Металлын шинж чанарт хольцын нөлөө
Металлууд нь бат бөх, хатуулаг, өндөр цахилгаан болон дулаан дамжуулах чанар, янз бүрийн бүрэлдэхүүн хэсэг болгон хувиргахад хялбар байдгаараа өргөнөөр алдартай. Гэсэн хэдий ч эдгээр шинж чанарууд нь зөвхөн металлын төрлөөр төдийгүй, түүний дотор юу "авч явагддаг" зэргээр тодорхойлогддог. Бага хэмжээний гадны бодис буюу хольц нь металлын зан төлөвийг мэдэгдэхүйц өөрчилж чаддаг. Олон тохиолдолд эдгээр өөрчлөлтүүд нь хортой байж болох ч тодорхой нөхцөлд тэдгээрийг материалын гүйцэтгэлийг сайжруулахад ашиглаж болно. Энэ нийтлэлд хольц нь металлын бүтцийн, механик, цахилгаан, дулааны болон зэврэлтээс хамгаалах шинж чанарт хэрхэн нөлөөлдөг, мөн тэдгээрийг үйлдвэрлэлд хэрэглэх жишээнүүдийн хамт авч үзэх болно.
Металл дахь хольцууд юу вэ?
Хольц гэдэг нь металлд байдаг боловч түүний хүссэн найрлагад ороогүй элементүүд эсвэл нэгдлүүд юм. Хольцууд нь дараахь зүйлсээс үүсч болно.
1. Олборлох үйл явцын явцад бүрэн ялгагдаагүй түүхий хүдрийн материал.
2. Хайлуулах болон цутгах үйл явц, жишээлбэл, металл нь хий (устөрөгч, хүчилтөрөгч, азот)-ыг шингээдэг.
3. Тоног төхөөрөмж болон хүрээлэн буй орчны бохирдол, тухайлбал зуухны галд тэсвэртэй материал эсвэл шаарнаас үүссэн хэсгүүд.
4. Хүчилтөрөгч эсвэл азот агуулсан гагнуур гэх мэт дэвшилтэт үйлдвэрлэлийн процессууд.
5. Хөлдөөх үед тодорхой элементүүд үр тарианы хил хязгаар эсвэл тодорхой хэсэгт төвлөрсөн үед ялгах.
Хольц нь хэд хэдэн хэлбэрээр оршиж болно: хатуу уусмал хэлбэрээр ууссан, металл бус хольц хэлбэрээр баригдсан, тунадас хэлбэрээр тунадасжсан эсвэл мөхлөгийн хил дээр хуримтлагдсан.
Металлын бичил бүтцэд хольцын нөлөө
Металлын шинж чанарт тэдгээрийн бичил бүтэц хүчтэй нөлөөлдөг: мөхлөгийн хэмжээ, фазын тархалт, дислокаци, оруулгын оршихуй. Хольцууд нь дараахь зүйл байж болно.
– Үр тарианы хэмжээг өөрчлөх: зарим элементүүд нь халаах явцад үр тарианы ургалтыг саатуулж, улмаар нарийн ширхэгтэй үр тариа үүсгэдэг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн бат бөх чанарыг нэмэгдүүлдэг.
– Шинэ үе шатууд үүсэхийг дэмждэг: жишээлбэл, төмрийн нүүрстөрөгч нь цементит (Fe₃C) эсвэл карбидын үе шатыг үүсгэдэг.
– Ялгалтыг өдөөдөг: зарим элементүүд үр тарианы хил дээр хуримтлагдах хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь хагарал, зэврэлтийн сул цэг болж чаддаг.
Өөрөөр хэлбэл, хольц нь зөвхөн "бохир" төдийгүй металл хэрхэн хатуурах, халаах, ашиглах явцад хэрхэн урвалд ороход нөлөөлдөг.
Механик шинж чанарт үзүүлэх нөлөө: Бат бөх чанар, уян хатан чанар, хатуулаг
1. Хатуу уусмалыг бэхжүүлэх
Кристал торонд хольц уусах үед янз бүрийн хэмжээтэй гадны атомууд торны гажуудлыг үүсгэдэг. Эдгээр гажуудал нь дислокацийн хөдөлгөөнийг саатуулж, бат бөх чанар, хатуулгийг нэмэгдүүлдэг. Нийтлэг жишээ:
– Төмрийн нүүрстөрөгч (тодорхой түвшинд хүртэл) нь гангийн бат бөх чанарыг нэмэгдүүлдэг.
– Зэс дэх цайр нь цэвэр зэсээс илүү бат бөх гууль үүсгэдэг.
Гэсэн хэдий ч бат бэх нэмэгдэх нь ихэвчлэн уян хатан чанар буурахтай холбоотой байдаг. Металл нь хагаралгүйгээр хуванцар деформацид орох чадвараа алддаг.
2. Хэврэгжилт (Бохирдлоос үүдэлтэй хэврэг байдал)
Зарим хольц, ялангуяа ширхэгийн хил дээр хуримтлагдсан хольц нь хатуулгийг эрс бууруулдаг. Өмнө нь уян хатан байсан металл, ялангуяа тодорхой температурт хэврэг болж болно. Жишээлбэл:
– Ган дахь фосфор болон хүхэр нь ширхэгийн хил дээр нэгдэл үүсгэдэг эсвэл ялгардаг тул хэврэгшил үүсгэдэг.
– Устөрөгч нь устөрөгчийн хэврэгшилтийг өдөөж, улмаар өндөр бат бэхтэй ган, боолт эсвэл хүчдэлтэй эд ангиудад гэнэт хагарал үүсгэдэг.
3. Хамтран ажиллах болон ядаргаанд тэсвэртэй байдал
Оксид, сульфид эсвэл силикат зэрэг оруулгууд нь стрессийн баяжуулагч болж үйлчилдэг. Давтан ачааллын үед ядаргааны хагарал нь ихэвчлэн оруулгаас эхэлдэг. Үүний үр дүнд:
- ядаргаа багассан амьдрал
- Гэнэтийн эвдрэлийн эрсдэл нэмэгддэг
Тиймээс босоо ам, пүрш эсвэл эргэлддэг автомашины эд ангиудын ган нь ихэвчлэн хатуу цэвэр байдлын хяналт шаарддаг.
Цахилгаан ба дулаан дамжуулалтад үзүүлэх нөлөө
Цэвэр металлууд нь электронууд харьцангуй чөлөөтэй хөдөлж чаддаг тул өндөр цахилгаан дамжуулах чадвартай байдаг. Хольцууд нь электроны тархалтыг нэмэгдүүлдэг тул:
- эсэргүүцэл нэмэгддэг
- цахилгаан дамжуулах чанар буурдаг
– дулаан дамжуулалт ерөнхийдөө буурдаг
Хамгийн тод жишээ бол зэс юм: өндөр цэвэршилттэй зэсийг кабель болон моторын ороомогт ашигладаг бол илүү их хольцтой зэсийг нарийн цахилгаан хэрэглээнд тохиромжгүй болгодог. Хүчилтөрөгч эсвэл фосфор зэрэг бага хэмжээний элементүүд ч гэсэн цахилгаан дамжуулах чадварыг мэдэгдэхүйц бууруулдаг.
Гэсэн хэдий ч энэ нөлөөг бас ашиглаж болно. Нихром (Ni-Cr) зэрэг хайлшийг халаалтын элементүүдэд зориулж зориудаар илүү эсэргүүцэлтэй болгож, цахилгааныг дулаан болгон илүү үр ашигтайгаар хувиргадаг.
Зэврэлт ба исэлдэлтэд тэсвэртэй байдалд үзүүлэх нөлөө
Зэврэлт нь химийн найрлага болон бичил бүтцээс хүчтэй хамаардаг электрохимийн урвал юм. Хольцууд нь:
– Металлын дотор микрогальваник хосууд үүсгэн, зэврэлтийг хурдасгадаг орон нутгийн анод ба катодуудыг үүсгэдэг.
– Хэрэв тодорхой элементүүд мөхлөгийн хил дээр тунадасжвал мөхлөг хоорондын зэврэлтийг нэмэгдүүлдэг.
– Жишээлбэл, зэвэрдэггүй ган дээр хамгаалалтын идэвхгүй давхаргын тогтвортой байдлыг өөрчлөх.
Жишээлбэл, зэвэрдэггүй гангийн хувьд нүүрстөрөгч болон хромын тархалтыг хянах шаардлагатай. