалса қалдықтар аз болады. Кеуекті дайындамалар жинақыларға қарағанда жеңіл деформацияланады, сондықтан осы әдіспен күрделі пішінді, аз толықтырылатын бөлшектер алуға болады. Бір компонентті жүйелерде престеуден кейінгі жентектеу операциясын негізгі компоненттің Тбалқу-температурасының 2/4 – 4/5 бөлігінде жүргізеді; ал көп компонентті жүйелерді ең жеңіл балқитын құраушының балқу температурасынан біраз жоғары температурада жентектейді. Жентектеу кезінде престелген дайындама негізінен диффузия немесе ағу процесі есебінен нығыздалады. Кристалды дайындамаларды сырттан қысым етпей (қыспай) жентектегенде диффузия көбірек жүреді, ал сырттан қысым еткенде – созылмалы ағу көбірек жүреді. Аморфты материалдарды (шыны, жоғары полимерлі материал) жентектегенде жүретін негізгі процесс ретінде - тұтқыр ағу болып табылады. Көпкомпонентті материалдарда кейбір кезде немесе жентектеу процесінің бүкіл барысында балқымалы құраушылар түзілуі мүмкін, олар қатты, қиын балқитын компоненттермен капиллярлы күштермен жабысып, жентектеуді үдетеді. Қазіргі кезде арнайы мақсаттармен алынатын заттардың түріне қарай кез-келген температурада, әр түрлі атмосфера ортасында, вакуумда да жентектеуге арналған өндірістік қондырғылары бар. Ұнтақты материалдар мен бұйымдар жасаудың соңғы сатысындағы жентектеудің рөлі өте зор. Әдебиет: 1 нег. [10-12], 2 нег. [3-38] Бақылау сұрақтары: 1. Ұнтақты металлургияның тарихы. 2. Өндірісте қандай металдарды өндеуде ұнтақты металлургия әдісі қолданыла бастады? 3.  Қиын балқитын, қатты, сүзгіш (фильтрациялық) және т.б. материалдарды өндіру технологиясының ерекшеліктері. 4. Ұнтақты металлургияның даму жолы қандай? № 2 дәріс. ҰНТАҚТАРДЫ АЛУДЫҢ МЕХАНИКАЛЫҚ ӘДІСТЕРІ Металдық ұнтақтар өндірісі.Металдық ұнтақтарды алу – ұнтақтық металлургияға тән негізгі технологиялық операциялардың біріншісі болып табылады. Ұнтақтың құрамы, құрылымы және т.б. қасиеттері оның алу жолына қалай байланысты болса, сол металдардың табиғатына да солай байланыста болады. Ұнтақтардың қасиеттерінің бәрі ұнтақты алу жолына тікелей тәуелді. Бүкіл металдық ұнтақтарды алу әдістерін жалпы екі үлкен топқа бөлуге болады: 1) механикалық әдістер. 2) физика – химиялық әдістер. Алынатын ұнтақтардың сипаттамаларын жақсарту үшін екі әдіс үйлестіріліп қолданылады. Ұнтақтарды алудың механикалық әдістері. Ұнтақты металлургияда тығыз материалдарды механикалық әдістерімен ұсату кең тараған. Бұл әдіспен іс жүзінде кез-келген металл мен қорытпаны ұсатуға болады. Ұсату деп сырттан жасалатын әрекеттермен, яғни ішкі ілінісу күштеріннен асып өтетін күштерді қолдану арқылы материалдың бастапқы өлшемдерін азайтуды айтады. Бөлшектеу, ұнтақтау немесе үйкеу арқылы ұсату – қатты денелерді ұнтақты күйге айналдырудың ескі әдістері болып табылады. Қатты денелерді бөлшектеу кезіндегі жұмсалатын энергия серпімді және созылмалы деформацияға, жылудың бөлінуіне және жаңа беттердің түзілуіне жұмсалады. Қатты денелерді деформациялау процесі жоғары дисперсті күйде оттегіне активті болатын металл үнтақтарын алуға тиімді. Мысалы, магнийдің ұнтағын алу үшін бетіне тырнағыш таспасы болатын, айналатын металдық барабан болып табылатын «кратцмашинаны» қолданады, сонымен бірге магнийдің ұнтағын арнайы конструкциялы фрезерлік станоктарда нығыздалған магнийді өңдеу арқылы алады. Ұсақ жаңқа екі – тік және горизонтальді фрезбен түсіру технологиялық циклдің негізгі операциясы есетеледі. Фрезерлеуден кейінгі алынған ұнтақты шарлы диірмендерде қосымша өңдеуді керек етпейді.  Металдық ұнтақтарды алудың негізгі өндірістік әдісі ретінде тотықтарды қатты тотықсыздандырғыштар мен газдармен тотықсыздандыру әдістері қолданылады. Сұйық металдарды ауа, газ және центрге тартқыш, соққылық күштері көмегімен тозаңдатып, әрі қарай төмен температурада тотықсыздандыру, су ерітінділері немесе балқытылған жүйені электролиздеу, нүктелік көздерді диффузиялық жолмен қанықтыру, элементтерден синтездеу, химиялық процесс әдістеріне  карбонилдердің диссоциациясы, буландыру және конденсациялау жатады. Металдарды өз тотығынан тотықсыздандырып алу – металдық ұнтақтарды алудың кең тараған әдісі. Осы әдіспен темір, мыс, никель, вольфрам және басқа да металл ұнтақтары, сонымен бірге болат ұнтақтары, металдық қорытпалардың ұнтақтары (легірленген және тот баспайтын болат, нихром, инвар және т.б.) өндіріледі. Тотықтарды тотықсыздандыру әдісі қолданылатын тотықсыздандырғыштар және шихтаның агрегаттық түрі; оны тотықсыздау ауданына енгізуі әдісі бойынша жіктеледі. Сыртқы күштердің әсерінен заттың әлсіз жерлерінде тұйық немесе беттерде басталатын өте ұсақ жарықтар пайда болады. Қирату кезінде деформацияланатын денедегі бағыт кейбір шекті мәндерден асып кетеді, серпімді деформация қирату деформациясына ауысып ұсақтану жүреді. Ұсақтауға кеткен жұмыс екі энергияның қосындысы болып табылады:  A=Eқ+Eд                                             (1) мұндағы Еқ = S; Ед =К V; мұнда Еқ – қатты дененің қирауы кезінде жаңа бөлу беттердің түзілуіне жұмсалатын энергия;  - меншікті беттік энергия; S- ұсату кезіндегі беттің айналымы; Ед –деформация энергиясы; К- қатты дененің көлем бірлігінің серпімді деформациясының жұмысы; V – деформацияланатын дененің көлемі.  Механикалық ұсақтау операциясы көбінде қоспалар дайындау операциясымен біріктіріледі. Ұнтақтарды механикалық жолмен алу әдістерінің ішінде көп тарағандары:   1) ұсақ жаңқалар (стружка) немесе тозаң үгінділер алу үшін металдарды кесумен өңдеу жолы; 2) металдарды шарлы, балғалы, құйынды және т.б. диірмендер түрлерінде ұсақтау; 3) ультрадыбыспен ұсақтау(дисперстілеу). Металдарды кесумен өңдеу.Арнайы ұсақ жаңқа немесе үгінділерді алу, олардан бұйымдар жасау тиімді емес, сондықтан іс жүзінде бұл өңдеу әдісі іс жүзінде өте аз қолданылады.  Айналмалы шарлы диірмендерде ұсату. Бөлшектеу, ұнтақтау немесе үйкеу арқылы ұсату метериалды ұнтаққа айналдырудың жекеше әдісі немесе басқа әдістерге қосымша операциялар ретінде пайдаланады.   Ұнтақтауға арналған шарлы диірмен қондырғысы құрылымы жағынан қарапайым - оның ішінде ұсатқыш денелері (көбінде болат немесе қатты қорытпалы шарлары) бар болаттан жасалған цилиндрлі барабаннан тұрады. Барабан айналған кезде үйкелістің әсерінен шарлар бір биіктікке көтеріледі, одан кейін ұсатқыш денелер төмен қарай дөңгелеп түсіп материалды диірменнің барабанының ішкі беті мен шар сегментінің сыртқы беті арасында, шар денелері арасында үйкелеп және соққылаумен материалды ұсақтайды. Шарлардың төмен түсуіне қарай ұсақтаудың бірнеше тәртіптері жүреді: 1) сырғанау; 2) домалау; 3) еркін түсу; 4) барабанның шекті жылдамдықпен айналу кезіндегі шарлар қозғалысы. Диірмендегі шарлардың бөлшектегіш және үйкелегіш қимылдары барабанның диаметрі (Д) мен ұзындығының L қатынасымен анықталады. Д:L<3 қатынасында шарлардың үйкелегіш қимылдары, ал Д:L>3 қатынасында бөлшектегіш қимылдары көп болады. Сондықтан, қатты және сынғыш заттарды ұсақтау үшін Д:L қатынасы 3-тен көп, созылмалы материалдар үшін – 3-тен едәуір аз болуы керек. Ұнтақтаудың механизмі мен интенсивтілігіне диірменнің конструкциясы ғана әсер етіп қоймай, диірменнің айналу жылдамдығы, ондағы ұсатқыш денелердің саны мен олардың пішіні, ұсатуға салынған материалдың мөлшері, ұнтақтаудың ұзақтығы мен ортасы, шарлардың өлшемі әсер етеді. Ұнтақты металлургия тәжірибесінде көбінде периодты түрде іші толтырылатын және босатылатын, айналымы электроқозғаушымен жабдықталатын немесе шанышқыға барабандары тікелей орнатылатын шарлы диірмендер қолданылады. Ұнтақтардың орташа өлшемдерінің ұсақтауға дейінгі және кейінгі қатынасы ұсақтану дәрежесі деп аталады, оның шамасы айналдырылатын шарлы диірмендер үшін 50-100 тең болады. Осындай диірмендерде ұсақтау нәтижесінде алынатын бөлшектердің пішіні сынықтар тәріздес, яғни пішіні дұрыс емес, бөлшектер бетінің бұдырлығы аз болады. Шарлы диірмендердің бір түрі – аттриторлық қондырғылар деп аталатын қондырғы. Аттриторлық диірмендердің конструкциясы қарапайым, қолдануға ыңғайлы, процесті үздіксіз жүргізуге мүмкіндік береді.  Шарлы, дірілдегіш диірмендерде ұсақтау. Шарлы, дірілдегіш диірмендер әр түрлі материалдарды тез және өте қатты ұсақтауды қамтамасыз етеді. Диірменді толтыру (ұсатқыш денелер, ұсақталатын материал) жиі импульстарды корпустың денесінен алады, оның нәтижесінде ұсатқыш денелер лақтырылып, соғылысып, айналдырылып диірменнің қабырғасы бойынша сырғып түседі. Осындай олардың күрделі ұсақтануы мен бір уақыт бірлігінде берілетін импульстердің үлкен саны ұсақталатын материалдардың бөлшектеріне диірменнің барлық ауданында әр түрлі бағыттарда, шамасы тұрақты болмайтын соққылық, қысқыш, кескіш әрекеттер әсер етеді. Айналмалы шарлы диірмендегі ұсақтағыш дененің соққылық импульсі осымен салыстырғанда өте аз болады. Бірақ бір көлем бірлігінде ұсақтағыш дененің үлкен саны мен дірілдердің жоғары жиілігі өңделетін материалдың белсенді ұсақтануын қамтамасыз етеді. Ұнтақты металлургияда денелерді ұсақтаудағы ұсатқыш денелердің тиімді пішіні ретінде шарлар немесе ұзындығы көп болмайтын цилиндрлер болып табылады. Ұсатқыш денелер негізінен болат немесе қатты қорытпалардан жасалады. Құйынды диірмендерде ұсақтау.       Қаққа айналғыш металдарды ұсақтау үшін ұсақталатын материалдардың бөлшектерінің бір-бірімен соқтығысуын қолдану әдісі ұсынылады. Соқтығысу кезінде пайда болатын негізгі соққылық және үйкеліс күштері материалды ұсақтауға себеп болады. Бұл жағдайда ұнтақтың шарлы диірмендегідей жұмыстық денелер бөлшектерімен және диірменнің қабырғасымен ластануы жойылады, мұздай диірменнің қабырғасына бөлшектенбеген, қақталған материалдың жабысып қалатын құбылыстары жойылады. Құйынды диірмендерде ұсақтау нәтижесінде өте ұсақ, пирофорлы ұнтақтар алынады (мысалыға темірдің ұнтағы). Бұл диірменге қарағанда ағындық диірмендердің өнімділігі мен тиімділігі зор, себебі ондағы жұмыс камерасына тесіктерден берілетін қысылған газ (ауа немесе азот және т.б.) ағынымен немесе жоғары дыбыс жылдамдығымен қатты қыздырылған бу арқылы ұсақталатын бөлшектерге берілетін энергия есебінен материалдың өте нәзік ұсақталуы қамтамасыз етіледі. Камераның ішіндегі ұсақталған бөлшектер, өлшемдері 1-5 мкм-ге жеткенше, көп ретті соқтығысуға ұшырайды. Жұмыс камерасына берілетін газ ағынының күші бөлшектердің инерциялық күшінен асқанда, ағын металдың ұнтақтарын жұмыс камерасынан жіктегіштерге әкетеді. Балқымаларды тозаңдату.Бұл әдіс металдық ұнтақтарды балқытылған металды немесе қорытпаны қысылған газ, сұйық ағынымен немесе механикалық жолмен, ультрадыбыспен тозаңдатуға негізделген. Балқыманың ағынын сұйық ортаға төгу арқылы да (мысалы су ортасына) ұнтақтар алынады. Технологиялық тізбектің негізгі бөлігі - сұйық балқыма ағатын форсунка. Тозаңдату үшін металл электр пешінде балқытылады. Балқыманың қасиетіне қарай және ұнтаққа қойылатын талаптарға қарай тозаңдатуды ауамен, азотпен, аргонмен, гелиймен, тотығудан қорғау үшін – инертті газбен жүргізеді. Ауамен тозаңдату – ұнтақтарды алудың өте тиімді әдісі. Тозаңдатудың негізгі параметрлері: газ ағынының қысымы мен температурасы, балқыманың температурасы. Тозаң ағынын суытатын орта ретінде су, газ, органикалық қышқыл қолданылуы мүмкін. Тозаңдатудың әр түрлі жағдайларында шарлы, тамшы тәріздес және т.б. пішіндіұнтақтар алуға болады. Алынған бөлшектердің өлшемі 1 мм-ден оның жүздеген бөлігіне дейін жетеді. Әдебиет: 1 нег. [23-27 ], 2 нег.[33-69], 1 қос.[ 30-42] Бақылау сұрақтары: 1. Ұнтақтарды алудың қандай негізгі әдістері бар? 2. Ұнтақтарды алудың қандай механикалық әдістері бар? 3. Айналмалы шарлы диірмендерде ұнтақтарды қалай алады? 4. Шарлы дірілдегіш диірмендерде ұсақтау қалай жүргізіледі? 5. Құйынды диірмендерде металл ұнтақтарын алу ерекшеліктері қандай болады? 6. Балқымаларды тозаңдату әдісінің ерекшеліктері қандай? №3 дәріс.ҰНТАҚТАРДЫ АЛУДЫҢ ФИЗИКА-ХИМИЯЛЫҚ ӘДІСТЕРІ Металл қосылыстарын көміртегімен және газдармен тотықсыздандыру.Металдық қосылыстарды қатты немесе газ тәрізді заттармен тотықсыздандыру ұнтақтарды алудың маңызды тобын құрайды. Қатты фазада тотықсыздандыру жағдайларында ұнтақты қоспалардан тазарту кез-келген жағдайларда өте қиын. Сондықтан, тотықсыздандыру процесінің алдында бастапқы материалдарды дайындап алу керек немесе  қоспалардан тазалау үшін бөлуді механикалық, химиялық және магниттік әдістермен жүргізу қажет. Қымбат металдарды өте мұқият тазартады (мысалы, тұндыру немесе сублимациялау арқылы). Ал кен немесе прокаттық күйелерді оған қарағанда оңай дайындайды, яғни тотықтардан тазарту үшін магниттік жолмен байыту жеткілікті болады. Әдетте, тотықсыздану процесі 8000С жоғары температурада, тепе-теңдік СО газының түзілу жағына қарай ығысқан жағдайында жүреді, сондағы мүмкін болатын реакциялар:   MeO+C Me+CO(2)   және жанама реакциялар : 2С+О2 2СО(3)   Me+1/2O2 MeO(4)   Бос энергияның мәні Kp тепе-теңдік тұрақтысына тәуелді. ∆G=-RTlnKp(5)  Металдық қосылыстарды тотықсыздандыру үшін газдарды қолданудың көміртегімен тотықсыздандыруға қарағанда тиімділігі аз, себебі реакциялардың бос энергияларының кішкентай абсолютті шамасы температураның өсуіне байланысты қатты азаяды.   Н2+1/2О2 Н2О                                   (6)   СО+1/2О2 СО2(7)   Сондықтан, СО-ны пайдалана отырып, тотықтардан тек асыл емес металдарды ғана тотықсыздап алуға болады. Сутегімен тотықсыздандыру жағдайлары тиімділеу, себебі ылғалды кетіре отырып жақсы кепкен газды қолданып р Н2О / р Н2 қатынасын аз етіп ұстауға болады, берілген Kp мәнінде бұл жағадай сутегімен бастапқы өнімді толық тотықсыздауға себеп болады. Қазіргі кезде темір ұнтағының жартысынан көбін темір кеніндегі немесе прокатты қақ түріндегі темір тотығын қатты (кокс, күйе) немесе газ тәрізді (сутегі, табиғи газ) тотықсыздағыштармен тотықсыздап алады. Қатты көміртегін пайдаланғанда қатты фазадағы реакцияның бірінші сатысынан кейінгі шешуші саты – тотысыздану газ фазасында жүзеге асады. MeO+CO Me+CO2(8) Мұнда жанамалы реакциялар, темірдің көміртектенуі, Fe3C түзілуі және тағы да басқа реакциялар болады, бірақ олардың тотықсыздау процесіне әсері көп емес.  Темірдің сутегімен және көміртегінің монототығымен тотықсыздандыру процестерінің температураға тәуелділіктерінің айырмашылықтары өте үлкен. Fe3O4  қосылысының СО-көмегімен 650оС төмен температурада тотықсыздандыруы маңызды емес, өйткені бұл жағдайларда айтарлықтай өзгерістер болмайды. Одан басқа, жүйенің тепе-теңдігі температураға тәуелді болғандықтан, көміртегінің монототығының түзілуі нормальды қысымда, t>700o C жағдайында көбірек жүреді, сондықтан көміртегімен тотықсыздандыру тек қана жоғары температурада тиімді болады. CO2+С 2СО         (9) Белгілі уақыт ішінде қажетті қасиеттері болатын ұнтақтар алу үшін төмендегі факторлар әсер етеді: тотықсыздағыштың жанамалы реакцияларға қатынасы, қатты заттардың таралуы немесе шихтаға ендірілген газ тәрізді тотықсыздағыштардың мөлшері, шихтаның кеуектілігі мен негізінен шихта бөлшектерінің өлшемдері, пішіні және беттерінің күйлерімен анықталатын тотықсыздағыштың өтімділігі. Сонымен бірге, агломераттардың түзілуі, салынған ұнтақтардың қалыңдығы, шихтаның жинақталу тығыздығы және оларды салу жылдамдығы, эндотермиялық реакция үшін жылуды беру және тотықсыздандыру процесінің температуралы-уақыттық тәуелділіктері сияқты әректтердің тотықсыздандыру процесіне өте күшті әсер етеді. Металлотермиялық әдіс.Металлотермиялық әдіс тотықтардан немесе галогенидтерден металдармен тотықсыздап металл ұнтақтарын алуға негізделген:  «металдық қосылыс + тотықсыздандырушы металл  металл + тотықсыздандырғыш қосылысы», яғни металдық қосылыстың еркін түзілу энергиясы ∆G жанамалы реакциялардың өнімдерінің түзілу энергиясынан көп болатын реакцияның жағдайларын ескере отырып, негізінен периодтық жүйедегі IV a – Va топтарының металдарының қосылыстарын металлотермияға түсіреді. Бұл әдіс көбінде тантал ұнтақтарын алу үшін қолданады. Гидрометаллургиялық тотықсыздану. Сулы ерітінділерде металл иондарын қатты, сұйық, газтәрізді тотықсыздандырғыштармен, электр тоғымен металға дейін тотықсыздандыруға болады, содан кейін бұл металды ұнтақ күйінде бөліп алуға болады.Өндірістік жағдайларда электролизден басқа металл тұздарының ерітінділерін тек газбен (сутегі, құрамында сутегісі бар ыдыраған газдармен, көміртегінің монототығымен) тотықсыздандыруды қолданады (әсіресе мыс, никель және кобальт ұнтақтарын алуда).  Гидрометаллургиялық тотықсыздандыру әдісі құрамы бай кендердің жетіспеушілігінен және металдарды алуда кедей және комплексті кендерді, сонымен бірге қалдықтарды бастапқы материал ретінде қолданылады.  Әдетте, химиялық өңдеу нәтижесінде бай кендерден сілтілеу, тазалау және бөліп алу бойынша металдардың сулы ерітінділерін алып, оған тотықсыздандырушы газдарды жібереді. Комплексті емес ерітінділердің екі валентті мыс, никель, кобальт иондарының сутегімен тотықсыздандырылуы төмендегі теңдеулермен жүреді:   Me2++ H2  Me + 2H+   (10)   Реакцияның тепе-теңдік тұрақтысы: Кр= (11) мұндағы Н+ және Me2+- сәйкес иондардың концентрациялары, ал рH2- сутегінің парциалды қысымы. Бұл реакцияның еркін энергиясы тепе-теңдік тұрақтысымен Кр де, электрохимиялық потенциалмен де εМе анықталады және бұл шаманың өзгеруі бойынша берілген жүйенің реакциясының бағытын анықтауға болады. Ол элементтердің кернеулік қатарындағы металдың және сутегінің орналасуларымен анықталады. Осыған орай, εh= εho- 0.058pH - 0,058lgpH2,                         (12) мұндағы εho – нормалды потенциал, сутекті потенциал рН –қа (сутегі иондарының концентрациясы) және парциалды қысымға pH2байланысты, ал pH2- парциалды қысымға оншалықты сезімтал емес. Металдық иондардың концентрацияларының аз ғана өзгерісіне (1000 есе) қарамай потенциал аз ғана ығысады; осыған байланысты реакцияның жүруіне және еріген металдардың тұнуына жақсы жағдайлар пайда болады. Өте қышқыл ерітінділерде сутегімен тек қана күміс және мыс иондарын тотықсыздауға болады; қалайы, никель, кобальт және кадмий иондарын тотықсыздау үшін рН≥5 болатын тұз ерітінділері қажет. рН-тың тұрақты мәндерінде потенциалдары жақын (ε Nio=-0.23 V; ε Соo=-0,27V) металдарды сұрыптап тотықсыздандыруға болады. Ұнтақтарды алудың арнайы әдістері.Химиялық жолмен алынған дисперсті металдық қосылыстардың және олардан алынатын металдық ұнтақтардың қасиеттерінің жай әдістермен алынған ұнтақтарға қарағанда өте бай. Мысалы, гидрометаллургиялық жолмен бөлшектерінің пішіні және өлшемі, күйі бойынша әр түрлі металдық ұнтақтар беретін металдардың карбонаттарын алуға болады. Қысымсыз тұндырылған металдық қосылыстар және олардан алынатын ұнтақтардың түрі де әр түрлі болады. Изоморфты кристалданатын тұздар үшін тұндыру кезінде бірнеше катиондары жақсы таралатын түрлерін алуға болады. Металдық тұздардан ұнтақтар алу үшін тозаңдата отырып кептіруді ( тұздардың термиялы ыдыратуын аздап қолдана отырып) немесе оларды мұздатып қатыруды қолдануға болады. Солардың көменгімен қосарласа анықталмайтын, компоненттерінің гомогенді таралуы бойынша ерекшеленетін, бөлшектердің өлшеміне, пішініне және күйіне әсер ету мүмкіндіктерін сақтайтын катиондары бар тұнбаны алуға болады. Қорыта келгенде, металлорганикалық комплексті қосылыстарды ыдырату үшін немесе золь-гель процесі көмегімен, сұйық фазадағы реакцияларды қолдана отырып тұнбалардың жаңа түрлері мен тұндыру әдістерін ұсынуға болады. Газфазалы реакциялар. Металдық қосылыстардан металдық ұнтақтарды өндіру үшін берілген жағдайда қыздырып, газтәрізді күйге ауыстыратын әдіс соңғы кезде қызығушылық тудырып отыр. Бұл әдіс бойынша нәзік, ұсақ, жақсы жентектелетін, арнайы мақсаттағы металдардың немесе металдық қосылыстардың ұнтақтарын алуға болады. Ыдырау реакциялары төмендегідей жүреді: MeJx Me+ xJ,                                (13) немесе Me(СО)x Ме +хСО(14)   Тазалығы өте жоғары никель және темір ұнтақтары өндірісінде карбонилді әдістің мәні өте зор. Кейбір металдар үшін, мысалы марганец, ванадий хром и вольфрам ұшқыш карбонильді қосылыс түзгенімен бұл әдісті қолдануға болмайды.Карбонильді қосылыстың түзілуі мен ыдырауы төмендегі реакциялар бойынша жүреді: Fe+5CO Fe(CO)5 (15) және сәйкесінше:                                   Ni+4CO Ni(СО)4(16) Бұл реакциялардың тепе-теңдік константалары температура мен қысымға өте қатты тәуелді.Карбонильді қосылыстың түзілуі үшін көміртегінің монототығын 200-250oС және жоғары қысымды (7—30 МПа) қолданып, оны арзан металл тасымалдағыштары(кен,металды аз қалдықтады, кеуекті темір, никельді түйіршіктерін және файнштейн) арқылы жібереді. Металды ластаушы қоспалар (күкірт, кремний, мыс, фосфор) карбонилдерді түзбейді де және реакцияға қатыспайды. Реакцияның газтәрізді өнімдері қысым әсерінен конденсацияланып жиналады. Қажет болған жағдайда оларды карбонилдерді ыдыратуға дейін тазалауға , сүзбелеуге және дистилляциялауға болады (темір карбонилінің қайнау температурасы 103°С, никель карбонилінің- 43°С).. Карбонилдерді ыдырату - эндотермиялық реакция. Оны металдық реакторларда никель үшін200 °С және темір үшін 250 °С температураларында жүргізеді. Төмен (0,1—0,4 МПа)және жоғары (никель карбонилі 25 МПа қысымында ыдырайды) жұмыс қысымдары қолданылады.  Темір карбонилін алдымен қыздырылатын буландырғыштарда қысым көмегімен газ тәрізді күйге өткізеді, содан кейін раекторларда ыдыратады. Қабылдағышқа темірмен бірге түсетін көміртегінің монототығын айналымға жібереді. Темір катализатор болатын жанамалы реакцияларды ( СО2, FезС и FeO өнімдері түзілетін) қабылдағышқа газтәрізді карбонилмен аммиакты газды жіберіп шектеп отырады. Осылайша алынған темір ұнтағында тек қана көміртегі ~0,7%, аммиакты газды қолданбағанда көміртегінің үлесі 1—1,2% -дан аз болмайды. Алынатын ұнтақтын өлшемі мен пішіні температура мен реакциялық аймақтағы карбонилдің концентрациясына тәуелді болады; осы параметрлер жоғарылаған сайын ұнтақтың өлшемі мен тығыздығы төмендеп, сфералы бөлшектер түзілу бейімділігі артады. Сутегі атмосферасында соңғы күйдіру сатысы ұнтақтағы оттегі мен көміртегінің үлесін, сонымен бірге бөлшектердің қаттылығын(~850 HV) азайтады. Газ фазасынан кристалданғанда кристалдық торы қатты қисайған, жоғары қаттылықты беретін нәзік (бөлшектердің орташа өлшемі ~-0,01 мкм)  құрылым пайда болады.  Қиын балқитын металдардың және олардың қосылыстарының өте ерекше ұнтақтарын газтәрізді қосылыстарын реакция температурасын дер кезде қабылдайтын температура аймағында ыдырату арқылы алуға болады. Реакцияға қажетті температураны галогенді газ немесе плазма көмегімен сутегіні жандыру арқылы алуға болады. Газ ағыны реакция өнімдерін жұмыс кеңістігінде бөлініп үлгірмейтіндей және тез суытылатын жылдамдықпен алып шығады. Осы жолмен өлшемі 0,1 мкм-ге дейін болатын монокристалды ұнтақтарды алуға болады. Бөлшектердің өлшеміне, олардың тазалығына және жанғыштығына реакция компоненттерін таңдай отырып әсер етуге болады. Плазманы қолданып оттегісі жоқ өнімдер алып қана қоймай, тотықтар ұнтақтарын да өндіруге болады. Қиын балқитын қосылыстардың ұнтақтарын алу.Оларды қатты, сұйық, газ фазалары қатысында металдар және олардың тотықтары, сонымен бірге металл еместер немесе олардың қосылыстары қатысатын химиялық реакциялар көмегімен алуға болады. Бастапқы материалдарға және оларды өңдеу әдістеріне қарай тығыз, ірі кристалды, немесе аз жентектелген нәзік кристалды бөлшектер өндіріледі. Әрі қарай өңдеу үшін көбінде реакция өнімдерін механикалық ұсату, егер қатты жанама өнімдер түзілетін болса, онда рафинирлеу әдістерін қолданады.  Карбидтерді алу. Металдардың карбидтерін негізінен металл ұнтақтары немесе олардың тотықтарын коміртектендіру арқылы алады.  Қорғаныс газына көмірсутегілерді ендіру карбидтердің түзілуін тездетеді. Жаңа қондырғыларда карбидтеуді өтпелі пештерде сутегі атмосферасында көміртекті түтікшелермен немесе жиілігі орташа периодты вакуумды индукциялы пештерде үлкен графитті тигілдерде жүргізеді.  Күрделі карбидтерді көбінде сәйкес карбидтер қоспасынан, сонымен бірге олардың металдарын немесе тотықтарын күйе қоспасымен 1700—2000°С және 1500—1700 °С температураларында өңдей отырып алады.  Жоғары температураны қолдануға қарамай карбидтер ұнтақтарын алу әдісінің тиімділігі жоғары, себебі бұл әдіспен сапасы жоғары өнім алынады. Нитридтерді алу. Элементтердің периодты жүйесіндегі IVa, Va және кейбір VIa-топтарындағы металдардың нитридтері қызығушылық тудырады. Титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий немесе танталдың нитридтерін металдар немесе олардың қосылыстарын азот(немесе аммиак) және күйенің қоспасын 1200—1400 °С температурасында әрекеттестіру арқылы алады. Тотықты-көміртекті қоспаны азот немесе аммиак қатысында күйдіру арқылы алынған нитридтер арзан болғанымен, металдарды азоттау жолымен алынғандарға қарағанда құрамында қоспасы көп болады.  Боридтерді алу. Металдар мен олардың гидридтерін бормен біріктіре жентектегенде боридтер пайда болады. Сонымен бірге, құрамындағы борды беретін қатты қосылыстар мен металдарды әректтестіруге негізделген әдісті жиі қолданылады.  Силицидтерді алу. Басқа да қиын балқитын металдарды алу әдістері сияқты бұл әдісте мынадай ұнтақ алу жолдары бар: компоненттерді балқыту немесе жентектеу арқылы синтездеу:  Me + Si →MeSi                           (17)  көміртегінің қатысуымен металл тотықтары мен олардың қосылыстарының реакцияласуы, мысалы МеО + SiO2 + С→MeSi + CO (18) Металл тотықтары мен металл еместердің металлотермиялық тотықсыздануы: МеО –SiO2+Al (Mg) + S→MeSi + күкіртті шлак (19) Мыс-силицидті әдіс: CuSi + МеО→MeSi + (Сu + СuО-S iO2)             (20) Электролиз.Электр тоғы тотықсыздағыш болып табылатын металдық тұздарды электролиздеу арқылы жуықша 60 түрлі металдың ұнтақтары алынады. Көпшілігін балқымаларды электролиздеу; металдардың жуықша 20 түрін сулы ерітінділерден тұндыру арқылы алуға болады.  Балқымадан электролиттік тұндыру тантал үшін өте маңызды, ал сулы ерітінділерден мыс, темір және никель ұнтақтары алынады.  Балқымадағы немесе ерітіндідегі тепе-теңдік кезінде: Mez +ze Me                     (21) тепе-теңдік потенциалы Нернст теңдеуімен анықталады: εMe= ε 0Me +[RT/(zF)]ln CMez+                       (22) мұндағы R –газ тұрақтысы, F —Фарадей саны. εMe- шамасы металдың стандартты потенциалына ε 0Meжәне металдың валенттілігіне z1, сонымен бірге электролиттегі оның иондарының концентрациясына сМе тәуелді. Электролиттен металды тұндыру үшін бұл потенциал εMe теріс мәнді болу керек. Ол электролиз процесінде сырттан тоқ беру арқылы жүзеге асады. Қарапайым жағдайда электролизді екі электро­дтар көмегімен— анод және катод көмегімен жүргізеді.  Ерітіндіде (элоктролитте) иондары болатын металдан құйылған анодты пайадаланады.. Тұрақты тоқ көмегімен иондар анодтан катодқа тасымалданып, соның бетінде тұнады. Тоқ тығыздығымен бірге өсетін поляризация құбылысы металдың еруі мен электродта тұнуына кедергі болады. Ол тұздың электролизіне қажетті потенциалды азайтады, яғни қосымша э.қ.к. керек, себебі іс-жүзінде тұнған масса электрохимиялық эквивалентпен анықталатын теориялық массадан аз болады. Сапасы жоғары өнімді алу үшін қышқылдығы жеткілікті металдық тұздар мен отырғызғыштар (присадкалар) қолданылады. Катодтарды болаттан, түсті металдардан, алюминийден, қиын балқитын металдар немесе графиттен жасауға болады. Катодтың бетіндегі тұнбаны оңай түсіру үшін иілгіш катодтарды қолданған тиімді. Сонымен бірге, катод ретінде соңында тұнбамен бірге өңделетін металдық сүзгіштер немесе престелген ұнтақтар қолданылады. Ерімейтін анодтар үшін графитті қолданады. Қатодтың қалдығын (сынық, қалдықтарды) ерімейтін қораптарға жинайды.   Әдебиет: 1 нег. [30-47 ], 1 қос. [41-43 ] . Бақылау сұрақтары: 1. Ұнтақтарды көміртегімен тотықсыздандыру әдісімен алуды түсіндіріңіз. 2. Ұнтақтарды газдармен тотықсыздандыру әдісімен алуды түсіндіріңіз.  3. Ұнтақтарды алудағы металлотермиялық әдістің механизмін түсіндіріңіз. 4. Ерітінділерден ұнтақтарды алу. 5. Қиын балқитын металдарды алудың химиялық әдістерінің ерекшеліктері. 6. Металдарды электролиттік әдіспен алу, оның механизмі. 7. Қиын балқитын қосылыстардың ұнтақтарын алу жолдары.   № 4 дәріс. МЕТАЛДЫҚ ҰНТАҚТАРДЫҢ ХИМИЯЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ Ұнтақтардан материалдар немесе бұйымдар жасаудың алдында олардың құрамындағы негізгі материалдың, ұнтақтың негізгі компоненттерінің, қорытпаның немесе металдардың қосылыстарының, қоспалардың, әр түрлі механикалық ластағыштардың және газдардың үлестерін анықтап алу қажет. Ұнтақтың химиялық құрамы негізінен олардың өндіру әдісіне және бастапқы материалдардың тазалық дәрежесіне тәуелді. Химиялық талдауларды көбінде құймалы металдардың және қорытпалардың құрамын анықтауға арналған МЕСТ - бойынша жүргізеді. Ұнтақтағы негізгі металдың немесе қорытпаның негізгі компоненттерінің қосындысы 99%-дан жоғары болуы керек, яғни көптеген ұнтақты материалдарды жасауға осындай құрамды бастапқы өнім жарамды болады. Қасиеттері ерекше болатын бұйымдар өндірісінде, мысалы, магнитті заттар үшін тазалығы өте жоғары ұнтақтарды қолданады. Ұнтақтағы қоспалардың шекті үлесі олардың дайын бұйымдағы рұқсат етілген үлесімен анықталады. Бірақ тотықсыздағыштың қатысында сәйкес металдың белсенді атомдарын түзетін, ұнтақтардың жалпы жентектелуін жақсартатын темір, никель, вольфрам және басқа металдардың тотықтарына шектеу қойылмайды. Сондықтан металдық ұнтақтардағы осындай тотықтардың үлесі көбірек болуы (1/10) мүмкін, ал оттегінің үлесі 0,2-1,5% аспау керек. Ұнтақта қиын тотықсызданатын хром, марганец, кремний, титан, алюминий және басқа да тотықтардың болмағаны жақсы, себебі олар әрі қарай ұнтақтардың престелуін және алынатын дайындамалардың жентектелуін қиындатады. Металдық ұнтақтарда бай беттерде адсорбцияланған, оларды дайындау процесінде немесе әрі қарай өңдегенде бөлшектердің ішіне енген оттегі, сутегі, азот және т.б. газдардың біршама үлесі болады. Қыздыру кезінде ұнтақтағы газ тәрізді қоспалар ластағыш және кейбір жағдайларда қосылатын майлағыштардың (ұнтақтардан дайындама жасау үшін престеудің жағдайдарын жақсарту мақсатымен қосылатын) ыдырауынан пайда болады. Ұнтақ бөлшектерінің бетінде күш өрістерінің қанықпағандығынан газдық қабықшалар өздігінен түзіледі. Ұнтақтың бөлшектері ұсақ болған сайын газ көп адсорбцияланады. Бөлшек ішіне газдар әр түрлі жолмен түседі. Химиялық қосылыстарды тотықсыздандырғанда тотықсыздандырғыштың газдарының бір бөлігі мен реакцияның газтәрізді өнімдері сыртқа ұшып үлгірмей қалады немесе еріген күйде, болмаса көбік түрінде ұнтақтардың құрамында қалып қоды. Электролиттік жолмен алынған ұнтақтардың құрамында сулы ерітінділерді электролиздеу кезінде катодта тұндырылатын металмен бірге бөлінетін сутегі қалып қояды. Карбонилді ұнтақтарда еріген оттегі және көміртегінің тотықтары, тозаңдатып алынғанда бөлшектің ішіне механикалық жолмен ендірілген газдар болады. Еріген газдардың мөлшері көп болғанда ұнтақтардың, прес-қалыптардағы дайындамалардың сынғыштығы артады, жентектеу кезіндегі газдың көп бөлінуі бұйымның қасиеттерін қалыптастыратын процестерді бұзуы мүмкін. Сондықтан, ұнтақтарды, әсіресе дисперстілігі жоғары ұнтақтарды газдың тиімді бөлінуін қамтамасыз ететін вакуумдық ортада өңдеген дұрыс. Ұнтақтағы газдың үлесін ұнтақтарды қыздыруға және балқытуға, вакуумда тазалауға негізделген күрделі әдістермен анықтайды. Ұнтақтардың ылғалдылығын (ылғал үлесін 0,1 %дейін ) электрлік кептіргіш пешінде үлгінің массасы тұрақты болғанша қыздыру арқылы анықтайды. Ылғал үлесі (x%) x= (m2-m3)/m1  формуласы бойынша анықталады, мұндағы m1 - ұнтақ массасы; m2,m3-  қыздыруға дейінгі және кейінгі ұнтағы бар стақанның массалары. Ұнтақтардың маңызды қасиеттері қатарына олардың жалынданғыштығы, өртенгіштігі, жарылғыштығы, улылығы жатады. Ұнтақтың жалынданғыштығы.Ұнтақтың жалынданғыштығы - салыстырмалы түрде алғанда жоғары емес температурада қоршаған атмосферамен жанасқанда ұнтақтың жалындануына және кейбір кезде жарылуына әкелетін ұнтақтың өздігінен жануға бейімділігі. Ол металдың тазалығына және химиялық табиғатына, ұнтақ бөлшектерінің ірілігі мен пішініне, бөлшек беттерінің күйіне тәуелді болады. Тотықтар қабықшасы жалынданғыштықты төмендетеді, ал беттің кедір-бұдырлығы - көбейтеді. Жинақты, тұтас (құймалы) күйінде кейбір металдар ғана өртенгіш келеді және салыстырмалы төмен температураларда кейбір металдар (мысалы, магний, титан, гафний және т.б.) өртенуі мүмкін. Жалындану тотығу кезінде ғана мүмкін емес, сонымен бірге металдық ұнтақ пен азот немесе құрамында көміртегісі бар газдармен әрекеттескенде карбидтер мен нитридтердің түзілуі және т.б. экзотермиялық реакциялар нәтижесінде пайда болады. Негізгі себебі ретінде олардың оттегімен (ауамен) әрекеттесуін санауға болады. Кейбір металдардың ұнтақтарының (салыстырмалы төмен температураларда ) ауамен жанасуы бір мезетте жалындануды тудырады. Егер басталған реакцияны тоқтататын факторлар жоқ болса, мысалы, бөлшектердің бетінде металдың қоршаған ортамен тікелей жанасуына кедергі болатын тотықтың нығыз, қорғаушы қабығы түзілмесе, онда тұрақты жану басталады. Жалындану үшін кейбір кезде экзотермиялық реакциядан көп энергия бөлінетін болса, сыртқы жылу көзі керек емес.Ұнтақтың жалынданғыштығы оның еркін төгілмелі күйінде (яғни аэрогель түрінде) немесе қоршаған ортада көтеріңкі күйінде (яғни, аэрозоль түрінде) болуына байланысты болады. Аэрозоль үшін өздігінен қызу, бықсу, өздігінен жалындану және жалындану, сонымен бірге жалындану энергиясын анықтау қажет. Өздігінен қызу t0 - бөтен жылулық импульс көмегімен инициирленген(қызған газ ортасымен немесе қызған денемен), қоршаған ортамен әсерлескенде ұнтақта пайда болатын экзотермиялық реакцияның ең төменгі температурасы.  Бықсу t0- өздігінен қызу нәтижесінде пайда болатын, ұнтақтардың бықсуы, яғни жалынсыз жарқырауы басталатын ең төменгі температура. Оның өзгерісін қыздырғыш қондырғыда орнатылған ұнтақтың бықсу кезін көзбен тіркеуге негізделген. Өздігіненжалындану t0- өз еркімен жалынның пайда болуымен аяқталатын ұнтақтағы экзотермиялық процестің жылдамдығы күрт өсуінің ең төменгі температурасы. Осы температура ретінде - пешке салынған ұнтақтың қабатының жалындануы басталатын пештің ең төменгі температурасын алады. Жалындану t0- бөтен жылу көзінен экзотермиялық реакцияның басталуы әсерінен және өздігінен жалынданумен бітетін ұнтақтағы температура кенеттен жоғарылайтын ұнтақтың ең төменгі температурасы. Оны анықтау үшін ұнтақтың қабатына жылытылған денені жанастырады. Егер осы кезде ұнтақ жалынданса, онда дененің температурасын минималды жалындану температурасы деп аталады( жанастыру уақыты аз болса жанасу аймағында ұнтақ температурасын анықтау техникалық жағынан өте қиын).  Жалындану энергиясы – жалындануға жеткілікті болатын ұнтаққа берілген энергия шамасы. Жуықша оны ұнтақтың жалындану температурасын және оны оған дейін қыздыру уақытын біле отырып, жылулық тепе-теңдік формуласы бойынша есептейді. Жалындануға сынауды шоқ шығаратын қондырғылар көмегімен жүргізгенде жалындану энегиясы ұнтақты жалындандыратын разрядтардың минималды энергиясына сәйкес болады.  Бөлшектердің өлшемі азайған сайын жалындану температурасы төмендеп, жоғары дисперсті ұнтақ пирофорлы болады, яғни бөлмелік температурада өздігінен жалындану қасиетіне ие болады. Бөлшектерінің пішіні дұрыс емес, кедір-бұдырлы ұнтақ дөңгелек пішінді ұнтақтарға қарағанда жеңіл, тез жалынданады. Қоршаған атмосфераның құрамы өздігінен жалындануға әсерін тигізеді, себебі ол термодинамикалық эффектілердің шамасын, тотығу кинетикасын және түзілген тотықтық қабықтың қасиеттерін анықтайды. Ұнтақтәрізді массаны тұтас, жентектелген материалға өңдеу көптеген параметрлермен сипатталады. Бастапқы ұнтақтың қасиеттері неғұрлым толық және оның бәрі белгілі болса, соғұрлым өндіру технологиясы дұрыс құрастырылып және алынған өнімдердің қасиеттері қажетті мәндерден аз ауытқитын болады. Тағы ұнтақтың бір ерекшелігі олардың улы болуы. Тұтас күйінде көптеген металдар зиянсыз болғанымен, ұнтақ күйінде барлығы әр түрлі дәрежеде улы болады, сондықтан оларды қолданғанда жұмыс қауіпсіздігін сақтайтын көмекші құралдарды қолдану қажет. Жентектеу процестерін қасиеттері белгілі болатын ұнтақтарды таңдау арқылы реттеуге болады.Ұнтақтың жеке бөлшектерінің, сонымен бірге олардың жиынтықтарының қасиеттерін сипаттайтын сынаулардың және зерттеудің әр түрлі әдістері қажет. Ұнтақтың жарылғыштығы. Ұнтақтың оттегімен жоғары жылдамдықпен әсерлесуі жарылғыш толқынның пайда болуы- өте қатты жылдамдықпен таралатын энергияның кенеттен бөлінуіне әкеледі, яғни жарылыс болады. Жарылғыштық негізінен металдық ұнтақтын түйіршіктілігіне(дисперстілігіне), оның тотығу дәрежесіне, газ фазадағы оттегінің үлесіне тәуелді. Негізінен ірілігі ≤150-200 мкм болатын аспалы күйдегі ұнтақтар жарылғыш келеді. Өте ұсақ бөлшекті металдардың жарылғыштық температурасы төмен болады, меншікті беттің ұлғаюымен, яғни ұнтақтың активтілігінің өсуімен ол оңай жарылады. Бөлшектердің тотығу дәрежесі де жарылғыштыққа қатты әсер етеді, жаңа дайындалған ұнтақтар өте қауіпті келеді. Әдебиет: 2 нег. [101-103], 3нег.[228-238],1 қос. [43-44] Бақылау сұрақтары: 1  Ұнтақтардың химиялық қасиеттеріне қандай көрсеткіштер жатады? 2  Ерекше қасиеттері болатын бұйымдарды жасауға арналған бастапқы материалдарға қандай талаптар қойылады? 3  Өздігінен қызу және бықсу температураларына анықтама беріңіз. 4  Өздігінен жалындану және жалындану температураларына анықтама беріңіз. 5  Жалындану энергиясын қалай есептейді? 6  Ұнтақтардың жарылғыштығы қандай факторларға байланысты? №5 дәріс. МЕТАЛДЫҚ ҰНТАҚТАРДЫҢФИЗИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ Әр түрлі әдістермен алынған ұнтақтар бөлшектерінің өлшемі микрон үлесімен 0,5 мм-ге дейін ауытқиды. Тотықсыздандыру және электролизбен алынған ұнтақтарда - бөлшектер өлшемі үлкен аралықта жатады.  Ұнтақ бөлшектерінің өлшемі оның басқа қасиеттерімен бірге берілген қасиеттерді алуда маңызы зор. Ол престелу кезіндегі меншікті қысым мен жентектелу кезіндегі шөгу дәрежелерін   және жентектелген бұйымдардың механикалық қасиеттерін анықтайды. Жентектелгеннен кейін берілген кеуектілікті сақтайтын берік престеме алу үшін, өлшемдері белгілі бөлшектер алынып және олардың ірілігі бойынша жинақталған ұнтақтар қажет. Іс жүзінде бөлшектердің өлшемі бірдей болатын металдық ұнтақтар ешқашан кездеспейді. Ірілігі әртүрлі бөлшектердің фракцияларының салыстырмалы мөлшері ұнтақтың гранулометриялық құрамы деп аталады. Әдетте гранулометриялық құрам кесте түрінде немесе түйіршіктік қисық графигі түрінде өрнектеледі. Ұнтақты металлургияда қолданылатын металдық ұнтақтар шартты түрде 1-кестеде келтірілгендей топтарға бөлінуі мүмкін:

Кесте

Ұнтақтардың категориялары

Ұнтақтар категориясы	Бөлшектер өлшемі, мкм.	Ұнтақтар категориясы	Бөлшектер өлшемі, мкм.
Ірі	150-500	өте ұсақ	0,5-10
Орташа	40-150	ультраұсақ	<0.5
Ұсақ	10-40

Бөлшектердің ірілігіне тәуелді гранулометриялық құрамды анықтау үшін талдаудың әртүрлі әдістері: електік, микроскопиялық, седиментациялық және басқалары қолданылады.

8кесте

Ұнтақ бөлшектерінің пішіндері

 

Бөлшек пішіні	Ұнтақты алу тәсілі
1.Сфералық	Балқыманы тозаңдату(дисперстілеу), карбонильді, буланудыру—конденсациялау
2.Кеуекті	Қатты тотықтарды тотықсыздандыру
3.Дендритті	Электролиз
4.Сынық	Қатты материалдарды шарлы айналмалы диірменде ұнтақтау
5. Табақшалы	Қатты материалдарды құйынды диірменде ұнтақтау
6. Тамшы түрінде	Балқыманы тозаңдату

 

Бөлшектер пішіні ұнтақтың технологиялық қасиеттерінің және олар арқылы ұнтақтан дайындалған әзірлемелердің қасиеттерінің біркелкілігіне, беріктігіне және тығыздығына маңызды әсер етеді. Аса берік дайындамаларды дендритті пішіндегі бөлшектер береді, өйткені бұл жағдайда ілінісу күштерімен қатар таза механикалық себептер де әсерін тигізеді.

Бөлшектер беттігінің бұдырлығы олардағы артық энергия қорын ұлғайтып, келесі престеу, жентектеу кезінде ұнтақты бұйымдардың қасиеттерін күшейтеді.

Бөлшектер пішінін бағалау үшін пішіннің екі факторын анықтайды:

1) бөлшектің тең ості еместілік факторы

Ф_т=l_max/l_min      (22)

2) бөлшек беттігінің дамушылық факторы Ф_д – бөлшектің бақыланатын периметр квадратының Р оның орыналатын ауданына S қатынасы:

Ф_д=P²/S                    (23)

Електік талдау. Електік талдау аса қарапайым және ол ірі және орташа ұнтақтардың гранулометриялық құрамын анықтауда кең таралған. Електік талдау тесіктерінің өлшемі әртүрлі болатын електер жиынтығынан тұратын арнайы аспапта жүргізіледі. Електер жоғарыда ең ірі тесіктер, ал төменде ең ұсақ тесік болатын торлар кезектілігімен орналастырылады; електер жиынтығы ернеушесі тұтас түпті табандықпен аяқталады. Бірнеше електік шкалалар бар.

АҚШ-та өздерінің тор шкаласын (Тейлор стандарты) қолданады. Елек негізі ретінде жарықтағы тесіктерінің өлшемі 0,074 мм болатын елек қабылданған. Модулі   болатын електердің негізгі қатары және модульі  болатын қосымша електер қатары бар (модуль деп жиынтықта қатар, бірінен кейін бірі келетін екі елек тесіктерінің өлшемдерінің тұрақты қатынасын атайды). Кез-келген елек өлшемі 0,074 мм-ге еселі болып келеді. Мысалы, негізгі аса ірі електен кейінгінің өлшемі   құрайды, келесісі - мм және т.т. Електердің қосымша қатары тесіктерінің өлшемін есептеу үшін  модулін пайдаланады. Тесіктер өлшеміне тең кез-келген елек сымының диаметрін мына формуламен анықтайды:

                                     (24)

мұндағы m - електің бір сызықты дюймындағы 25,4 мм сәйкес тесіктер саны (меш).

Мысалы, 200 меш елек үшін тесіктер өлшемі былайша анықталады:

                      (25)

Тордың кез келген шкаласы үшін тесіктер өлшемдері a (мм), сымның диаметрі d (мм) меш саны m және квадрат тесікті тордың нақты қимасы (тесіктерінің салыстырмалы ауданы) – S_c , %) аралықтарындағы тәуелділік төмендегідей өрнектеледі:

; S_c= 0,155 (25,4-m d)²; S_c =[a²/(a+d)²] 100             (26)

Електік талдау кезіндегі елеу ұзақтығы 15-30 минутты құрайды, ұнтақ өлшемдісі 100 г. Електік талдау нәтижелерін белгілі үлгімен жазады. Елеу кезінде електе қалған ұнтақ үлесін қосу фракциясы, ал електен өткенді – минус фракциясы деп атайды. Мысалы, 0.100-електе қалған, бірақ ең ірі 0.125 елек арқылы өткен ұнтақ фракциясы былайша белгіленеді – 0.125+0.100 немесе – 125+100 мкм. Әр фракцияның салыстырмалы үлесін 0,1 % дәлдікке дейін келесі формула бойынша есептейді:

Х =(GҰ / G)100                        (27)

мұндағы G_Ұ – берілген ұнтақ фракциясының массасы, г; G – сыналатын үлгінің массасы, г.

Ал < 0,1 % фракция мөлшерін «іздер» ретінде белгілейді. Әрбір ұнтақ үшін електік талдауды екі рет жүргізеді.

Ұнтақтың диспестілігін және толық сипаттамасын гранулометриялық құрамның графиктік бейнелеуі береді. Мұндай графиктің (көлденең) өсіне әрбір фракция бөлшектерінің орташа өлшемі d_орт салынады. d_орт қысқартылған түрде оң және теріс електер тесіктерінің орташа арифметикалық өлшемдері ретінде анықталады. Осылайша, мысалы, - 125+100 мкм фракциясы бөлшектерінің орташа өлшемі

 

d_орт=                       (28)

Графиктің тік өсіне фракция бөлшектерінің салыстырмалы мөлшері салынады.

Өзінің қарапайымдылығы мен орындалу тездігіне байланысты електік талдау ұнтақтық металлургияда түйіршілікті бақылайтын негізгі әдіс болып табылады. Бұл әдістің маңызды кемшілігі болып, тордағы тесіктердің минималды өлшемінің 40 мкм құрайтындығы саналады, яғни ұсақ ұнтақтар електік талдауға берілмейді. Одан басқа, бөлшектердің пішіндері електік талдау нәтижелеріне қателер ендіруі мүмкін: табақты тәрізді бөлшектер ұяшық өлшемі үлкен електе бөгеліп қалады, ал ине тәрізді алынған бөлшектер тесіктері олардың ұзындығынан төмен електің тесігі арқылы өтіп кетеді.

Микроскопиялық әдіс. Пішіні сфералы және полиэдрлі, 1-ден бастап 100 мкм-ге дейінгі бөлшектердің өлшемдерін анықтау үшін микроскопиялық әдіс қолданылады. Бұл әдіс бойынша дайындалған препараттағы ұнтақ бөлшектерінің пішіні жекеше анықталып, өлшемдері бірдейлерінің пайыздық үлесі есептеледі. Ұнтақ бөлшектерінің өлшемдері 1 мкм аз болғанда – электронды микроскоп қолданылады.

Микроскопиялық әдісте бөлшектер өлшемдерін анықтаудың сенімді нәтижелері бөлшектердің үлкен мөлшерін (бірнеше жүздеген) зерттеген кезде ғана алынуы мүмкін. Теңості бөлшектер жағдайында бөлшектің бір өлшемі анықталады, ал ұзартылған бөлшектер жағдайында олардың ұзындығы мен ені өлшенеді. Микроскопиялық әдіс өте ұзақ және еңбек сыйымдылығы үлкен әдіс. Микроскопиялық талдау әдісінде бөлшектердің өлшемін алу және санау көзбен немесе автоматты түрде жүргізіледі.

Седиментациялық талдау. Седиментациялық талдау тұтқыр ортада олардың өлшеміне қарай ұнтақ бөлшектерінің тұнбаға түсу жылдамдықтарының әр түрлі болуына негізделген, бұл әдіспен негізінен ұсақ ұнтақтардың гранулометриялық құрамы анықталады. Жылдамдықты өлшей отырып, Стокс заңы бойынша тұнбаға түсетін бөлшектердің радиусын анықтауға болады:

                                    (29)

мұндағы r – бөлшектің радиусы, см;  - сұйық ортадағы бөлшектің тұну жылдамдығы, см/сек.; - ұнтақ материалының тығыздығы, г/см³; - сұйық орта тығыздығы, г/см³; q – ауырлық күштің үдеуі, см²/сек; - сұйық орта тұтқырлығы, г/см.сек.

Берілген ұнтақ және сұйық орта үшін  және  шамалары тұрақты болып табылады, басқаша айтқанда

                            (30)

Бұл мәнді жоғарыдағы теңдеуге қойып,  аламыз. Стационарлық қозғалыста  , мұндағы H – құлау биіктігі, - уақыт, яғни теңдеудің ақырғы түрі

                                            (31)

Стокс теңдеуі бөлшектерінің өлшемі 1-100 мкм ұнтаққа ғана қолданылады, өйткені ірілігі көбірек ұнтаққа орта инерциясы күштерінің әсері пайда бола бастайды, бұл кезде Стокс теңдеуі есепке алынбайды, ал өлшемі 1 мкм-нан кем бөлшектер тұнбаға өте жәй түседі және іс жүзінде идентификациялануы мүмкін емес. Седиментациялық талдаудың іс жүзінде қолданылу тәсілдері де көп. Микроскопиялық әдіспен седиментациялық және електік талдаумен алынған түйіршілікті (дисперстілікті) талдау нәтижелерін график арқылы бейнелеу бірнеше тәсілдермен іске асырылуы мүмкін. Бұл үшін бастапқы мәліметтер ретінде ұнтақтың зерттелген үлгісінде әртүрлі фракциялардың мөлшерін анықтау нәтижелері алынады. Графиктік бейнелеуде абсцисса өсінде пайыздық мөлшер салынады.

Меншікті беттік. Ұнтақ бөлшектерінің пішіні мен өлшемі меншікті беттік шамасын анықтайды, яғни бөлшектер аралығындағы түйісу беттігінің сапалы және санды өзгерістерінен тұратын, ұлғаюы жентектелу кезіндегі процестерді активтендіретін энергияны меншікті беттік шамасын анықтайды.

Ұнтақ түріндегі денелердің меншікті беттігі дегеніміз көлем немесе масса өлшем бірлігіндегі ұнтақтың барлық бөлшектерінің беттерінің қосындысы. Металл ұнтақтарының меншікті беттінің шамасы 0,01 м²/г-нан 15-20 м²/г дейін болады. Меншікті беттік шамасы тек бөлшектер өлшемі мен пішініне ғана емес, сонымен қатар ұнтақтардың алыну жағдайларына, беттердің даму дәрежесіне де тәуелді. Бөлшектердің өлшемі аз және пішіні күрделі болған сайын, беттің бұдырлығы жоғары болған сайын олардың меншікті беттер шамасы да артады. Осы ұнтақтың маңызды сипаттамасы престеу және жентектеу операцияларында ұнтақты материалдың күйін анықтайды. Ұнтақтардың меншікті бетін анықтау үшін көбінде олардың адсорбциясын және газ өткізгіштігін өлшеуге негізделген әдістер қолданылады.

Аса дәл болып, адсорбцияланатын заттар молекулалары қатты денелер беттігінде мономолекулярлы қабатпен орналасады деген алдын-ала болжау негізінде жатқан адсорбциялық әдістер есептеледі. Адсорбциялық әдістердің арасында төменгі температуралардағы азот буларының адсорбциясы және бөлме температурасындағы метанол буларының адсорбциясы аса кеңінен қолданылады. Әдістің маңызы: зерттелетін ұнтақ өлшендісінің (10-20 г) қымталған сыйымдылыққа салып, 10^-3-10^{-4 мм сынап бағанасында вакуумда газсыздандырып, одан кейін сыйымдылыққа азот немесе метанол буларының жіберілуге негізделген. Сынапты манометрмен белгіленген газ қысымы, біраз уақыттан кейін бөлшектер беттігінде булардың адсорбциясы нәтижесінде төмендейді. Ұнтақтың меншікті беттік шамасын адсорбцияға дейінгі және адсорбциядан кейінгі азот немесе метанол қысымдарының айырмасы бойынша есептейді.}

Ерітінділер мен бояғыштар (мысалы, метиленді көк) адсорбциялары дәлдігі аз әдістерге жатады. Бояғыштар жағдайында адсорбцияланған заттар мөлшері жарым-жартылай немесе толығымен түссізденген ерітіндінің колориметриленуімен анықталады. Адсорбциялық әдістерде, зерттелетін ұнтақтың көлем (см³) немесе масса (г) өлшем бірлігіне енгізілген, адсорбцияланған заттың мөлшері (мг) ұнтақтың меншікті бетіне тіелей пропорционалды. Адсорбциялық әдістер меншікті бетті анықтау үшін ұзақ уақытты талап етеді және салыстырмалы түрде күрделі болып табылады.

Ұнтақтардың меншікті бетін ұнтақ қабаты арқылы газ немесе сұйықтың сүзілу жылдамдығы бойынша анықтау аса тез, бірақ дәлдігі азырақ болып саналады. Әдіс, ұнтақ түріндегі материалдар арқылы газ немесе сұйықтың сүзілуі кезінде сүзу коэффициентінің ұнтақ бөлшектерінің өлшемдеріне, сүзуші қабаттың кеуектілігіне және ортаның тұтқырлығына тәуелділігіне негізделген. Белгіленген кеуекті материал қабаты арқылы сүзу ортасының жылдамдығы сүзуші квадратына кері пропорционал.

Ұнтақты металлургия тәжірибесінде бәрінен жиірек атмосфералық қысым мен кнудсеновтық режим шарттарында газ өткізгіштікті өлшеуді пайдаланады. Бұл әдістердің біріншісі тек бөлшектер өлшемі 100 мкм-нан артық ірі бөлшекті ұнтақтар үшін қолданылады. Аса ұсақ ұнтақтарда төменгі нәтиже алынады.

Қондырғылардың ішінде көрсетілген әдісті іске асырудың аса қарапайым және кең таралғаны В.В.Товаров аспабы. Өлшенген ұнтақ өлшендісі перфорирленген түпті кюветаға салады. Ұнтақ қабаты арқылы гидравликалық аспиратордың көмегімен ауа сорылады, оның мөлшері аспиратордан ағып шығатын су көлемі бойынша өлшенеді. Ұнтақ арқылы ауаның сорылуы кезіндегі қысымның күрт төмендеуі манометрмен өлшенеді, ал меншікті беттік төмендегі өрнекпен анықталады

        (32)

мұндағы  - ұнтақ қабатының салыстырмалы тығыздығы, бір лік үлесі;

        А – кюветаның көлденең қимасы,см²;    

        р – манометрдің көрсеткіші,см;

        - ұнтақтың үймелік массасы,г/см³;    

        q - ауаның көлемдік жылдамдығы, см³/сек.;

         - тәжірибе температурасындағы ауа тұтқырлығы, г/см.сек;

        Н – кюветадағы ұнтақ қабатының биіктігі, см.

Тығыздық. Ұнтақ тығыздығын анықтаудың пикнометрлік әдісі кеңінен қолданылады. Металдық ұнтақтардың пикнометрлік (шынайы) тығыздығы олардың ішкі кеуектілігіне, кристалдық тордың ақаулылығына, тотықтар мөлшеріне тәуелді және ол ұнтақ материалының кристалдық тор параметрлерін анықтау кезіндегі рентгенографиялық мәліметтер негізінде есептелген тығыздық шамасынан өзгеше болады. Пикнометрлік тығыздықты анықтау кезінде ұнтақ үлгісі белгілі көлемдегі (10, 25, 50 мл) өлшегіш ыдысқа, мұқият кептірілген және өлшенген пикнометрге салынады. Пикнометр ұнтақпен үштен екі көлеміне дейін, толтырылып өлшенеді, одан кейін қалған көлемді пикнометрлік сұйықпен (бензилді спирт, керосин) толтырады, ол ұнтақпен жақсы жұғысуы тиіс және бір уақытта оған химиялық инертті болуы керек, сонымен қатар тығыздығы тұрақты, бу серпімділігінің мәндері, тұтқырлығы, беттік керілісі (тартылысқа) және молекулалар өлшемі минималды болуы қажет.

Сұйық және ұнтақпен толтырылған пикнометр қайта өлшеніп, пикнометрлік тығыздық   мына формуламен анықталады:

 

                                      (33)

 

мұндағы Р₁- пикнометрдің массасы,г;

Р₂ – ұнтағы бар пикнометрдің массасы, г;

Р₃- ұнтағы және сұйықтығы бар пикнометрдің массасы, г;

- пикнометрдің көлемі, см³;

 - сұйықтықтың пикнометрлік тығыздығы, г/см³.

Анықтаудың дәлдігін жоғарылату үшін, ондағы ұнтақтар мен сұйықты вакуумдауға мүмкіндік беретін, вакуумдық пикнометрлер қолданылады. Кейде зерттелетін ұнтақты кеуектілігі 20-30 % кесекшелер түрінде престеп, 10-2 мм сын.бағанасында вакуумда 30-40 минут бойы вакуумдайды, кейін тығыздығы белгілі жұғысатын сұйық құйылады. Осыдан кейін кесекшелер ауада және суда өлшенеді.

Пикнометрлік тығыздық келесі формуламен есептеледі:

                                        (34)

мұндағы Р₁ және Р₂ - сұйықтық жұғыспаған және сұйықтық жұғысқан кесекшелердің массасы, г; - судың тығыздығы, г/см3.

Тығыздықтың теориялық мәнінен аса көп ауытқуы тотықсызданған ұнтақтарда байқалады, бұл тотықсызданбаған тотықтардың қатысуымен, тотықсыздану жағдайларында пайда болған микрокеуектер мен жолақтардың артық мөлшерінің болуымен түсіндіріледі.

Ұнтақтардағы тотықтардың артық мөлшері пикнометрлік тығыздық шамасын төмендетеді. Осыған байланысты металдық ұнтақтардың пикнометрлік тығыздығын өлшеуді ұнтақтың әр партиясында жүргізу қажет, себебі ұнтақтарды алу технологиялық режимінің өзгерісі және оларды ұзақ сақтау оттегі мөлшерінің өзгеруіне әкеледі.

Микроқаттылық. Әртүрлі металдардың деформациялануы олардың кристалдық торының құрылымына орай әртүрлі кедергі көрсетуіне байланысты. Одан бөлек, бір металдың өзі, өз кезегінде ұнтақтың алыну әдісіне байланысты, оның құрылымын өзгертетін, алдын-ала өңдеуге орай деформацияға әртүрлі кедергі көрсетуі мүмкін.

Ұнтақ бөлшектерінің қаттылығы олардың деформацияланғыштығын бағалауға жанама мүмкіндік береді, яғни металдық ұнтақтардың технологиялық қасиеттерін бағалауда, негізінен олардың престелгіштігін бағалау үшін маңызды мәні бар. Ұнтақтың пластикалылығы көп дәрежеде ұнтақты материалдың престелу кезіндегі тығыздалу мүмкіндігін, престемелердің беріктігін, престеу жабдығының қажетті қуатын, прессқалыптарды пайдалану уақытын ұлғайту мүмкіндігін анықтайды. Ұнтақтың пластикалылығын өлшеудің қолайлы шамасы ретінде сол ұнтақ бөлшектерінің микроқаттылығын өлшеу болып табылады. Оны сол ұнтақ бөлшектерінен брикет жасап, оның ыспаланған бетіне аздаған жүктеменің (0,5-200 г) әсерімен алмазды пирамидканы (төбесіндегі бұрыш 136⁰) басқан кезде пайда болған дақ диагоналін өлшеу арқылы анықтайды.

Микроқаттылық негізгі металл құрамындағы әр түрлі қоспалардың және легірлейтін элементтердің мөлшеріне, кристалдық тордың қисаюына өте көп тәуелді. Ұнтақты бөлшектердің микроқаттылығын өлшеу нәтижелерінің үлкен аралықта болуы мүмкін, ол бөлшектерде ішкі кеуектердің артық мөлшерінің болуымен түсіндіріледі.

Әдебиет: 1 нег. [63-71 ], 2 нег.[101-103], 1 қос.[ 44-47]

Бақылау сұрақтары:

1.Ұнтақтардың физикалық қасиеттеріне қандай шамалар жатады?

2.Ұнтақ бөлшектерінің өлшемі мен пішіндеріне қандай факторлар әсер етеді?

3.Ұнтақтардың гранулометриялық құрамын қалай анықтайды?

4.Ұнтақ бөлшектерінің өлшемін қандай әдістермен өлшеуге болады?

5.Меншікті бет және оның технологиялық қасиеттерге қалай әсер етеді?

6.Тығыздықты анықтау тәжірибесі.

7.Микроқаттылықты анықтау.

№6 дәріс. МЕТАЛДЫҚ ҰНТАҚТАРДЫҢ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ

Ұнтақтардың өлшемдері, оның бөлшектерінің пішіні мен таралуы ұнтақтық массаны толық сипаттау үшін жеткіліксіз болады. Технологиялық процестерді ұйымдастыру үшін бөлшектер жиынтығының статикалық және динамикалық сипаттарын анықтау қиын. Сондықтан, ұнтақтарды өңдеудің кейбір операцияларына ұқсас сынақтар жүргізіледі. Мұндай сынақтар технологтарға ұнтақтың арнайы материалдар алуға жарамдылығын немесе ұнтақтарды өңдеуге белгілі факторлардың әсер етулерін (құрамның, бөлшек өлшемдерінің, тұйіршіктенудің, майланудың және т.б. өзгерулерін) бағалауға мүмкіндік береді.

Ұнтақтардың технологиялық қасиеттеріне үймелік және сілкілеу массалары, аққыштық және престелгіштік жатады.

Сеппелі тығыздық. Сеппелі тығыздық γ_сеп (г/см³) – бұл еркін себілген ұнтақ көлемі бірлігінің массасын көрсетеді және көлемдік сипаттама болып саналады. Оның шамасы берілген көлемді еркін толтырған кезде ұнтақ бөлшектерінің жинақталу тығыздығымен, яғни көлемінің нақты толтырылуымен анықталады. Ұнтақ бөлшектері неғұрлым ірірек, дұрыс пішінді болып, пикнометрлік тығыздығы үлкен болған сайын сеппелі тығыздық соғұрлым көп болады. Бөлшек бетінің тегіс болмауы және бұдырлардың (выступ) артық мөлшері олардың өзара орналасуын қиындатады, сол себепті тегіс бетті болмайтын ұнтақтың сеппелі тығыздығы аз болады. Гранулометриялық құрам да осы қасиетке маңызды әсерін тигізеді, әсіресе өте ұсақ фракциялардың болуы үйкеліс беттерінің өсуіне әкеліп, сеппелі тығыздықты төмендетеді. Ал гранулометриялық құрам үлкен аралықта болса, мысалы ірі бөлшектер мен ұсақ бөлшектердің қатынасы шамамен 7-10 құрайтын болса, ірі бөлшектер арасындағы бос қуыстардың ұсақ бөлшектермен толу себебінен сеппелі тығыздық өсетін болады.

Пресс-қалыпты конструкциялау кезінде ұнтақтың тығыздығы туралы білім кажет. Престеу кезіндегі ұнтақтарды мөлшерлеу көбінесе көлемдік әдістермен іске асады, сол себепті сеппелі тығыздық тұрақтылығын қадағалау бұл жағдайда қажетті шарт болып табылады. Жентектелу кезіндегі шөгу ұнтақтың сеппелі тығыздығымен тығыз байланысқан, себебі ол ұнтақтың гранулометриялық құрамына ұқсас. Сеппелі тығыздық маңызды сипаттама ретінде металдық ұнтақтың барлық техникалық шарттарында есепке алынады, және оны анықтау әдісі стандартталған. МЕСТ 19440-74-ке сәйкес сеппелі тығыздықты анықтау әдісі ыдысқа құйғыш арқылы ұнтақтың толтырылуымен және осы ыдыстағы ұнтақ массасының анықталуымен тұжырымдалады. Анықтау алдында үлгі 110+5 °С температурасында кептіріледі де эксикаторда қоршаған орта температурасына дейін салқындатылады.

Құйғыш көмегімен диаметрі 5 мм саңылау арқылы өздігінен өтетін ұнтақтың сеппелі тығыздығын анықтайды. Егер ұнтақтар осындай құйғыш арқылы өздігінен өтпесе, онда волюмометрді пайдаланады. Өлшеуіштегі ұнтақтың артық мөлшері шыны немесе металл пластмассамен алынады. Өлшеуіш (ыдыс) өлшенеді және ұнтақтың таза салмағы ыдыстың көлеміне бөлінеді. Сеппелі тығыздық мына теңдеумен өрнектеледі.

 

g_сеп = (G₂ – G₁)/V, г/см³                    (35)

 

мұндағы G₁ –ыдыстың массасы, г;G₂ – ұнтағы бар ыдыстың массасы, г;                                    V –ыдыс көлемі, см³.

Сынақ үш рет жүргізіліп орташа арифметикалық мәні алынады. Сеппелітығыздықтың кері шамасын сеппелі көлем деп атаймыз. 

 

V_сеп = 1/g_сеп,см³/г                                (36)

 

 

Ұнтақтың басқа көлемдік сипаттамасысілкілеу көлемі және сілкілеу тығыздығы болып саналады. Сілкілеу тығыздығы ұнтақтың өлшендісін (10-50 г) тұрақты көлемге дейін сілкілеу жолымен анықталады. Анықтау бөлгіштері бар мензуркада ұнтақтың алған көлемін тікелей санаумен жүргізіледі. Сілкілеу тұрақты көлем белгіленгенге дейін, яғни ұнтақтың көрінетін шөгуі тоқталғанша, мензурканы столға жеңіл ұрғылаумен жүргізіледі. Сілкілеуді арнайы пневматикалық дірілдеткіштің көмегімен іске асыруға болады.

γ_сіл =G/ V, г/см³                                          (37)

мұндағы G – ұнтақ массасы, г; V – мензуркадағы ұнтақтың сілкілегеннен кейінгі көлемі, см³. Сілкілеу көлемін (см³/г) ұнтақты өлшеген соң есептейді:

Сілкілеу көлемі сілкілеу тығыздығына кері шама: 

V_сіл= 1 / γ_сіл                     (38)

Сілкіндірген кездегі бөлшектердің жақсы құралуы салдарынан сілку тығыздығы сеппелі тығыздықтан 20-50 %-ға артық, ал сілкілеу көлемі аз. Ұнтақты материалдың тығыздығын , сеппелі тығыздығын γ_сеп, сілкілеу тығыздығын γ_сіл және сілкілеу көлемін V_сіл біле отырып, ұнтақтың басқа көлемдік сипаттамаларын есептеуге болады:

Салыстырмалы көлем                         (39)

Салыстырмалы тығыздық               (40)

Кеуектілік           (41)

Салыстырмалы көлем ұнтақтың сеппелі көлемінің тұтас металдың жеке көлемінен неше есе үлкен екендігін көрсетеді. Салыстырмалы тығыздық ұнтақтағы металл көлемінің үлесін, ал кеуектілік – ұнтақтағы кеуектер көлемінің үлесін сипаттайды.

Салыстырмалы тығыздық және кеуектілік өлшемдерінің бірліктері - үлеспен немесе пайызбен өрнектеледі (онда сәйкес шамалардың қатынасын 100-ге көбейтеді).

Аққыштық.Ұнтақтың аққыштығы, яғни оның тесіктерден белгілі жылдамдықпен ағып шығу қабілеттілігі, өндірістік көзқараспен қарағанда өлшендінің прессформаларға тез және үздіксіз берілуін, сонымен қатар күрделі пішіндегі прессформаларды жақсы толтыруды іске асыру үшін өте маңызды.

Ұнтақтың аққыштығы - көптеген факторларға тәуелді (гранулометриялық құрам, пішін және бөлшектер беттігінің күйі және т.б.) күрделі кешенді сипаттама. Негізгі фактор ретінде олардың өзара орын ауыстыруын қиындататын бөлшектердің өз аралықтарындағы үйкеліс және ілініс саналады. Ұнтақтардың басқа қасиеттері бөлшек аралық үйкеліс пен іліністі азайта немесе ұлғайта отырып аққыштыққа әсер етеді.

Ұсақ ұнтақтардың меншікті беттері өте үлкен болғандықтан, бөлшектер өлшемдерінің азаюы кезінде, әдетте аққыштық азаяды. Сонымен қатар, бұдырлылықтың ұлғаюы, бөлшектер пішіндерінің күрделіленуі де аққыштықты азайтады. Әдетте ұнтақтардың тотығуы аққыштықты жоғарылатады, себебі бұл кезде үйкеліс коэффициенті төмендейді және бөлшектер беттігінің кедірі тегістеледі. Ұнтақтың ылғалдылығы аққыштықты мәнді түрде төмендетеді.

Аққыштықты тесіктен бір секундта ағып өтетін, ұнтақ грамдарының санымен өрнектеу қабылданған. Аққыштықты анықтау үшін калибрленген тесіктері бар конустық құйғылар пайдаланылады. Шығатын тесікті саусақпен жауып қойып, кептірілген ұнтақ өлшендісін (50-100 г) 3 мм қашықтықта тік бұрыш астында кесілген, бұрышы 600 және диаметрі 80 мм конусты құйғыға салады.. Шығу тесігінің диаметрі 1-7 мм-ді құрайды (әдетте 4 мм) және ұнтақ ірілігіне тәуелді таңдалады ұнтақ неғұрлым ірірек болса, тесіктің диаметрі соғұрлым кіші болуы мүмкін. Құйғының шығу тесігі арнайы бітегішпен жабылады, ал төменде қабылдағыш қойылады. Құйылғыны зерттелетін ұнтақпен толтырғаннан кейін бітегіш ашылады және бір уақытта секундомер іске қосылып, ұнтақтың ағып өткен уақыты τ анықталады

Шығу тесігінің диаметрі әртүрлі құйғыларды пайдаланған кезде мына формула бойынша аққыштық коэффициентін анықтау ұсынылған:

                                        (42)

мұндағы, - ұнтақ өлшендісінің ағып шыққан уақыты, сек; R - құйғының шығу тесігінің радиусы,мм; Р – ұнтақ өлшендісінің массасы, г; n – 2,58-ге тең коэффициент.

К-ның мәні үлкен болған сайын, ұнтақтың аққыштығы азаяды және керісінше үлкейеді.

Аққыштықты өңдеу, жұмсарту немесе ұнтақты дайындаудың технологиялық тәртіптерін өзгерту арқылы жоғарылатуға болады.

Престелгіштік.Престелгіштік ұнтақтардың маңызды технологиялық сипаттамасы болып саналады. Ұнтақтың престелу қабілеттілігін қарастырғанда, бір жағынан, престелу процесінде нығыздану қабілеттілігіне және екінші жағынан престелгеннен кейінгі пішінінің сақталу қабілеттілігіне көңіл аудару қажет. Жақсы нығыздалу престелу процесін жеңілдетеді. Жақсы пішінделетін ұнтақтар берік нығыздалған бұйым береді. Нығыздалушылық негізінен ұнтақ бөлшектерінің созылмалдылығына тәуелді және аз дәрежеде бөлшектердің пішіні мен өлшеміне байланысты. Пішіндеушілік, керісінше, негізінен бөлшектер беттігінің күйі мен пішініне тәуелді.

Жақсы пішінделген ұнтақтар престелудің аз қысымының өзінде (1 т/см²-тан аз) салыстырмалы берік брикеттер береді. Брикет сығылуға жайлап және бір қалыпты жүктелу кезінде сыналады. Бұл жағдайда пішіндеушілік сипаттамасы болып-брикет беріктігінің престелудің меншікті қысымымен өрнектеледі:

                           (43)

мұндағы, Ф – пішінделгіштіктің көрсеткіші; - сығылу беріктігі, кг/мм²; Р_менш - престелудің меншікті қысымы, кг/мм².

Пішінделгіштікті бағалаудың басқа әдісіретінде брикеттің қажалу және бұзылуына (шашылуына) кедергісін сипаттайтын барабанды үлгі саналады. Престелген бикеттердің қабырғалары перфорацияланған (немесе металдық тордан жасалған) барабанға салынады. барабанды айналысқа келтіріп және белгілі бір уақыт өткенде, мысалы 15 минуттан соң, тоқтатады. Брикеттерді өлшеп, сынауға дейінгі және сынауға кейінгі салмақ айырмашылықтарын анықтайды.

 Жақсы пішінделетін ұнтақтардың нығыздаушылығы жоғары болмайды. Ұнтақтың үймелік массасы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым (көпшілік жағдайларда) пішіндеушілік нашар және нығыздаушылық жоғары. Ұнтақтардың престелгіштігі көп факторларға тәуелді болғандықтан, бұл сипаттаманы өңдеу мақсатында престелуге қабылданған ұнтақтың әрбір жаңа партиясында тексеру керек.

 

Әдебиет: 1 нег. [74-80 ], 2 нег.[101-107], 1 қос.[ 48-51]

Бақылау сұрақтары:

1. Технологиялық қасиеттер және олардың бұйымдардың сапасына қалай әсер етеді?

2. Ұнтақтың аққыштығын қалай анықтайды?

3.  Аққыштықтың өзгеруіне қандай көрсеткіштер әсерін тигізеді?

4. Ұнтақтардың үймелік массасы, үймелік масса және аққыштықтың ұнтақ бөлшектерінің пішіндеріне тәуелділігі қандай болады?

5.  Престелгіштікті қалай анықтайды және оның мәні.

6. Престелгіштік пен қалыптану арасындағы байланыс қандай бар?

7. Престемелердің тұрақтылығын бағалау әдістері қандай?

№7 дәріс. МЕТАЛДЫҚ ҰНТАҚТАРДЫ ПРЕСТЕУ

Ұнтақтық металдарды престеу немесе қалыптау – ұнтақты металлургияның ең қиын сатыларының бірі. Престеу жағдайлары (сызбасы, қысым, температура және т.б.) дайындалатын заттардың физика-химиялық және механикалық қасиеттерін анықтайды.

Престеу күрделігіне қарай үздікті және үздіксіз, престеу қысымы үнемі жоғарылайтын немесе кенеттен өсетін болып бөлінеді. Престемелердің құрылымы мен қасиеттері престеу әдісіне және престеу жағдайларына тәуелді.

Ұнтақтар тығыз жинақталған, қатты заттарға қарағанда, бөлшектерін жоғары қозғалғыштығымен, оларға берілген пішімді тек қана берілген жағдайларда сақтап қалуымен, шектеуші бетке қысым көрсетумен, созу және басқа күштерге аз ғана қарсы тұру қасиеттерімен ерекшеленеді.

Қалыпқа ұнтақты салуды бастағаннан бастап, олардың бөлшектердің беті қоспалармен қаныққан немесе кристалдық торы қисаюы болғандықтан, ұнтақтың бетке жақын қабатын физикалық қасиеттері негізгі материалға қарағанда өзгеше болады.

Ұнтақшалардың беті тегіс болмайды, олардың микроскопиялық және субмикроскопиялық жарықшақтары болады. Сырттан қысым берілмеген жағдайларда бөлшектер арасында жанасу тек белгілі бір беттерде ғана болады. Осы себептен, бастапқы жанасу беттері жалпы бөлшектердің жанасуынан аз болғандықтан, (0,001-0,01%) созылмалы деформация немесе жергілікті бұзылулар тек жанасу аймағындағы кернеулер шекті мәнге жеткенде ғана пайда болады. Ұнтақтардың барлық бөлшектерінің немесе престеменің жанамалы беті деп сол арқылы кернеуі берілетін жанасу бөлшектерінің сыртқы беттерінің қосындысын айтады. Жанамалы беттер көзбен немесе ұнтақты дененің электркедергісін өзгерту арқылы

 

                                  (44)

 

теңдеуінен табылады, мұндағы S_n- ұнтақты дененің номиналды қиындысы; мұндағы S_k- ұнтақты дененің номиналды қиындысының жанамалы беті; λ- меншікті электрөткізгіштік; λk- кеуекті ұнтақты дененің жанамалы электрлік өткізгіштігі.

 Ұнтақты дененің жанамалы қиындының номиналды қиындысына қатынасы салыстырмалы жанамалы қиынды деп аталады:

 

                                        (45)

 

Престеу процесінің мәні - төгілмелі ұнтақты дененің қандай да бір көлемін қысу арқылы деформациялауда, яғни бастапқы көлем азайып, дайындамада берілген пішіннің өлшемі мен қасиеттері қалыптасады. Престеу кезіндегі ұнтақты дененің көлемінің өзгеруі кейбір бөлшектердің ығысып, араларындағы бос жерлердің толуынан және бөлшектердің деформациясынан пайда болады. 

Сынғыш материалдарды престегенде бөлшектер бетінің бұзылуы мен сынуынан деформациялану пайда болады.

 Ұнтақ немесе престеме тығыздығы мен престеу қысымы арасындағы тәуелділікті нығыздалудың идеалды қисығымен үш сипаттамалық ауданмен айқындауға болады. Ұнтақты дененің жоғары нығыздалуы сыртқы күштер әсерінен бөлшектердің қозғалысы мен олардың нығыз жинақталуы бойынша жүруі керек. Бірақ бұл қозғалыстар бірқалыпты болмайды. Кейбір бөлшектер көрші бөлшектермен үйкеліспей, жақын жатқан бос орындарға еркін қозғалады. Басқа бөлшектер көршілермен және пресс-қалыптың қабырғалары беттерімен тығыз жанасып жатқандықтан, қозғалыстары тежеліп ауыр жағдайда болады. Процестің бірінші сатысы біткеннен соң максималды нығыз жинақталуға жақын күй болады. Бірінші сатыда нығыздалу еркін қозғалатын бөлшектер мен аркалардың ығысуынан жүреді. Осыған байланысты, бірінші сатыны ұнтақты дененің құрылымдық деформациялануы жүретін саты деп қарастырады. Бұл саты, сонымен бірге, ұнтақты массаның бастапқы нығыздалуында кейбір жанасулардың серпімді жеңілденуінде маңызды рөл атқарады. Осындай жергілікті жанасулардың жеңілденуінде араларында байланыстар күші азайады, нәтижесінде бөлшектер арасында жанасулар қысқарып, кернеу өседі. Қорыта келгенде, бөлшектердің өзара ығысуы жеңілдейді және қалдықты жанасу аймақтарында деформация жүріп, престеу кезіндегі ұнтақты дененің тығыздығының артуы үдетіледі.

 Нығыздалу процесінің екінші сатысында ұнтақтың максималды нығыздалған бөлшектері сығуға көп кедергі етеді, престеу қысымы жоғарылайды, ұнтақты дененің тығыздығы бір уақытта артады. Бөлшектердің серпімді деформациясынан жанасулардың жергілікті жеңілдетуінің рөлі елеусіз, престеу қысымы жанасу қысымынан асқанда жанасуға жақын аймақтағы созылмалы деформацияның таралуы шектеулі сипаттамалы болады. Ұнтақты дененің бастапқы көлемінің өзгеруі көлемі деформацияланғанда тұрақты болып қалатын тұтас дененің деформациясынан өзгеше болады.

Ұнтақтың нығыздалуын қабықшаларда сұйық немесе газ, қысымның әсер етулерімен пресс-қалыптарда престеу, шликерлі құю және прокаттау және басқа да әдістер қалыптау қамтамасыз етеді. Қалыптау ұнтақты металлургияның мүмкіндіктерінің көп екендігін дәлелдейді. Бұл процестерде болатын құбылыстардың күрделілігі ұнтақтарды нығыздау үшін оларды арнайы нығыздауға дайындайтын операцияларды қажет етеді.

Металдық ұнтақтарды престеуге дайындау. Металдарды престеуге дайындау ұнтақтық бұйымдар мен материалдар дайындауда үлкен орын алады. Металдық ұнтақтарды арнайы зауыттарда өндіреді және іс жүзінде ұнтақтарға тұтынушылар қоятын бүкіл талаптарды сақтау мүмкін емес.

Ұнтақтарды қалыптауға дайындауда негізгі операциялар ретінде күйдіру (арнайы қасиет беру үшін қыздырып күйдіру), елеу және араластыру болып табылады.

Күйдіру. Өңдеудің бұл түрі олардың созылмалдылығын арттыру үшін, яғни нығыздалуын жақсарту үшін қолданылады.

Көбінде қатты металдарды механикалық жолмен, қорытпаларды дисперстілеумен, карбонилдерді электролиздеумен және ыдыратумен алынған ұнтақтар жасытылады. Мұндай ұнтақтардың құрамында еріген газдардың үлесі және жабысқан заттар көп болады. Тотықсыздандыру жолымен алынған ұнтақтардың тазалығын жоғарылату үшін ғана немесе жеңіл бөліктерді ірілету, сонымен бірге ұнтақтың жанғыш тығын арттыру үшін күйдіруді қолданады.

 Ұнтақтарды күйдіруді тотықтарды тотықсыздайтын және дайындамаларды жентектейтін пештерде жүргізеді. Ұнтақтарды әр түрлі қоспалардан тазарту үшін күйдіруде құрамында галогендік қоспалары бар атмосфераны қолданады. Осылайша темірдің ұнтақтарын құрамында сутегі мен хлорлы сутегі қоспасы болатын атмосферада күйдіру нәтижесінде кремнийден, марганецтен тазарған ұнтақ алынады, себебі хлорлы сутегі бұл металдардың хлоридтерін түзіп, ұшып кетуіне ықпал етеді. 

 Ұнтақтардың бөлшектерінің физика-химиялық жағынан біркелкі болуын жақсарту үшін күйдіруді металдың абсолютті балқу температурасының 0,4- 0,75 температурасында жүргізеді. Температураға қарамай, күйдіруді барлық жағдайда қорғаушы немесе тотықсыздайтын атмосферада жүргізеді.

Жіктеу. Белгілі өлшемді бөлшектері болатын ұнтақтар алу үшін немесе әр фракцияның берілген пайыздық қатынастарынан тұратын қоспа алу үшін ұнтақтарды жіктеу немесе елеу жүргізіледі.

Ұнтақты металлургияда бөлшектердің өлшемі 40 мкм-ден төмен болса, електермен жіктеуді, ал 40 мкм-ден жоғары болса ауалық сеперация немесе бөлудің басқа әдістерін қолданады. Жіктеуді ұнтақтарды жасайтын зауыттарда, тербеткіштерді қолдана отырып ұнтақтардың орташа өлшемдерін анықтайды.

Қоспаларды дайындау. Ұнтақтарды престеуге дайындаудың ең жауапты операцияларының бірі – химиялық және гранулометриялық құрамы анықталған қоспа алу. Қоспаны дайындау механикалық және химиялық әдістермен жүргізілуі мүмкін. Араластырудың тиімділігі араластыру тәртібіне байланысты болады. Қоспаның біркелкі болуы бұйымның соңғы қасиеттеріне тікелей әсер етеді. Қоспадан еркін алынған үлгілердің 95 % берілген химиялық немесе түйіршіктік құрамға сәйкес болса ғана шихта біркелкі деп саналады. Сұйық ортада газ ортасымен салыстырғанда араластыру тиімдірек жүреді. Бұл сұйық ортаның ұнтақтар арасындағы электрлік тартылу күштерін азайтуына байланысты, соған қарай олар қоспада жақсы таралады. Сұйық орта бөлшектердің ұсақ жарықшаларындағы жоғары қысым пайда болып, жарықтың таралуын қамтамасыз етеді.

Бірақ сұйық ортада араластырудың артықшылықтары болғанымен көбінде ол әдіс тиімсіз болады. Кейбір жағдайларда ұнтақтық қоспаның аққыштығын көтеру үшін, прес-қалып матрицасының толуын жақсарту үшін қоспаны түйіршіктеу керек, яғни тұрақтылығы уақытша болатын, бөлшектердің көп санынан тұратын комплекстер алу мақсатымен қоспаға арнайы қосылыстар (парафиннің, балауыздың, каучуктың органикалық сұйықтардағы ерітінділерін және стеарин қышқылы мен мырыштың стеаратын) қосады. Олар қоспаны араластыру кезінде бөлшектердің бетін «майлап», бір-біріне қарағанда сырғуын жеңілдетеді, сонымен бірге бөлшектердің өзара ілінісуіне себеп болып престеменің беріктігін жоғарылатады. Арнайы қосылыстары бар ұнтақ қоспасын престеу алдында 120-200 °C температурасында кептіріп алу керек.

Әдебиет: 1 нег. [80-86], 1қос.[54-68 ]

Ұнтақты үлгілерәр түрлі тәсілдермен престеледі. Әсер ететін уақыты бойынша престеуді үздіксіз және үзіп престеу деп бөледі, қысымды түсіру әдісі бойынша- үнемі жоғарылайтын, кенеттен жоғарылайтын және вибрацялық, қысымның бағыты немесе қалыптау сұлбасы бойынша -бір жақты, екі жақты, жан-жақты және ортадан тепкіш деп, қолданылатын температура бойынша – бөлмелік температурада суықтай қалыптау және жоғары температурада ыстық қалыптау, престеу атмосферасы бойынша – ауада, вакуумда және инертті атмосферада престеу деп бөлінеді.

Үздікті престеу әдісі көптеген жағдайларда заттарды данамен шығару кезінде пайдаланады: әр текті престерде қалыптау (гидравликалық, механикалық, вибрациялық), сондай-ақ изостатикалық (жан-жақты) қалыптаудың әр түрлері – гидростатикалық, ыстық изостатикалық, жарылыстық.

Үздіксіз престеу әдістеріне ұзын заттарды алуда пайдаланылатын әдістер жатады, олар: қиынды қалыптау, мундштукты қалыптау (экструзия) және металл ұнтақтарын прокаттау. Содан басқа, қалыптау әдістеріне шликерлі құю жатады, бұл әдісте қалыптау ешқандай қысымсыз жүзеге асырылады.

Үздікті престеу әдістері.

Престерде суықтай престеу. Ұнтақты материалдарды престеудің кеңінен таралған тәсілі пресс-қалып деп аталатын жабық қалыптарда ұнтақтарды суықтай престеу(3.3-сурет). Бұл кезде қалыптанатын материалдың ауданы бүкіл қалыптау уақытында өзгеріссіз қалады, ал қысым белгілі бір берілген шамаға дейін жоғарылайды.

Жабық престерде суықтай престеу нәтижесінде дайындалатын заттың пішіні және өлшеміне сәйкес келетін дайындама алынады. Дегенмен әрі қарай өңдеу қарастырылған болса, соған сәйкес заттың өлшемі аз ғана артық алынады. Мұндай престерде престеу процесі келесі сатылардан тұрады: 1) пресс-қалыпты жинау; 2) ұнтақты дозалау және салу; 3) престеу; 4) престелген атты қалыптан шығару.

Егер престеу процесін графиктік түрде кескіндейтін болсақ (ординатада – ұнтақтың салыстырмалы тығыздығы, γ; абциссада – престеу қысымы, ρ), онда осы екі шаманың арасындағы тәуелділікті үш учаскемен көрсетуге болар еді (нығыздалудың идеалды қисығы – 3.3-сурет, б).

І-сатыда, яғни бөлшектер өзара еркін қозғалып, жақын жерлердегі бос орындарға қозғалып, қарқынды түрде нығыздалуы байқалады(а учаскесі), осымен бір уақытта аркалардың бұзылуы да жүреді. Осы сатының соңына қарай бөлшектер максималды тығыз орналасқан болып, әрі қарай горизонталды учаске көріне бастайды, олқисықтың ббөлігі.

Мұнда бөлшектердің қысымға кедергісі жоғары және қысымның жоғарылауына қарамастан ол өзінің көлемін азайтпайды, себебі бөлшектер бір-біріне қарағанда жылжымайды, тек қана серпімді деформацияланады. Престеу қысымы ұнтақты дененің қысымға кедергі жасау қаюілетінен асып кететін болса, бөлшектердің пластикалы деформациясы басталады (нығыздалу процесінің үшінші сатысы, в учаскесі).

 

а	б

3.3-сурет. Ұнтақтарды суық престеуге арналған пресс-қалып

 

Металл пластикалы болған сайын, престеудің төмен қысымдарының өзінде-ақ бөлшектердің деформациялану есебінен ұнтақтың нығыздалуы басталады. Пластикалы деформациясы жоқ сынғыш материалдарда үшінші саты басталмайды және қысым одан артқан кезде бөлшектер бұзылады.

Ұнтақтарды престеу кезінде ұнтақтың арасында және пресс-қалыптың ішкі қабырғаларының арасында үйкеліс туындайды. Мұндай үйкеліс күшінің болуымен престеме көлемінде тығыздық бірқалыпты таралмайды (3.4-сурет).

 

3.4-сурет - Престеменің вертикалды қиындысы бойынша тығыздықтың таралуы

h - престеменің биіктігі; d – престеменің диаметрі; р – жоғарыдан берілген қысым

 

Ұнтақты дозалау салмақты өлшеу немесе көлемдік әдістермен жүргізіледі. Жаппай өндіру және автоматты престерді пайдалану жағдайындакөлемдік дозалау әдісі қолданылады.

Ыстық престеу.Ыстық престеу жоғарылатылған қысыммен, сондай-ақ жоғары температураларда және белгілі бір шамаға дейін өсетін қысыммен жабық пресс-қалыптарда жүргізіледі. Температураның артуымен ұнтақты нығыздауға қажетті қысымның шамасы азаяды. Ыстық престеу әдісі дәстүрлі әдістермен қалыптауға және жентектеуге келмейтін ұнтақтардан заттарды алуға мүмкіндік береді. Ыстық престеу кезінде бөлшектердің арасындағы түйісудың ұлғаюы: 1) сыртқы күштердің әсерінен олардың деформациялану есебінен, 2) өз температурасының есебінен атомдардың қозғалуынан жүзеге асады. Ыстық престеу кезінде тығыздығы теориялық мәнге және қасиеттері тұтас металдардыңкіне жақын материалдарды алуға болады.

Материалдың механикалық қасиеттері 100 %-дық тығыздыққа жетуімен жоғарылайды. Қысым әрі қарай артқанда материалдың қасиеттері өзгермейді. Температура жоғары, ал қысым төмен болғанда заттардың қасиеттері тұрақты мәнге жетеді. Жоғары температура кезінде белгілі бір тығыздықтағы затты алуға қажетті қысым суықтай қалыптау қысымының 0,1-0,2 бөлігін құрайды.

Ыстық престеу негізінен гидравликалық престерде жүзеге асырылады. Ол ыстыққа төзімді қорытпалардан (престеудің төменгі температурасы –1000°С дейін) болмаса ыстықтай престеуге арналған графиттенжасалған пресс-қалыптарда жүргізіледі.

Пресс-қалыпты және материалды қыздыру мына тәсілдердің бірімен (3.5-сурет), атап шыққанда: (а) сыртқы қыздырғыштарды пайдаланумен; (б)пресс-қалып немесе (в) ұнтақ арқылы тоқты тікелей өткізумен; (г) индукциялық жоғары жиілікпен қыздырумен жүзеге асырылады.

3.5-сурет. Ыстық престеу кезіндегі қыздыру тәсілдері а – сырттан қыздыру, б – пресс-қалыпты электр тоғымен қыздыру, в – ұнтақты электр тоғымен қыздыру, г – жоғары жиілікпен қыздыру (1 – матрица, 2 – пуансон)

Ыстық престеу арнайы жағдайларда: қатты және ыстыққа төзімді материалдардың, алмас-металл қорытпаларын және салмағы500 кг дейін (мысалы, қатты қорытпалық прокат валдарын) ірі заттардың өндірісінде, одан басқа, ол жұқа пластиналарды, дискілерді және жентектеу кезінде қисайып кететін, суықтай қалыптауға қиын болатын басқа да бөлшектерді өндіру кезінде пайдаланылады.

Ыстық престеу кезінде ұстау (максималды қысым кезінде жентектеу уақыты) әдеттегі жентектеумен салыстырғанда көп есе төмен болады. Қатты қорытпаларды жентектеу 0,75-1,5 сағат бойы ұстаумен жүргізілсе, ыстық престеу кезінде оған небары 1-10 минут қана шығындалады.

Ыстық престеудің өнімділігі суық престеумен салыстырғанда пресс-қалыптардың тез тозуына және оған жоғары температураға төзімді материалдарды таңдау қиындығына байланысты төмен болады. Дегенмен, ұнтақтың тотығуын тежеу, пресс-қалыптың материалын таңдау қиындықтарына, сонымен қатар ыстық престеуді пайдалану облысының шектеулі болуына қарамастан, бұл әдістің тығыздығы көп және механикалық қасиеттері жоғары заттарды алуда құндылығы және келешегі зор болып табылады.

IV-ТАРАУ. ЖЕНТЕКТЕУ

Жентектеудегі негізгі процестер

Ұнтақты материалдарды жентектеу дегеніміз – белгілі механикалық және физика-химиялық қасиеттерді қамтамасыз ету мақсатында бір компонентті жүйеде ұнтақталған компоненттің, ал көпкомпонентті ұнтақтар жүйесінде негізгі металдың абсолютті 0,7-0,9 балқу температурасында бос салынған немесе престелген ұнтақты жылулық өңдеу процесі.

Жентектеу - алынатын бұйымдар мен материалдардың соңғы, негізгі қасиеттерін анықтайтын ұнтақты металлургияның ең маңызды технологиялық сатысы болып табылады. Ол көп санды физика-химиялық құбылыстардан тұратын, қалыптарды немесе бос салынған ұнтақтарды қыздырғанда қоса, болмаса сатылап жүретін күрделі жүйе болып табылады.

Жентектеу барысында ұнтақты немесе престелген үлгі нығыз (кеуексіз) материалдың қасиеттеріне жақын қасиеттерге ие болады.

Кез-келген жүйені жентектеу келесі сатылардан тұрады:

1) престемелерді берілген температураға дейін қыздыру;

2) осы темепературада изотермиялық ұстау;

3) бөлмелік температураға дейін суыту.

Көпкомпонентті материалдарды қыздырған кезде қандай да болмасын компоненттің (негізгі емес) балқып кетуі мүмкін, мұндай сұйық фазаның пайда болуы жентектеу заңдылықтарына өз әсерін көптеп тигізеді. Сондықтан жентектеу процесі осы тұрғыдан екі түрге бөлінеді: қаттыфазалық жентектеу – қыздыру кезінде балқыма пайда болмайтын; және сұйықфазалықжентектеу – қыздыру барысында материалдың қандай да болмасын жеңіл балқитын немесе құрылымды құраушы компоненттер балқитын процесс.

Жентектеуді қазіргі заманға сай мемелекеттік стандартпен жүргізеді.

4.1.1 Қаттыфазалық жентектеу

Қаттыфазалық жентектеу бір- және көпкомпоенттіжүйелерде жүргізілуі мүмкін.

Біркомпонентті жүйелерді жентектеу.Жентектеудің қозғаушы күштері.Ұнтақты дене (дайындама немесе ұнтақ) өзінің еркін энергиясының артық болуынан, қатты зат-кеуектер (бос кеңістік) ішкі фазааралық бөліну бетінің өте үлкен болуына байланысты өте тұрақсыз болып келеді. Қыздыру кезінде ұнтақты денеде маңызды құрылымдық өзгерістер болуы керек, олардың нәтижесінде бірігулер көбейіп, бос энергияның шамасы термодинамикалық теңдеулерге байланысты төмендейді:

 

ΔF=ΔΗ – ΤΔŞ                                        (42)

 

Жентектеудің негізгі белгісі болып бөлшекаралық ілінісу беріктігінің өсуі болып табылады. Мұнда ұнтақтардың көлемінің қосындысын азайтпайтындай, атомдардың беттік және жақын беттік қозғалысы маңызды рөлді атқарады. Атомдардың беттік диффузиясы жанасатын бөлшектер бетін тегістеп, нағыз түйісу бетін үлкейтіп, кеуектердің сфералануына әкеледі, атомдардың бетте қозғалуын қамтамасыз етеді. Сонымен бірге, ірі кеуектерден атомдардың ұсақ кеуектер бетіне қарай (жалғасып жатқан кеуектер арасында) қозғалуы басталып, олар үлкен термодинамикалық тепе-теңдік жағдайына көшеді.

Жентектеудің барлық сатыларында беттік диффузия нәтижесінде бөлшек аралық түйісулердің көбеюі мен беріктігінің жоғарылауы жүреді.

Жентектеудегі негізгі процестер.Жентектеу нәтижесінде артық бос энергиясы бар ұнтақты дене тығыздығы жоғары тұрақты жентектелген күйге өтеді. Өздігінен жүретін процестің қозғаушы күші ретінде бастапқы және соңғы күйлердің бос энергияларының айырмасы болып табылады. Бұл айырманы азайтудың анық жолы – сыртқы (дайындама беті, ашық кеуектер) және ішкі беттерді (тұйық кеуектер, түйіршіктер шекарасы) едәуір азайту, сонымен бірге құрылым ақаулары мен тепе-теңдіксіз күйлерді жою.

Жентектелетін ұнтақты массада материяның үлкен көлемі қозғалыста болады, жүйенің сипаттамасы мен күйіне қарай көшірудің әр түрлі механизмдерін қолдану керек.

Ұнтақты металдарды вакансиялардың диффузиясына және металл бөлшектерінің диффузиялы-тұтқыр ағу процестеріне негізделген жентектеудің теориясы бойынша жентектеу үш сатыдан тұрады:

1) бөлшектердің арасындағы түйісу аудандарының өсуімен және өзара тартылу арқылы жүзеге асатын бөлшектердің өзара жабысуы жүреді. Бұл сатыда бөлшектер құрылымдық ерекшеліктерін сақтап, бөлшек аралық шекара бастапқы деңгейде қалады (4.1а, б - суреттер).

2) металл ұнтағы бөлшектері мен кеуектердің ретсіз қозғалысы жиынтығын беретін тұтас кеуекті дене түзіледі. Бұл сатыда кеуектер негізінен бір-бірімен жалғасып жатады, ал бастапқы бөлшекаралық шекаралар өздерінің пішіндерін престеуден кейінгі күйге қарай өзгертеді (4.1в -сурет)

3) жалпы кеуектіліктің азаюы және жекеленген кеуектердің түзілуі есебінен металл көлемінің нығыздалуы (4.1г -сурет).

Соңғы сатыда бөлшектер арасында жанасулар күрт көбейіп бөлшектер арасындағы металдық байланыстар түзілуіне қарай олардың сапасы өзгереді, яғни металл табиғаты мен жентектеу жағдайына қарай «көпірлер» түріндегі түзілімдер немесе металдық байланысы болатын тұтас жанамалар пайда болады. Металдық байланыстың пайда болуы қоспалы бөлшекаралық рекристалдану мен жеке бөлшектердің тұтас денеге жиналуына байланысты көлем шөге бастайды.

Бөлшекаралықтүйісулердің көбеюі әр түрлі механиздермен жүреді:

- металл бөлшектерінің тұтқыр ағуымен, яғни бөлшектердің көлемінен атомдардың түйісу орындарына қосақтаса бағыттала көшуіне қарай түйісу аудандары ұлғаяды және бөлшектердің центрлері жақындайды.

- көлемдік диффузиямен, яғни түйісудың еңкіш бетіне жақын жерде пайда болатын артық вакансиялар ағынымен. Бұл жағдайда диффузиялық ағын бағытына сәйкес түйісу ауданының өсуі бөлшектер центрлерінің жақындасуымен жүрмейді.

- артық вакансиялар ағыны болып бөлшектер шекарасы болған жағдайдағы көлемдік диффузиямен. Түйісу ауданының өсуі бөлшектер центлерінің жақындасуымен бірге жүреді;

- жанасатын бөлшектердің беттерінің шығыңқы және ойқыш аудандары жанындағы тепе-теңдік қысымдар айырмасы әсерінен газ фазасы арқылы заттың тасымалдануымен жүреді;

- жақын түйісу аймағында металдардың ағызатын сырттан әсер ететін күштер арқылы(ыстықтай престеу).

 

 

а	б	в	д

4.1-сурет. Ұнтақтардың қыздыру сызбасы:

а – ұнтақ бөлшектерінің бастапқы күй; ә — беттік диффузия есебінен беттердің тегістелуі; в - бөлшектер аралық «көпірлердің» түзілуі; г— металдың кеуектерге кіруі және тұйық кеуектердің пайда болуы, жалпы дененің нығыздалуы

 

Реалды жағдайларда жентектеу бір механизммен жүрмейді, барлық процестер арқылы жүреді, жентектеуді жүргізу жағдайына қарай (температура, уақыт және т.б.) көбірек әсер ететін фактор әр процесс үшін анықталады.

Жентектеу процесінің қозғаушы күші кез-келген заттың жақын түйісу аймағына тасымалдануы жалпы беттің, яғни беттік энергияның азаюымен байланысты. Қарастырылған жентектеу механизмінің ең маңыздылары – беттік және көлемдік диффузия.

Кристалдық тордың түйіндерінде атомдар үнемі тербелмелі қозғалыста болады. Бұл тербелістердің амплитудалары температура өсуімен бірге өсіп, тор түйіндеріндегі атомдардың күйі тұрақсыз болады, сондықтан атомдардың бір түйіннен екінші түйінге өту мүмкіндіктері пайда болады.

Атомдардың қозғалысының өлшемі ретінде атомдардың тепе-теңдік күйден ығысу жылдамдығы – v алынады, оның орташа шамасы: v= А∙е-Е/RT, мұндағы А- металды сипаттайтын коэффициент, Е- атомның бір тепе-теңдік күйден екінші тепе-теңдік күйге өтуге қажетті акти­втену энергиясы, R - газ тұрақтысы; Т - абсолютті температура.

Бір тұрақты температурада барлық атомдарда бірдей қозғалғыштық болмайды. Бөлшектердің бетінде, әсіресе ұштарында болатын атомдардың активтілік энергиясының шамасы аз, яғни қозғалғыштығы жоғары болады, себебі, бөлшектің ішіндегі атомға көршілес атомдар жағынан әсер етуге қарағанда оған деген әсері азырақ болады. Сондықтан, жентектеудің бастапқы сатысында негізінен беттік, әсіресе ұштағы орналасқан атомдар қозғала бастайды. Осы себептен, төменгі температурада беттік атомдардың жоғары қозғалғыштығынан бөлшектердің жанамалы аудандарында алмасу (миграция) процестері мүмкін болады. Энергетикалық жағынан «тиімсіз» жайлардағы (қырлардағы, ұштардағы және т.б.) атомдар орындарын оңай тастап, бөлшектердің сайларында тұрақтылау орындарды алуға ұмтылады. Бөлшекаралық жіңішке, қиынды аудандарда атомдар екі бөлшекке де қосылады, яғни екі бөлшекке де «бір уақытта»жататын болады.

Төмен температурада ұнтақты денелердің беріктенуінің себебі ретінде атомдардың беттік диффузия есебінен топтануын айтуға болады. Бірақ атомдардың беттік миграциясы престемелердің нығыздалуына әсерін тигізбейді. Оның әсері бөлшекаралық өсу процесінде орын алады, яғни беттік диффузияға байланысты кеуектердің нәтижелік көлемдерінің өзгерісінсіз бөлшекаралық жанасулары көбейеді. Беттік диффузия есебінен бөлшекаралық жанасу ауданы тегістеліп, металдық түйісу ұзындығы өсіп, кеуектер сфероидталады. Атомдардың беттік диффузиясы есебінен кеуек көлемінің өзгеруі болмайды, кеуектер жалғасқан жағдайда олардың көлемдерінің аз ғана өзгеруі бақыланады.

Беттік диффузияның болуы жентектеудің бастапқы сатыларында, төмен және орташа температураларда, әсіресе дисперсті ұнтақтарда өте қатты бақыланады.

Жоғары температураларда көлемдік диффузия қатты жүреді. Ол бөлшектердің механикалық беріктігінің төмендеуімен, созылмалды деформацияның жоғарылауы мен беттік керілу күштері әсерінен көлемдік ағып кету мүмкіндігімен білінеді. Қатты денелердің шекарасы бойынша әсер ететін созылмалы бөлшектердің беттік керілу күштері бөлшек материалын кеуектерге «ағызып», ол кеуктердің көлемі толып, жалпы көлемнің азаюына әкеледі (4.1г - сурет).

Көлемдік диффузиямен жүретін жентектеудің механизмі бөлшектер арасындағы жанамалы аймақтың құрылымына көп тәуелді болады және бұл жағдайда жанамалы аймақтар мен оған жақын жерлер әр түрлі шекаралардан бос болып, вакансиялар көзі мен ағындарының рөлін атқарады немесе жанасатын бөлшектер шекарамен бөлінуі тиіс.

Ұнтақ металдарды жентектеудің кез-келген механизмінің кинетикасын зерттегенде металдардың бөлшектермен тасымалдануының механизмі мен олардың өлшемдерінің арасындағы байланыстың үлкен мәні бар екендігі анықталды. Ұнтақ бөлшектерінің өлшемдерінің үлкеюі активтілікті төмендетеді, сондықтан жентектеудің қозғаушы күші де азаяды. Осыған байланысты, бұйымдарда біркелкі тығыздық болуы үшін тұрақты температурада бөлшектердің дисперстілігі аз болғанымен жентектеу уақытын көбейту керек: ал ұнтақ ірі болғанымен жентектеу кезінен жоғары ұстау уақыты берілуі тиіс. Жентектеудің кинетикасына бөлшектер арасындағы жанасу аймағының геометриясын, беттің күйін анықтайтын бөлшектердің пішіні үлкен әсерін тигізеді. Бөлшектердің меншікті бетінің ұлғаюы кристалдық құрылымның ақауларын, беттік энергияны көбейтіп, жентектелуге әсер етеді.

Атомдардың көлемдік диффузия коэффициенті, D, вакансиялардың концентрациясымен С_o мына теңдік бойынша байланысты: D = С_o D', мұндағы D' – вакансиялар диффузиясының коэффициенті; (D' = D_oe^-Ea/kT, мұндағы D_o – температуралық-тәуелсіз шама, ал Е_a – атомдардың немесе вакансиялардың қозғалуының активтілік энергиясы). С_o ескере отырып, алатынымыз D=D_oe^-Eo/kT, мұндағы Е_o – диффузияның активтену энергиясы, ол мынаған тең: Е_o = Е_в + Е_а. Вакансия концентрациясының артуымен (С > С_о) атомдардың диффузиялық коэффициент жоғарылайды.

Ұнтақты дененің нығыдалуы. Жентектеу барысында кеуектердің саны мен көлемінің азаюы және бітуі нәтижесінде ұнтақты дененің тығыздығы артады және оның өлшемі (сызықты шөгу) мен көлемі (көлемдік шөгу) азаяды. Изотермиялық жентектеу кезіндегі ұнтақты дененің шөгуін, яғни нығыздалуын шартты түрде кезектеп жүретін үші сатыға бөлуге болады:

1) бастапқы саты. Бұл сатыда ұнтақты дененің тығыздығы аз болады және ол түйісу аймақтарына жақын облыстарда жүретін процестермен анықталады. Бөлшектердің бір-біріне қарағанда жылжу және көлемдік деформациялануы жылдамдықтары жоғары болып, кеуекті дене шөге бастайды.

2)аралық саты.Ұнтақты дененіңтығыздығы жоғары, кеуекті матрица тұтқыр орта сияқты болып, бүкіл көлем бойынша нығыздалу бірқалыпты жүреді (кеуектер бірқалыпты таралған шартта).

3) соңғы саты. Ұнтақты дененің ішінде жеке жеке оқшауланған кеуектер бар болады, олар жайлап заттың матрицасында диффузиялық еру себебінен, яғни вакансиялар жентектелетін заттың бетіне шығуынан бітіп кетеді (тұтастану жүреді). 

Жентектеу процесіндегі кеуектер. Салқындай престеу арқылы кеуексіз дайындамалар алу мүмкін емес, бірақ олардың құрамында бастапқы күйлерінің, пішіндерінің өзгеруіне қарай (толығымен жойылып немесе жабысып) жентектеудің кинетикасына әсер ететін бөлшектер аралық кеуектер болады. Престеумен байланысты пайда болатын кеуектермен бірге ұнтақ бөлшектерінің өзінде жентектеуде коалесценцияланатын, жойылатын, сақталып қалған микрокеуектер, бөлшек ішінде қайта таралатын борпылдақтар болады.

