Қазіргі заманғы машина және аспап жасауда жаңа технология түрі – модульдік технология, оны құру принциптері атындағы машинатану институтында әзірленген. А. А. Благонравова РАН. Модульдік технологияның мәні құрастыру бірліктері мен бөлшектерінен тұратын кез келген бұйымның беттік модульдер мен қосылыстар модульдерінің құрылымдалған жиынымен ұсынылуы мүмкін. Бұл машина және аспап жасауда бұйымдарды дайындау процестерінің типтік модульдерін және оларды жүзеге асырудың технологиялық құралдарының модульдерін әзірлеуге мүмкіндік берді, олардың ішінен тиісінше модульдік технологиялық процестер мен технологиялық жүйелер құрастырылады. Жалпы түрде модульдік технологиялық процесс белгілі технологиялардың: бірлі-жарым, үлгілік, топтық артықшылықтарын жинақтайды. Мысалы, модульдік технологиялық процесс бірен-саран процесс ретінде нақты бұйымның ерекшелігін ескереді, типтік процесс ретінде Технологиялық процесс блоктарының деңгейінде типтеу принциптерін қолданады және топтық процесс ретінде әртүрлі өңделетін бөлшектерден, бірақ ондағы модульдердің ортақтығымен ерекшеленетін партияларды ұйымдастыру міндетін шешеді.

Модульдік технологиялар икемділікке ие және ең аз шығынмен жаңа бұйымдарды шығаруға жылдам ауысуды қазіргі заманғы кең номенклатуралық өндіріс жағдайында жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Алайда қазіргі уақытта Бұйымды дайындау және пайдалану сатыларында металдар мен қорытпалардың механикалық қасиеттерін басқарудың нақты жолдарының болмауы көбінесе модульдік технологияның дамуын тежейді, әсіресе өндірілетін өнімнің беріктігін, сенімділігі мен сапасын арттыру проблемасын шешу бағытында. Осыған байланысты металдар мен қорытпалардың механикалық қасиеттерін басқарудың теориялық негіздерін әзірлеу қазіргі заманғы машина және аспап жасаудың өзекті Металтану және технологиялық міндеті болып табылады.

Соңғы жылдардағы зерттеулер /1-3/ металдар мен қорытпалардың механикалық қасиеттерін басқару негізінде конструкциялық материалдардың дислокациялық құрылымы жататынын көрсетті. Металдар мен қорытпалардың пайдалану көрсеткіштері (шаршаңқы беріктігі, тозуға төзімділігі және т.б.) кристалдардағы дислокацияның бастапқы бекітілуіне және олардың қозғалуына байланысты дислокациялық құрылымның өзгеру жылдамдығымен анықталады. Материалдардың дислокациялық құрылымының релаксациялық тұрақтылығы ұғымы енгізіледі, ол сыртқы жүктемені бөлшектен алғаннан кейін алынған р дислокация тығыздығы мен рнач дислокациясының бастапқы тығыздығы арасындағы айырмашылық болып табылады.

Машиналар мен механизмдер бөлшектерінің пайдалану сипаттамалары негізінен металдың үстіңгі қабатының қасиеттерімен анықталады, өйткені барлық бұзылу процестері, әсіресе циклдық жүктеме кезінде, әдетте, беттен басталады және оның құрылысы мен физикалық-химиялық жағдайына байланысты. Металл бетінің кемшіліктері сипатының рөлі коррозиялық шаршау кезінде айтарлықтай өседі, өйткені ол кернеу болмаған кезде коррозия жылдамдығын төмендететін және циклдық жүктеме кезінде үздіксіз бұзылатын қорғаныс тосқауыл пленкаларының пайда болуымен, сондай-ақ беттің зақымдануынан, онда коррозиялық кавернаның пайда болуынан туындайтын кернеудің шоғырлануымен анықталады.

Бұл ретте тоттану-шаршау жарықтарының қарқынды тармақталуы немесе нығаюы, қатаң айтқанда, сызықты бұзылу механикасының әдеттегі тәсілдерінің көмегімен жарықтың шыңындағы кернеулі жай-күйін заңсыз бағалауды жасайды.

Бұйымды пайдалану процесінде металлдардың сыртқы ортамен өзара әрекеттесуінің қарқындылығы едәуір шамада бетінде пайда болатын адсорбциялық қабаттармен және қорғайтын пассивті әсер ететін оксидті пленкалармен негізделеді. Қазіргі уақытта пассивация табиғатының бірыңғай тұжырымдамасы жоқ. Бұл электродты процестің, атап айтқанда анодтық кинетикасы металл табиғатын, оның бетінің құрылымын, электролит табиғатын және сонымен қатар осы айнымалыларды өзгеретін уақытты қоса алғанда, көптеген айнымалылардың функциясы болып табылатындығымен байланысты. Металдарды пассивациялаудың пленкалық механизмі (металл бетінде тотықтың жұқа кеуекті пленкасының, металды агрессивті ортаның әсерінен оқшаулайтын болуын болжайды) және адсорбциялық (металл бетінде оттегінің адсорбцияланған пассивациялаушы қабатының болуымен байланысты, оның қалыңдығы монослой немесе тіпті монослойдың үлесін құрайды) ажыратылады. Қазіргі уақытта адсорбциялық және пленкалы пассивация механизмдерінің түсініктерін жақындату көзделіп отыр. Асыл металдардың пассивтілігі оттегінің адсорбциялық қабатының пайда болуымен, ал асыл емес – фазалық тотықтың пайда болуымен туындайды деп есептеледі.

Пассивті қабаттың пайда болуы металдың барлық беті бойынша бір мезгілде емес, энергетикалық тиімді жерлерде – дәндердің шекарасында, қоспаларда, сырғанау желілерінде, дислокация шығу орындарында және басқа да құрылымдық ақаулар мен зақымдануларда оқшауланады. Сондықтан өзгермеген (бастапқы) материалдың бетінде кедергілік қорғаныс қабықшаларының пайда болуы негізінен дәндердің шекаралары бойынша жүреді.

Бірдей кристалл торы бар металдарда құрылымдық-сезімтал көрсеткішінің шамасы статикалық жүктеу кезінде деформациялық беріктендіру қисығы теңдеуінде (σ = σо⋅еА) олардың Э. д. у жоғары болған сайын соғұрлым аз екені белгілі. В. А. Крохи жұмыстарында әр түрлі факторларға (химиялық құрамы, термиялық және пластикалық өңдеу режимдері, астық мөлшері және т.б.) байланысты Конструкциялық материалдардың а көрсеткішінің өзгерісі қарастырылады. Сонымен, Болат құрамындағы көміртегі мен қоспалаушы элементтердің жоғарылауы А шамасының азаюына әкеледі.

Құрылымдық ақаулар мен қоспаларда пайда болатын жергілікті кернеулердің шоғырлануы және электрохимиялық активтендіру металды іріктеп ерітуге бастамашылық етеді және оның бетінде коррозиялық зақымданулардың пайда болуына ықпал етеді. Демек, деформациялық беріктендіру деңгейі көрсеткішінің шамасы азайған кезде металдардың пассивті жағдайға ерте көшуімен электрохимиялық белсенділіктің күшеюін күтуге болады. Жарияланған деректерді салыстыру А аз мәні бар металдар мен қорытпалардың теріс бастапқы электродтық әлеуеті бар екенін көрсетеді.

Бастапқы (өзгермеген) жағдайдағы материалдарда жергілікті кернеулер мен термодинамикалық тұрақсыздықтың жоғары шоғырлануы оқшауланатындықтан, бірінші кезекте, дән шекаралары бойынша, онда металл материалдарда ауадағы сынаумен салыстырғанда а көрсеткішінің үлкен мәнімен коррозиялық ортада шаршау бұзылуына кедергінің едәуір төмендеуі байқалуы тиіс. Бұл 45 Болаттың шаршау сынақтарының нәтижелерін талдаумен расталады (Похмурский В. И.), онда теңіз тұзының 3%-дық су ерітіндісінде циклдық жүктеме кезінде коррозиялық ортаның әсеріне айтарлықтай сезімталдық (β = σ‒1с/σ‒1, мұндағы σ‒1с және σ‒1 – коррозиялық ортада және ауада тиісінше төзімділік шегі) мартенситті құрылымы бар болат (β = 0,09; А = 0,13…0,14) троостит және сорбитпен салыстырғанда (β = 0,24…0,37; А = 0,175…0,205), перлит-ферритной (β = 0,42; А = 0,23…0,27) құрылыммен (В. А. Крахи деректері бойынша А көрсеткіштерінің шамасы).

Тотықты пленканың құрылымы, қасиеттері және өсу кинетикасы оның термодинамикалық тұрақтылығына, кристалдық құрылыстың ерекшеліктеріне, металға көлемді және кристалдық сәйкестікке, сондай-ақ металдың беткі қабатының жағдайына, оның құрылымы мен ақаулар тығыздығына байланысты. Л. И. Гурский және В. А. Зелениннің деректері бойынша деформацияланған металдарда күйдірілген металдармен салыстырғанда пассивацияға үлкен бейімділік байқалады, бірақ күйдірілген металдардағы пассивті жай-күйдің тұрақтылығы айтарлықтай жоғары. Бұл ретте, егер күйдірілген металдың бетінде тотықты пленкалар бірінші кезекте негізінен дән шекаралары бойынша түзілсе, онда деформацияланған – іс жүзінде барлық беті бойынша түзіледі.

Пластикалық деформация металл бетінде тотықтың пайда болуының термодинамикалық мүмкіндігін, сондай-ақ осы процестің жылдамдығын арттырады, сонымен бірге металдағы пассивті пленканың құрылысы беттің жай-күйімен тығыз байланысты. Деформацияланған материалдың бетінде белсенді орындар тығыздығының өсуі тотықтың бірқалыпты шашыраңқы ұрықтарының (біркелкі деформация шегінде) көп санының пайда болуына ықпал етеді, олардың өсуі деформацияланбаған металдың бетіне қарағанда тұтас қорғаныс пленкасының жылдам пайда болуына әкеп соғады. Материалдардың пластикалық деформациясы кезінде Кристалл тордың қисаю энергиясы біркелкі емес бөлінеді: деформацияның қалдық энергиясының 99% – ға жуығы жылжу жазықтығының жанында жұқа қабаттарға шоғырланады, бұл орналасу және жылжу жазықтықтарының жанындағы аймақты металдың сыртқы ортамен өзара әрекеттесуі кезінде неғұрлым белсенді орындарға айналдырады. Бұл негіздейді ығысуы равновесного потенциалдың теріс жағына арттырады ток самопассивации.

Коррозиялық ортада металдар мен қорытпалардың циклдік жүктелуі ауаға қарағанда неғұрлым қарқынды, олардың неғұрлым күрделі өзара әрекеттесуімен дислокация тығыздығының өсуіне әкеледі. П. А. Ребиндер мектебінің жұмыстары беттік-белсенді компоненттердің адсорбциясы нәтижесінде металдың сыртқы бетінде жылжу жеңілдетіледі және беттік астардағы жылжулар саны артады, бұл да коррозиялық шаршау процесінде жалпы электрод әлеуетінің теріс мәндерге қарай одан әрі жылжуына әкеледі.

Бұл ретте алдын ала біркелкі деформация дәрежесінің өсуімен а көрсеткішінің шамасы деформация жылдамдығы жоғары болған сайын және Э. Б. төменірек азаяды. және материалдың релаксациялық қабілетін арттыру сәйкес келеді. Демек, деформациялық беріктендіру дәрежесі көрсеткішінің шамасын азайтуға әкелетін біркелкі пластикалық деформация деформацияланған металл материалдардың коррозиялық ортаның әсеріне сезімталдығын ортамен жанасатын беттің электрохимиялық белсенділігін нивелирлеу есебінен төмендетуі тиіс.

Тоттану-шаршау зақымдануларының дамуы көп ошақты сипатқа ие және металл бетінде жергілікті тоттану ошақтарының термодинамикалық тұрақсыздығы учаскелерінде пайда болуына бастамашылық етеді. Конструкциялық материалдардың коррозиялық ортасында циклдық жүктеме кезінде бұзылу ықтималдығы екі қарама-қарсы процестердің бәсекелестігімен анықталады: коррозиялық шаршау процесінде ақаулар санының пайда болу және ұлғаю ықтималдығымен және релаксациялық процестердің салдарынан олардың азаюымен. Олардың бірлескен шешімі ауадағы циклдық ұзақ мерзімділік қарым-қатынасының коррозиялық ортадағы төзімділікке тәуелділігін анықтауға мүмкіндік берді.:

f

мұндағы ∆еа – пластикалық деформацияның шынайы амплитудасы; γ – циклдік жүктеу кезіндегі металдың тығыздығы (кг/м3); ∆m/S – металл бетінде s (м2) оксидті пленкалардың пайда болуын ескереді, массаны ∆m (кг) ұлғайтады; tc – циклдық жүктеу кезіндегі коррозияның әсер ету уақыты; kσ – кернеу шоғырлану коэффициенті; k-деформация концентрациясының коэффициенті (кг / м3);; A – статикалық жүктеу кезіндегі деформациялық беріктілік қисығының теңдеуіндегі дәреже көрсеткіші (бірқалыпты f – дан ерекшеленетін пластикалық деформация кезінде, материалдың электрохимиялық гетерогендігінің күшеюі, анодты процестер кернеу шоғырлану орны бойынша оқшауланады); Vc – пластикалық деформация болған кезде материалдың коррозия жылдамдығы (кг/м2⋅с); Vc0 – материалдың (константаның) коррозиясының кейбір бастапқы жылдамдығы; z – иондалған күйдегі металдың валенттілігі; F – Фарадейдің саны; R – әмбебап газдық тұрақты; t-абсолютті температура; к – нақты ортадағы материалдың тұрақты электродты потенциалы (В); ∆φ0 – металдың пластикалық деформациясының әсерінен электродты потенциалдың ығысуы (электродты потенциалдың ыдырауына металдың құрылымдық кемшіліктерін қосады) (В); V – Аррениустың белгілі теңдеуімен бағаланатын релаксациялық процестердің жылдамдығы; һ0 – материалдың жиілік сипаттамасы; U(σ) – кернеуге байланысты релаксация процесінің активтендіру энергиясы; k – тұрақты Больцман; кТ-жылу энергиясы тел.

Алынған теңдеуді талдау ауадағы циклдық ұзақ мерзімділіктің алдын ала деформацияланған металл материалдардың коррозиялық ортадағы ұзақ мерзімділігіне қатынасы t циклдық жүктеу уақытының қысқаруымен азаяды; а беріктендіру көрсеткіші көлемінің төмендеуімен (біркелкі алдын ала пластикалық деформация дәрежесінің өсуімен, ал бірдей кристалл торы бар металдарда – э. д. у өсуімен азаяды); деформацияның әркелкілігін төмендету; металл бетінің электродтық потенциал мәнінің артуы (φ0 ± δ); т циклдік жүктеу температурасының және δa пластикалық деформацияның шынайы амплитудасының төмендеуі; ω циклдік жүктеу жиілігінің және TC коррозиялық әсер уақытының азаюы; u(σ) беріктендіру процесінің белсенділігінің энтальпиясының төмендеуі; пассивті қабаттың пайда болуы және Δm/S бетінің профилінің шынайы геометриялық ұзындығын өзгерту есебінен металл массасының салыстырмалы өзгеруінің артуы;; материалдың ақаулық сипатына байланысты ауадағы және тоттану ортасындағы циклдық жүктеу кезінде материал тығыздығының ара қатынасы көлемінің төмендеуі.

Осылайша, Neva / Nevac қатынасының шамасы циклдық жүктемелер мен коррозиялық ортаның әсерінен материалдардың зақымдану сипатына байланысты уес тығыздығының азаюымен артады.

Демек, алдын ала пластикалық деформация дәрежесінің әсері NEVA/Nevac ұзақ уақытқа қатынасына (коррозиялық ортада ұзақ мерзімділіктің төмендеу әсері) барабар жағдайларда екі параметрмен бағаланады: ± δ стандартты электродты әлеуеттің ығысуы және пластикалық өңдеуден кейін материалдың Aе беріктендіру көрсеткіші, бұл бұрын жасалған қорытындылармен келісіледі.

Біркелкі алдын ала деформация дәрежесінің өсуі, әдетте, беріктендіру көрсеткішінің шамасын азайтады және тепе-тең электродты әлеуетті теріс жаққа жылжытады. Мысалы, Л. И. Гурский мен В. А. Зелениннің мәліметтері бойынша δ Мыстың М1 М1 МВ – 7 мВ – ге және-36 мВ-ға жетеді 08кп (суретті қараңыз).Электрод потенциалының ығысуының және М1 М1 және болаттың деформациялық беріктігінің көрсеткішінің олардың алдын ала деформация дәрежесіне тәуелділігі.

Бұл параметрлер бір бағытты әсерге ие болғандықтан, басқа да тең жағдайларда деформацияланған металл материалдардың коррозиялық-шаршау бұзылуына сезімталдығын статикалық жүктеу кезінде беріктендіру көрсеткішінің өзгеруі бойынша бағалауға болады.

Бұл ретте біркелкі деформация саласындағы материалды алдын ала пластикалық өңдеу нәтижесінде Ае көрсеткішінің төмендеуі тоттану-шаршау бұзылуына кедергінің артуын, ал Nevac/N қатынасының шамасы тоттану беріктігінің nevac ұлғаюының салдарынан өсуі тиіс.

Әр түрлі кластағы Конструкциялық материалдардың ауадағы және коррозиялық ортадағы циклдық беріктігі бойынша эксперименттік деректер осы қорытындыны растайды.

Олардың ішінен статикалық жүктеу және пластикалық деформациялау процесінің біркелкілігін арттыру кезінде қисық деформациялық беріктендіру теңдеуіндегі Ае көрсеткішінің шамасын азайтуға әкелетін материалды технологиялық пластикалық өңдеу металл материалдардың коррозиялық ортаның әсеріне сезімталдығын төмендетуге себепші болады және олардың коррозиялық-шаршау бұзылуына қарсылығының жоғарылауын туындатады. Осылайша, әртүрлі металл материалдардың коррозиялық шаршау кедергісін арттыру мақсатында қандай да бір технологиялық өңдеудің орындылығын бағалау үшін статикалық созылу кезінде деформациялық беріктендіру көрсеткішінің шамасына оның әсерін қадағалау қажет.

Металдарды қысыммен өңдеу машина бөлшектерін жасаудың кең қолданылатын прогрессивті және перспективалы тәсілі болып табылады. Қысыммен шамамен 90% болат және 55% түсті металдар өңделеді. Қысыммен өңдеу кезінде металдар мен қорытпалардың пластикалық қасиеттері, олардың сыртқы күштердің әсерінен өз пішінін өзгерту қабілеті, яғни бүтіндігін бұзбай қалдық деформациялануы қолданылады.

Металдарды қысыммен өңдеудің барлық процестері екі негізгі топқа бөлінеді: 1) илемдеу-созу өндірісінің процестері және 2) соғу-қалыптау өндірісінің процестері.

Илектеу-созу өндірісінің процестері илектеу мен созуды, ал соғу-қалыптау өндірісінің процестері – еркін соғу, көлемді және табақты қалыптау мен престеуді қамтиды. Егер илектеу-созу процестері көп жағдайда металлургиялық өндірістің бөлігі болып табылса, онда соғу-штамптау процестері Машина жасаудың негізі болып табылады және көбінесе машина жасау және аспап жасау зауыттарында қолданылады.

Металды пластикалық деформациялаумен өңдеу процесінде ол талап етілетін пішінге ғана емес, сонымен қатар жаңа қасиеттерге ие болады. Қысыммен өңдеу металдың құрылымы мен механикалық қасиеттерін жақсартады. Сондықтан соққы-динамикалық жүктемелерге ұшырайтын машиналардың ең жауапты бөлшектері құю емес, қысыммен өңделеді. Қалыптаудың кейбір заманауи түрлері дайын бұйымдарды (тойтарма шегелер, Болттар, гайкалар және т.б.) және қосымша өңдеусіз жинау үшін жарамды машина бөлшектерін алуды қамтамасыз етеді. Бұл ретте 3-сыныптың дәлдігіне қол жеткізіледі, ал беттің тазалық класы 7-9 сәйкес келеді.

Қазіргі уақытта суық штампсыз қысыммен өңдеу процесі қолданылады. Бұл прогрессивті процесс суық күйінде металдардың пластикалық деформациясына негізделген. Ол металдың бастапқы көлемін сақтауды қамтамасыз етеді, өңделетін қабаттың бетін нығыздайды және өңделетін беттің тазалығын арттырады.

2.2.1. Пластикалық деформацияның физикалық мәні

Сыртқы күштердің металға кез келген әсері кезінде ол екі түрлі кернеуді сынайды: қалыпты (созатын немесе қысатын) және жанама (жылжитын).

Оның деформацияға упругую (обратимую) және пластикалық (необратимую, қалдық). Металдарды қысыммен өңдеу кезінде пластикалық деформация бұйым пішінінің пайда болуына ықпал етеді,ал серпімді деформация оның пайда болуын қиындатады. Мәселен, сыртқы жүктемені алу кезінде дайындаманың пішіні мен өлшемдері серпімді деформация салдарынан өзгереді.

Барлық материалдар жеткілікті иілгіштікке ие емес, сондықтан олардың барлығы қысыммен өңдеуге ұшырамайды. Кейбір металдар мен қорытпалар бөлме температурасында өте икемді, ал кейбіреулері оны тек жоғары температурада сатып алады. Алайда, икемділігі әдеттегі жағдайда нөлге жақын және тіпті температураның жоғарылауымен көрінбейтін материалдар да бар. Сонымен қатар, айтарлықтай жан-жақты қысу кезінде қарапайым жағдайда пластикалық емес материалдар пластикалық болып табылатыны белгілі. Осылайша, мәрмәр жан-жақты сығылғанда 78% – ға дейінгі қалдық деформация алынды.

Материалдардың қасиеттерінің айырмашылығын екі негізгі себеппен түсіндіруге болады: құрылыстың айырмашылықтары және олар орналасқан сыртқы жағдайлармен. Барлық металдар мен қорытпалардың тор тораптарында атомдардың белгілі орналасуымен сипатталатын кристалды құрылымы бар екені белгілі. Арасындағы атомдарымен жұмыс істейді уравновешивающиеся күшін тарту және отталкивания. Атомдар арасындағы мұндай өзара іс-қимыл кристалдау процесінде, яғни металл сұйық күйден қатты күйге ауысқан сәттен бастап белгіленеді. Қатайған металл бірнеше кристалдардан (дәндерден) тұрады. Барлық дәндердің бірдей кристалды торы бар және бір-бірінен тек тордың кеңістіктік бағдарымен ерекшеленеді. Металл өзек құрылысының сызбасы суретте көрсетілген.36. Мұндай құрылымы бар металдар поликристалл деп аталады. Мысалы, металл стержень (күріш.Сонда кез келген қимада m-n, р әсер етуші күшіне перпендикуляр, σ1 бас максималды созылатын кернеу пайда болады , ал L-N қимасына α бұрышымен жүргізілген қисық қиманың х-n сүйегінде σα және T α тангенциалды кернеулер пайда болады. Қалыпты кернеулер тек Серпімді деформацияны, ал тангенциальді (жанама) кернеулер-жылжудың серпімді және пластикалық деформациясын тудырады.Металдың пластикалық ағымы (деформациясы) (өзек ұзындығын арттыру және F1 қимасының азаюы) қалыпты кернеулер ағымдылық шегіне жеткен және асып кеткен жағдайларда байқалады. Осылайша, пластикалық деформация әрдайым қалыпты және тангенциалды кернеулерден туындаған серпімді деформация алдында болады.
Металл дене кристалының толық деформациясын қарастырайық. Мысалы, суретте көрсетілген кристалдың барлық көлеміне.37, біртекті жылжыту кернеуі t қоса берілген . Мысалы, кристалда ақаулар жоқ, ал онда кернеу бір жазықтықтағы атомдар басқа жазықтықтағы атомдар бойынша көрші тор тораптарына “домалатылғанша өседі. Атомдардың бір-біріне қатысты ығысуына кедергі келтіретін күш, әдетте, А торы параметрінің жартысынан аспайтын қашықтықта әрекет ететіні белгілі (сурет.37). T кернеулерінен туындаған торлардың деформациясы суретте көрсетілгендей, осы шамаға жетеді.37, б, 1 Жоғарғы сырғу қабатының атомдары 2 төменгі қабаттың атомдарына қатысты тұрақсыз тепе-теңдік жағдайында болады. Егер кернеу азайса, онда атомдар бастапқы жағдайға кері қайтарылады (сурет.37,а), ал егер кернеу аз болса, онда атомдар тордың жаңа тораптарына ауысады (сурет.37,в). Осылайша, атомдардың с-с жазықтығы бойынша бастапқы қалыптан тұрақсыз тепе-теңдік жағдайына ауысуы серпімді деформация болып табылады, ал бастапқы қалыптан тұрақты тепе-теңдіктің жаңа жағдайына ауысу қатты-пластикалық деформация болып табылады. Суретте көрсетілген жағдайдан с-с жазықтығында атомдардың орын ауыстыруы (ығысуы) болатын t критикалық кернеуі.37, а, суретте көрсетілген жағдайға.37, б, пияз Заңының көмегімен жақын анықтауға болады. Гука Заңы бойынша жылжу кернеуі t =μG. Атом көршілес тор параметрлерінің жартысына қарағанда ығысқан кезде, деформация 1/2 тең . Демек, серпімді деформацияларды жасау үшін G ығысу Модулінің шамамен жартысына тең кернеу қажет . Анықталған есептеулер пластикалық деформацияны бастау үшін қажетті кернеу шамамен 1010 н/м2 құрайды. Нақты металдар мен қорытпаларда нүктелік ақаулар (Бос орындар, енгізу атомдары, қоспалардың оқшауланған қосылыстары), сызықтық ақаулар (әр түрлі дислокация), дененің үстіңгі ақаулары және дәндердің ішкі шекараларының ақаулары түрінде кристалдық құрылыстың әртүрлі кемшіліктері бар; атомдардың жылу тербелістері да елеулі әсер етеді. Қарапайым кристалдың салыстырмалы түрде аз беріктігін негіздейтін себептерді талдау, әдеттегі кристалда дислокациялық типті ақаулар болуы тиіс деген қорытынды жасауға мүмкіндік береді. Дислокация едәуір дәрежеде әр астық көлемінде атомдардың орнын ауыстыруды жеңілдетеді және жеңілдетеді, бұл пластикалық деформацияны жүзеге асыру үшін қажет. Металдар мен қорытпаларды қысыммен өңдеу кезінде олардың шекаралары бойынша бір дәндерді өзара бұрылу және сырғыту арқылы жүзеге асырылатын кристалларалық деформацияны ажыратады (сурет.38,а), және кристалл ішіндегі, яғни дәннің ішіндегі ағатын, соның салдарынан кристаллиттер ұсақталады және деформацияның талшықты текстурасын жасай отырып, металдың басым ағымы бағытында созылады (сурет.38,б). Қысыммен өңдеу процесінде деформацияның екі түрі бір мезгілде өтеді. Бірақ деформация түрлерінің қайсысы басым болып табылады, металдың немесе қорытпаның осы күйіндегі дәндердің беріктігі мен олардың шекараларының арақатынасымен анықталады. Қысымды суық өңдеу кезінде кристаллитішілік деформация, ал ыстық өңдеу кезінде кристаллитаралық деформация басым болады. Бұл металдың қызған күйінде олардың шекарасына қарағанда анағұрлым берік және аз иілгіш астық бар.

Металл температурасына байланысты пластикалық деформация суық немесе ыстық болуы мүмкін. Суық пластикалық деформация нәтижесінде металдың беріктілік қасиеттері (беріктілік шегі σв, ағымдылық шегі σе және қаттылық НВ) деформация дәрежесінің өсуімен ұлғаяды, ал оның пластикалық қасиеттері (δ салыстырмалы ұзаруы, ψ тарылуы және Ан соққылық тұтқырлығы) азаяды (сурет.39). Деформация дәрежесі деп бастапқы F0 (деформацияға дейін) және көлденең қиманың бастапқы ауданына дайындаманың көлденең қималары аудандарының соңғы Fк (деформациядан кейін) айырмасы түсініледі.

Суық деформацияланған Болаттың физикалық қасиеттері, мысалы, электр және жылу өткізгіштігі, магниттік өткізгіштігі және тығыздығы азаяды, ал қышқылдағы ерігіштігі, коэрцитивті күш пен гистерезис артады. Суық пластикалық деформация процесінде физикалық-химиялық қасиеттердің өзгеруі деформацияланған металдың кристалдық торының қалдық бұрмалануымен және ішкі кернеулердің пайда болуымен түсіндіріледі. Металдың осындай жай-күйінің сыртқы көрінісі нығыздау немесе жапсырма болып табылады, металдың суық пластикалық деформациясы дәндерді ұсақтау, оларды жабыстыру және металдың ең үлкен ағысы бағытында ұзаруы (сурет.38). Суық өңдеуден кейін металл ұсақ түйіршікті құрылымға ие болады. Тпл (0,25-0,30)температураға дейін берік металды қыздыру кезінде демалыс немесе қайтару деп аталатын құбылыс пайда болады. Ол ішкі кернеуді алып тастауды, металдың пластикалық қасиеттерін аздаған қалпына келтіруді қамтамасыз етеді және коррозия металының кедергісін арттырады. 0,4 Тпл-ден жоғары температураға дейін беріктендірілген металды қыздыру кезінде рекристализация процесі өтеді, нәтижесінде атомдарды қайта топтастыру жүреді,соның салдарынан тордағы бұрмалаулар мен ішкі кернеулер жоғалады. Қайта кристалданғаннан кейін металл нығыздалып, бастапқы қасиеттерін қалпына келтіреді. Көміртекті болат үшін рекристализация температурасы Трек=0,4 Тпл, ал жоғары қоспаланған болат үшін Трек=0,65 Тпл ара қатынасынан анықталуы мүмкін. Рекристализация температурасынан төмен температураларда орындалатын қысыммен металдарды өңдеу суық деп аталады. Металды рекристализация температурасынан жоғары қыздыру кезінде орындалатын қысыммен өңдеу Ыстық деп аталады.

Металдағы қысыммен ыстық өңдеу кезінде беріктендіру және беріктендіру процестері бір мезгілде өтеді. Рекристалданудан туындаған беріктендіру процесінің жылдамдығы әдетте беріктендіру процесінің жылдамдығынан асады. Рекристализация нәтижесінде деформацияланған металл нығыздалып, бірдей бағдарланбаған құрылымға ие болады. Металл дәндерінің шамасы негізінен температураға және деформация дәрежесіне байланысты. Металдағы астық мөлшері деформация дәрежесі неғұрлым аз болады. Егер суық деформация кезінде, әдетте, алдын ала деформацияланған дайындамалар пайдаланылса, онда ыстық деформация кезінде металл литом күйінде (құймалар), сондай-ақ деформацияланған күйінде (илек және шыңдау) қолданылады. Құймакесектерді ыстық өңдеу кезінде металдың дендрит құрылымы бұзылады, ақаулар (микропоралар және газ көпіршіктері) дәнекерленеді, жекелеген кристаллдар және металдың басым ағымы бағытында металл емес қосылыстар ұсақталады және тартылады. Металдың құрылымы оның ағымында орналасқан металл емес созылған металлдық емес қосындылармен талшықты деп аталады. Мұндай құрылымның салдары анизотропия болып табылады, яғни металдың механикалық қасиеттері талшық бойымен және көлденең біртекті емес болады. Мұны бұйымдарды жобалау және дайындау кезінде ескеру қажет.

2.2.3. Металды қыздырудың физикалық негіздері және қысыммен өңдеудің температуралық аралығы.
Металдар мен қорытпалар қысыммен өңдеу алдында олардың икемділігін арттыру және деформация кедергісін азайту үшін белгілі бір температураға дейін қыздырылады. Бұл температура ыстық қысымның басталу температурасы деп аталады. Алайда өңдеу процесінде металл температурасы төмендейді. Өңдеуге болатын ең төменгі температура қысыммен өңдеудің аяқталу температурасы деп аталады. Металдың немесе қорытпаның ең жақсы иілгіштігіне, астықтың өсуіне ең аз бейімділігіне және деформацияның ең аз кедергісіне ие өңдеудің басталуы мен аяқталуы арасындағы температура аймағы ыстық өңдеудің температуралық интервалы деп аталады. Қысыммен өңдеудің температуралық аралығы қорытпаның күй диаграммасын есепке ала отырып таңдалады. Бұл температура интервалында металл бір фазалы күйде болғаны жөн. Екі немесе көп фазалы күйде фазалардың бірінің төмен икемділігі кезінде металдың бұзылуы мүмкін. Бұған дейінгі этектоидты Болат жатады (сурет.40) GS және PS желілері арасындағы екі фазалы күй температурасы кезінде жеткілікті иілгіштікке ие. Es және SK желілері арасында (қайталама цементиті бар аустениттен жасалған екі фазалы құрылым белгіленеді. Цементит дән шекаралары бойынша тор түрінде орналасады және болаттың икемділігін төмендетеді. Дегенмен, бұл торды қысыммен өңдеу әдісімен бұзғаннан кейін Болат өзінің пластикалық қасиеттерін қалпына келтіреді. Қорытпаларды өңдеудің температуралық аралығы олардың химиялық құрамына байланысты. Осылайша, темір-көміртек диаграммасынан болаттағы көміртек мөлшерінің ұлғаюымен өңдеудің температуралық аралығы тарылатынын көруге болады. Әсіресе өңдеу басталу температурасы күрт төмендейді. Дұрыс қыздыру режимінде металл құрылымы ұсақ түйіршікті (сурет.41,а). Металдар мен қорытпаларды ыстық өңдеудің басталу температурасынан жоғары қыздыру кезінде аустениттік астықтың қарқынды өсуі басталады. Сондықтан құрылым ірі түйіршікті болады және оның пластикалық қасиеттері төмендейді (күріш.41, б). Ірі түйіршікті құрылымы бар болат қызған кезде алынады. Қызып кету ақау болып табылады және оны күйдірумен немесе нормалаумен жоюға болады. Жылыту температурасының одан әрі жоғарылауы кезінде астық шекаралары бойынша орналасқан жеңіл балқитын құрауыштардың балқуы болады. Бұл шектердің оттегімен тотығуы (күріш.41,в) пештің жұмыс кеңістігіндегі құбылысты уайым деп атайды. Металдың сынуы-ақаулы ақау, себебі металдың икемділігі толық жоғалады. Қыздырылатын дайындаманың металдары оттегісі бар (су буы және көмірқышқыл газы) пеш газдарымен жанасып, химиялық өзара әрекет ете отырып, тотығады және көмірсізденеді. Бұл ретте металл бетінде темір тотығынан тұратын окалин пайда болады. Пеш газдарынан басқа пайда болатын қабыршақтың мөлшеріне қыздыру температурасы, дайындаманың металының химиялық құрамы және оның бетінің көлемге қатынасы әсер етеді. Мысалы, 1300ºс кезінде болат дайындаманың тотығу жылдамдығы 850-900ºС-қа қарағанда жеті есе жоғары. Дайындаманың бетінің оның көлеміне қатынасының жоғарылауымен қабыршақтың саны өседі. Болат көміртегі құрамының ұлғаюымен қыздыру кезінде қабыршақтар саны азаяды. Алюминий, хром, кремнийдің кейбір химиялық элементтерін де азайтады. От пештерінде қызған кезде 3% – ға жететін металдың көмірінен тікелей шығындардан басқа, окалина құралдың тозуын арттыратын өте қатты зат болып табылады. Металдың көмірсіз қабатының қалыңдығы 1,5-2 мм жетеді, бұл әдіптерді механикалық өңдеуге оны алып тастау үшін арттыруға мәжбүр етеді. Қыздыру дайындаманың қимасы мен ұзындығы бойынша температураның біркелкі таралуын, үстіңгі қабаттың ең аз көмірсізденуін және қабыршақтың ең аз түзілуін қамтамасыз етуі тиіс.

Пешке жүктелген суық құймалар мен дайындамалар (суық сұлы) біркелкі емес қызады. Алдымен олардың сыртқы қабаттары қыздырылады, содан кейін пеште ұсталуына қарай олар бүкіл қимасы бойынша қыздырылады. Жоғары температураға дейін қыздырылған сыртқы қабаттар ішкі температурадан көп кеңейеді, сондықтан металда созылудың температуралық кернеулері пайда болады. Егер температуралық кернеу металл беріктігінің шегінен асып кетсе, онда жарықтар пайда болады. Жарықтың пайда болуын болдырмау үшін металды белгілі бір жылдамдықпен қыздыру қажет. Қыздыру жылдамдығы уақыт бірлігі үшін металл температурасының жоғарылау шамасын білдіреді. Берілген температураға дейін қыздыру жылдамдығы металдың жылу өткізгіштігіне және жылу сыйымдылығына, дайындамалардың мөлшері мен нысанына, дайындамалардың ағудағы орналасу сипатына байланысты.

Болаттың жылу өткізгіштігі температураға, химиялық құрамына және жағдайына байланысты. Легірленген болаттардың көміртекті болаттарға қарағанда аз жылу өткізгіштігі бар, ал Болаттың литом күйіндегі жылу өткізгіштігі деформацияланғанға қарағанда төмен. Сондықтан легірленген болат пен литом күйіндегі Болат (құймалар) әдетте баяу қызады.

Жылу сыйымдылығы металдың температурасы мен түріне (мысалы, темір, мыс және т.б.), ал қорытпалар үшін және олардың химиялық құрамына байланысты. Температураның жоғарылауымен металдар мен қорытпалардың жылусыйымдылығы өсуде және құрылымдық айналулар температуралары саласында ең үлкен мәнге жетеді. Жылу сыйымдылығы неғұрлым көп болса, қыздыру процесі соғұрлым ұзақ болады.

Көміртекті және төмен және орташа балқытылған болаттан жасалған диаметрі 100 мм дейінгі дайындамаларды пештің жылу қуатымен рұқсат етілген жылдамдықпен қыздыруға болады. Мұндай дайындамаларды алдын ала өңдеу басталған температураға дейін қыздырылған пешке жүктеудің ең тиімді. Жоғары қоспаланған болаттан және қорытпалардан жасалған дайындамалар олардың ерекше қасиеттерін ескере отырып, ерекше режим бойынша қыздырылады. Ірі болат құймалар мен дайындамаларды қыздыру режимі екі кезеңнен тұрады. Бірінші кезең-төменгі температура (700-800С дейін) аймағындағы қыздыру, екінші кезең-жоғары температура (700-800С жоғары) аймағындағы қыздыру (сурет.42). Қыздырудың бірінші кезеңінде Болаттың икемділігі аз, сондықтан жарықтың пайда болуына жол бермеу үшін қыздыруды баяу жүргізу қажет. Қыздырудың бірінші кезеңінің соңында құймалар мен дайындамалардың сыртқы қабаттарында осы болат үшін сыни нүкте температурасына жеткен, көлемнің азаюымен қоса болатын құрылымдық өзгерістер болады. Осының арқасында сыртқы қабаттарда температуралық кернеулер алынады. Қыздырудың екінші кезеңінде, 700-800ºс бастап, металдар мен қорытпалардың жылу өткізгіштігі мен икемділігі ұлғаяды, ал ішкі кернеулердің бұзатын әсер ету қаупі азаяды. Осы кезеңде қызуды жарықтың пайда болу қаупі жоқ кез келген жылдамдықпен жүргізуге болады.

Қысыммен өңдеуді бастау температурасына дейін қалыңдығы 100 мм астам болат дайындамалардың жалынды пештерінде t (сағаттарда) суық всад кезінде қыздыру уақытын шамамен мына формула бойынша анықтауға болады

мұндағы α – пештің астына қыздырылатын дайындамаларды (құймаларды) салу тәсілін ескеретін коэффициент (күріш.43);

k-10 -12,5 көміртекті және төмен қоспаланған болат үшін тең коэффициент; қоспаланған және жоғары көміртекті болат үшін 20-25;

D-құйма немесе дайындаманың диаметрі( немесе келтірілген диаметрі), м.

Кезде ыстық всаде
мұндағы k1 = 0,10 – 0,15 Болаттың химиялық құрамын және қыздыру шарттарын ескеретін коэффициент;

S-жылытылатын дайындаманың жағы немесе диаметрі, см;

tº-всад температурасы, ºС.

Қысыммен ыстық өңдеу процесінің аяқталу температурасы тым төмен болмауы тиіс, өйткені бұл ретте беріктендіру және икемділікті төмендету процесі жарықтардың пайда болуына әкелуі мүмкін. Бұл температура ірі түйіршікті құрылымды алуды болдырмау үшін тым жоғары болмауы тиіс.

2.2.4. Жылыту пештері

Жылыту пештері дайындамаларды қысыммен өңдеу үшін қызмет етеді. Олар мынадай белгілер бойынша жіктеледі:

1) энергия көзі – жалынды және электр пештері; 2) мақсаты – ұсталық және илек пештері; 3) әрекет принципі – мерзімді және үздіксіз тиеумен (әдістемелік). Жалынды пештер отын түрі бойынша (қатты, сұйық немесе газ тәрізді отынмен жұмыс істейтін пештер) және шығатын газдардың жылуын пайдалану тәсілі бойынша (рекуперативті және регенеративті пештер) қосымша жіктеледі.

Бүкіл жұмыс кеңістігі бойынша бірдей температурасы бар пештер камералық деп аталады (күріш.44,а).. Пештерді тиеу және түсіру мезгіл-мезгіл жүргізіледі. Мұндай пештердің астына 2-ші дайындамалары қыздыру процесінде қозғалмайды. Жұмыс кеңістігінде температура тиеу терезесінен түсіру терезесіне дейін жоғарылайтын пештер әдістемелік деп аталады (сурет44, б). Мұндай пештерде ыстық пеш газдарының ағыны 3, 4 – рольганг итергіш (суыту) құбырларына итеретін 2-ші қыздыратын дайындамалардың ағынына қарсы қозғалады. Отын жанарғылардың немесе форсункалардың көмегімен 1 беріледі. Жартылай әдістемелік пештер қысқа және олардағы дайындамаларды біркелкі емес температура бойынша қыздыру.

Прокаттау өндірісінде әдістемелік пештер және қыздыру құдықтары (камералық пештердің түрлері) қолданылады. Құдықтардағы құймалар тік күйде қыздырылады. Соғу-штампылау өндірісінде соғу астына қыздыру үшін камералық пештер, ал штампылау үшін – әдістемелік және жартылай әдістемелік пештер (ірі сериялы өндірісте), сондай-ақ камералық пештер (ұсақ сериялы өндірісте) пайдаланылады.

Ірі құймалар мен дайындамаларды оларды тиеу мен түсіруді жеңілдету үшін қыздыру жылжымалы подомасы бар камералық пештерде жүргізіледі. Кейде қара немесе түсті металдар қорытпаларынан жасалған шағын дайындамаларды қыздыру үшін шағын пеш камерасына металды тотықтанудан сақтайтын муфель (муфельді пештер) орнатылады. Жартылай теодты пештер өнімділігі жоғары балғаларда қалыптау үшін дайындамаларды қыздыру үшін де қолданылады. Құймалар мен дайындамаларды әдістемелік немесе жартылай әдістемелік пештің астына жылжыту механикалық немесе пневмогидравликалық жетегі бар итергіш механизмнің көмегімен жүзеге асырылады. Ыстық көлемді штамптау цехтарында жиі айналмалы подомы бар пеш қолданылады, олар жарты метродикалық пештің бір түрі болып табылады. Отынды үнемдеу және пайдалы әсер коэффициентін арттыру мақсатында ірі құймалар мен соғу мен прокатқа арналған дайындамаларды қыздыруға арналған пештер регенераторларда ауаны 600-900ºС дейін қыздырумен жұмыс істейді. Болат балқыту цехынан ірі құймалар әдетте ыстық қыздыру үшін беріледі, соның арқасында отынның айтарлықтай мөлшері үнемделіп, қыздыру ұзақтығы азаяды.

Сериялық өндіріске арналған дайындамаларды қыздыруға арналған әдістемелік, жартылай әдістемелік және камералық пештер шығатын пеш газдарының жылуы есебінен отынды жағу үшін пешке берілетін суық ауаны 200-300ºС дейін қыздыратын рекуператорлармен жабдықталады. К. п. д. ауаны қыздырудың арқасында әдістемелік пештер 40% – ға дейін жоғарылайды; кәдімгі камералық пештерде к.п. д. 10% – дан аспайды.

Жылыту пештерін механикаландырудың және автоматтандырудың негізгі элементтері дайындамаларды тиеу және түсіру, отын мен ауаны беруді реттеу жүйесі, пеш газдарының температурасы мен құрамын бақылау болып табылады.

Қабыршақтың түзілуіне металдың шығынын болдырмау немесе азайту мақсатында тотықтырусыз және аз тотықтырумен қыздырудың мынадай тәсілдері қолданылады: балқытылған тұздарда (электролит), муфельді пештерде, қорғаныс және жанғыш газдар ортасында, қыздырылатын дайындамалардың бетін шыныдан немесе литий тотығынан жасалған жабындылармен қорғай отырып.

От пештерінен басқа, қара және түсті металдар мен қорытпалардан жасалған, оның ішінде ерекше физикалық қасиеттері бар шағын дайындамаларды қыздыру үшін кедергінің электрлік пештерін қолданады. Электр пештерінде қыздыру кезінде оттан әлдеқайда аз. Реттеу жеңілдігінің арқасында электр пештеріндегі температура үлкен дәлдікпен және бірқатар жағдайларда берілген режимге сәйкес автоматты түрде ұсталады. Электр жылыту қондырғыларын сериялық және жаппай өндіріс кезінде қысыммен өңдеу арқылы дайындамаларды қыздыру үшін қолдану тиімді. Өнеркәсіпте Индукциялық қыздыру және кедергімен контактілі қыздыру қондырғылары кең таралған. Электр қыздыру қондырғыларында дайындамаларды қыздыру жалынды пештерде қыздырумен салыстырғанда бірқатар артықшылықтарға ие. Дайындамаларды қыздыру жылдамдығы 8-10 есе көп, ал қабыршақтар саны пешпен жылытуға қарағанда 4-5 есе аз. Электр қыздырғыш құрылғыларда қыздыру кезінде металдың көмірі дайындаманың массасынан 0,4-0,6% құрайды. Дайындамада қабыршақтың іс жүзінде болмауы штамптардың тозуын азайтады және дәл соғуларды штампылауға мүмкіндік береді. Қондырғылардың жылыту тораптарының жинақылығы кейде оларды қалыптау агрегаттары мен автоматтарға тікелей қоюға мүмкіндік береді, бұл дайындаманың қызып кету мүмкіндігін жояды және сәулеленудің және газ түзудің болмауының арқасында еңбектің санитарлық-гигиеналық жағдайын жақсартады.