Бөлшектер ішіндегі кеуектер жекеленген, бөлшектің сыртқы бетімен өзара жалғасып жататын, бөлшек көлемінде колониялар түзетін түрінде болуы мүмкін. Олар күйлеріне қарай төмендегідей болып бөлінеді:

-пішіні мен көлемі уақыт бойынша өзгеріссіз, тепе-теңдіктегі кеуектер. Мұндай күйдегі кеуектер бөлшек металында мүлдем ерімейтін газбен толыққан болса, сонымен бірге ол газ кеуектің геометриясы мен металдың беттік энергиясымен анықталатын «беттік қысымға» тең қысым астында болғанында бақыланады.

- кеуек ішіндегі газ және «беттік қысым» теңеспеген кездегі тепе-теңдіксіз кеуектер. Бұл қысымдар айырмасы бөлшек металындағы, олардың релаксациясы кеуектің өлшемі мен пішінін өзгертетін кернеу өрісін анықтайды.

Жекеленген кеуектердің «жатып қалу» механизмі мен кинетикасы олардың орналасқан орта қасиеттеріне, кеуектің сызықты өлшемдері қатынасы мен вакансиялардың көзі мен ағынына дейінгі орташа сызықты арақ ашықтығының қатынасына тәуелді болатын вакансиялық сипаттама тән.

Реалды жағдайларда, ұнтақтың әр бөлшегі бір бірінен түйіршік аралық немесе фазалар аралық шекарамен бөлінген. Кеуектер шекара бойында немесе бірнеше шекаралар қиылысында орналасқан. Кеуек бетінен ұшатын вакансиялар ағыны болып табылып, сонымен бірге олар шөгу кинетикасына әсер етеді. Бұл жағдайда жентектеу кезінде қозғалатын түйіршік шекарасы жолында кездесетін кеуекті шекарадан тыс жердегі кеуектерге қарағанда өлшемдері мүлдем аз болады. Шекара бойында жатқан кеуектер де кішірейеді, яғни ол шекараның өткізуші рөлін емес, вакансияларды жұтушы рөлін атқаратындығын көрсетеді.

Кеуектерге жақын жатқан шекаралар вакансиялар ағыны рөлін атқарып, вакансиялар сияқты кеуектерді «жұтады»

Егер түйіршіктер шекарасы ішкі ағында басталса, онда жақын ағынға вакансияларды жайлап бағыттау жолы арқылы кеуектерді жатқызу кинетикасына әсер ете алады.

Жентектеу кезіндегі кеуектің пішінінің өзгеру кинетикасы кеуектің өз бетін жатқызу және беттік рельефін өзгертуімен байланысты. Кеуектерінің пішіні әр түрлі бөлшектерді жентектегенде ойықша мен қырлардың тегістелуі бақыланады, кеуектің өзі сфералық пішінге келеді, беті азайып, сонымен бірге бос беттік энергиясы төмендейді.

Жекеленген кеуектер жентектеу кезінде бөлшектер бойына бүтін микроскопиялық бөлшектер ретінде кіреді. Кеуектердің қозғалу жылдамдығы олардың сызықты өлшеміне байланысты, ол қозғалыс процесі кеуектерді жатыстыру арқылы жүреді.

Бөлшек ішіндегі кеуек қозғалысы жинамалы рекристаллизация процесінде жүруі мүмкін, яғни оның кинетикасы мен кеуектің коалесценциясына әсер етеді.

Реалды ұнтақты металл бөлшектерінде ретсіз қозғалыста болатын кеуектер комплексі болады. Бос беттік энергияның азаюы бұл жағдайда бөліну шекарасының беттерінің азаюын қамтамасыз ететін, жинамалы рекристалдану есебінен болады. Ол бөлшектердің пикнометрлік тығыздығын жоғарылатады, кеуектердің қосындылық бетін, олардың көлемін және пикнометрлік тығыздығын өзгертпей азайтатын кеуектердің коалесценциясын да жақсартады. 

Жинамалы рекристаллизация жүретін жентектеудің бірінші сатысында қозғалатын шекараның соңында жүретін кеуектердің жабысуы өтеді. Жентектеу уақыты өскен сайын кеуектер саны мен көлемінің азаюы кеуектердің орташа өлшемдерінің өсуімен жүреді. Ұзақ уақыт ұстағанда өлшемдері жентектеуге дейінгі өлшемдерінен үлкен кеуектер пайда болады

Кеуектер біріккенде және ұзақ ұстағанда бөлшектердің тығыздалуы вакансиялар ағынымен(бөлшектер шекарасы, түйіршіктер арасындағы шекара, микрожарықтар және т.б.) сипатталады, яғни вакансиялардың ағынға қозғалысы жалпы кеуектілікті азайтады. Вакансиялар ағыны ретінде кеуекпен шекаралас жатқан кеуектің бос аймақтары болуы мүмкін. Кеуексіз аймақта кеуектің пайда болуы кеуекті аймақтың кеңінен таралуын дәлелдейді

Жентектеуде түйіршіктер шекарасының да мәні өте зор. Поликристалдық бөлшектерді жентектегенде ол жинамалы кристалдану кинетикасына әсерін тигізеді. Осыған байланысты жинамалы кристалданудың негізгі факторы ретінде түйіршіктер шекарасының қозғалысы болып табылады. Ол құбылысты сол қозғалыс бойындағы кедергілер тоқтатылып және түйіршіктер өшемдері өзгермей тұрақтануы мүмкін.

Екі бөлшектің жабысуы және бөлшек ішіндегі кеуектердің, түйіршік арасындағы шекараны, рекристаллизацияны және т.б. қарастырғанда жентектеу процесіне бос немесе престелген бөлшектердің көптеген факторларын (бөлшектераралық шекара, олардың күйі, ұзындығы, бөлшектер аралық кеуектілік) ескеру қажет.

Алыну әдісіне қарай металдар мен қорытпалар өлшемдері мен пішіндеріне, оларда еріген немесе адсорбцияланған газдарға, тотықтарға және т.б. қарай бірінен бірі ерекшеленеді. Бөлшектердің ақаулық дәрежесі престеу қысымы өсуімен бірге өседі. Осыған байланысты престелген дайындамаларды құрайтын реалды ұнтақтар термодинамикалық жағынан тұрақсыз, бос энергиясы көп болып келеді. Сондықтан, жентектеудегі изотермиялық ұстау кезінде өзіндік жентектелумен бірге бөлшектердің бос энергияларының азаюы, бөлшекаралық, металдық түйісудың түзілуі жүреді, сонымен бірге дайындаманың отыруы және беріктенуі, бөлшектер ішіндегі кеуектер мен металл ақауларының жатуы, азаюы іске асады.

Ұнтақ қасиетіне және престемелерді жасау технологиясына қарай бөлшектер аралық кеуектердің жентектеуге әсерін талдағанда кеуектердің жалпы көлемі мен санын, жекеленген және байланысқан кеуектер көлемін, көлем бойынша кеуектердің таралуын, олардың пішіні мен бағытын, кеуектердегі газды, олардың активтілігін және кеуек ішіндегі қысымын, бөлшектер аралық бастапқы кеуектердің бөлшектер шекарасымен байланысын ескеру қажет. Дисперсті ұнтақтардан жасалған престелген дайындамаларда негізгі массаны ұсақ кеуектер құрайды, ал ірі ұнтақтардан жасалғандарда – ірі кеуектер құрайды. Дисперстілігі әр түрлі бөлшектері болатын ұнтақтарды қолдану престемелер тығыздығын және бөлшектер аралық дисперстілікті арттырады.

Бөлшектер аралық кеуектердің«жабысу» кинетикасы бөлшектер ішіндегі кеуектердің«жабысу» кинетикасымен көп ұқсастығы бар. Бөлшектер аралық кеуектердің көлемі мен олардың саны жентектеу уақыты мен температурасы өскен сайын көбейетіндігі анықталған. Осы кезде ірі кеуектерге қарағанда ұсақ кеуектер тез жойылады. Кеуектердің коалесценциясы бақыланып, жентектеуден кейін ірі кеуектер түзіліп, олардың орташа өлшемдері жентектеу температурасы мен ұзақтығы өскен сайын өседі; пішіндері дұрыс емес, тармақталған күйден сфералық пішінге ауысады.

Жентектеу кинетикасы мен бөлшектер аралық кеуектіліктің сипаттамасы арасындағы байланысты зерттеу бөлшектер аралық кеуектердің көлемдік үлесі аз болған сайын тығыздалу эффектісі де азаятындығын көрсетті. Дисперсті ұнтақтарды пайдалану шөгу процесін жылдамдатады.

Бөлшектер аралық кеуектерді «жабысудың» кинетикасына престеу қысымы мен жентектеу ортасы үлкен әсерін тигізеді. Престемелердің тығыздығын көтеру бөлшектер арасындағы түйісулердің нүктеліктен жазықтықтыққа көшуіне әсер етеді, ал газды ортада жентектеуде түзілген жеке кеуектердің «жабылуына » орай шөгу азаяды.

Престемелерді жентектеу – көп факторлы процесс, әр фактордың әсері жентектеу температурасы мен уақытына байланысты, соған байланысты жентектеуді бірнеше сатыларға бөлуге болады. Бастапқы сатыдағы жентектеудің механизмі мен кинетикасы бөлшектердің жақын жанасу аймағында және «бос» металл кеуектері бетінде жүретін процестермен анықталады. Бұл кезде екі процесс те бөлшектердің геометриясына, олардың құрылымдық күйіне тәуелді және жоғары шөгу жылдамдығымен жүретін, яғни дұрыс емес пішіннен тең өсті пішінге көшудің жоғары жылдамдығымен сипатталады.

Көпкомпонентті жүйелерді жентектеу.Техниканың сан алуан салаларында қолданылатын ұнтақты материалдар негізінен көпкомпонентті жүйелер болып табылады. Мұндай материалдардың ерекшелігі – егер қатты күйінде компоненттер толығымен бір-бірінде ерімейтін болса, ұнтақты дененің әр нүктесіндегі компоненттердің концентрацияларының әр түрлі болуы, мұның себебі – химиялық құрамның біркелкі болмауы. Осындай материалдарда өзіндік диффузиямен қоса компоненттердің концентрацияларын теңестіретін гетеродиффузия жүруі тиіс.

Қаттыфазалық көпкомпонентті жентектеу екі түрге бөлінеді: 1) өзара толығымен (шексіз) еритін компоненттерді жентектеу; 2) өзара толығымен (шексіз) ерімейтін компоненттерді жентектеу;

Өзара толығымен еритін компоненттерден тұратын жүйелер. Мұндай жүйелерді (Сu – Ni, Fe – Ni, Co – Ni, Сu – Au және т.б.) жентектеу нәтижесінде, жентектеудің аралық сатыларында бірнеше фазалар пайда болады, яғни бастапқы металдардың бөлшектері мен концентрациялары ауыспалы болатын қатты ерітінділер.

Қыздыру кезінде ұнтақты дененің жалпы шөгуі әдетте аддитивтіден, яғни әрбір компоненттің шөгуін есептеп жүргізгеннен төмен болады. Бұл қатты ерітінділерде атомдардың таза металдардағымен салыстырғанда, төмен қозғалғыштығымен және бастапқы компоненттерді араластырған кезде біртекті қоспаны алу мүмкін еместігімен, яғни атомдардың диффузиялану жылдамдықтарының бірдей еместігімен түсіндіріледі. Осылайша, Сu – Ni жүйесінде (4.2-сурет) мыста никельдің үлесі артқан кезде (немесе керісінше) шөгу азаяды және ұнтақты дененің өсуі де мүмкін. Бұл Ni-дің Cu-қа қарағанда Cu-тың Ni-ге диффузиялану коэффициентімен үлкен болуына байланысты: мыс бөлшектерінде кеуек болып түзілетін вакансиялардың артық мөлшері түзіледі, ал никель бөлшектері мыс атомдарының көп келуіне байланысты өлшемін ұлғайтады.

Дегенмен, кейбір жүйелерде екінші компоненттің артуымен нығыздалу жылдамдығының жоғарылайтындығын байқауға болады. Осылайша, W – Мо жүйесінде, шөгудің концентрацияға тәуелділік қисықтарында максимумдар байқалады (4.3-сурет).

 

4.2-сурет. Ni және Cu ұнтақтарының қоспасын әр түрлі уақытта 1000оС температурасында жентектеу кезіндегі шөгу дәрежесінің компоненттердің концентрациясына тәуелділігі: 1 – 4 сағ; 2 – 15 мин; 3 – 0 (қыздыру + суыту)	4.3-сурет. W және Mo ұнтақтарының қоспасын 30 минут бойы 1350оС (1) және 1750оС (2) температураларында жентектеу кезіндегі шөгу дәрежесінің компоненттердің концентрациясына тәуелділігі

Қарастырылған жүйелерді жентектеудегі маңызды ерекшелік – біртекті, сондай-ақ екі текті ұнтақ бөлшектерінің арасындағы жанасулардың кейбіреуі бұзылады. Оның себебі – диффузия нәтижесінде булану немесе беттік диффузия себебінен жанасу басқа ұнтақтың бетіне жылжиды, жабады және т.б.

Жентектеу мәселелерін шешу үшін жентектеу кезінде түзілетін қорытпаның құрамын тиісті түрде гомогенді болуын қамтамасыз ету, себебі көптеген ұнтақты заттардың көптеген қасиеттері бөлшектердің арасындағы түйісу аудандарының шамасы мен күйіне, бірқатар жағдайларда қорытпа бөлшектердің ішінде толығымен гомогенді болуқажет те емес.

Ерігіштігі шектеулі компоненттерден тұратын жүйелер. Ұнтақты металлургияда мұндай жүйелер жиі кездеседі, олар мысалы Fe – C, W – Ni, Сu – Ag, Mo – Ni – Сu және т.басқалар. Осы жүйелерге эвтектикасы, перитектикасы, сондай-ақ химиялық қосылыстары бар жүйелер тән.

Қыздыру кезінде, ұнтақты денеде гомогендену сатыларында ұнтақ қоспасының бастапқы құрамына тәуелсіз, күй диаграммасында бар болатын барлық фазалар бар болады. Материалдағы элементтің үлесіне қарай шөгу қисығы сызықты болмай, әр түрлі болуы мүмкін. Мысалы, W–Ni жүйесінде, бастапқы ұнтақтардың дисперстілігі жақын болғанда терең емес минимумдар байқалады (4.4-сурет).

 

 

4.4-сурет. W және Ni ұнтақтарының қоспасын 1000^оС температурасында әр түрлі уақытпен изотермиялық жентектеу кезіндегі шөгу көрсеткіштерінің металл концентрацияларына тәуелділігі:

1 – 7 сағат; 2 – 3 сағат; 3 – 0 (қыздыру + суыту)

 

Қарастырылған жүйелердегі компоненттерден жентектеу арқылы алынатын материалдардың қасиеттері бірқатар факторларға, атап шыққанда: қатты ерітінділермен шектелген облыстағы гомогендену дәрежесіне, кеуектілігіне, фазааралық және бірфазалық түйісулердің сипатына және т.б. тәуелді болады. Гетеродиффузияның рөлі қатты ерітінділермен шектелген облыстағы элементтердің концентрацияларының біртекті болуын қамтамасыз етуге бағытталған. Дегенмен, кейбір жағдайларда гомогенді болу шарт емес.

Ерімейтін компоненттері бар жүйелер. Мұндай жүйелерге мысал ретінде мына жүйелерді келтіруге болады:Сu – С, W – Ag, W – Сu, Мо – Сu және т.б.

Екі текті, өзара әрекеттеспейтін бөлшектің пісіп жабысуының термодинамикалық шарты болып келесі табылады: σ_АВ < |σ_А + σ_В|, мұндағы σ - беттік энергия, яғни түзілетін АВ фазааралық шекарасының беттік энергиясы, жалпы А және В бөлшектерінің беттік энергияларының қосындысынан кем болуы тиіс, басқа жағдайда ұнтақты дене жентектелмейді.

Екі бөлшектің пісіп жабысу механизмі мен кинетикасы мына екі жағдайда екі түрлі болады:

σ_АВ < |σ_A – σ_B|,                                                       (43)

σ_АВ > | σ_A – σ_B|,                                                      (44)

Егер (43) қатынас орындалатын болса, энергетикалық жағынан беттік энергиясы төмен бөлшекпен беттік энергиясы жоғары бөлшектің жабылғаны тиімді болып табылады (4.5-сурет), кері жағдайда (44) екі бөлшек жабысуда екі бөлшек бір бірімен жабысады. Бастапқы сатыда (а сатысы) беттік энергиясы жоғары бөлшек (бұл В бөлшегі болсын) екінші заттың атомымен жабылады  (бұл жағдайда А бөлшегі)беттік гетеродиффузия механизмімен немесе газ фазасы арқылы тасымалдану арқылы; бұл ретте бастапқы бөлшектің пішіні сақталады.

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1516; Мы поможем в написании вашей работы! Поделиться с друзьями: Мы поможем в написании ваших работ! . . © 2014-2024 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.861)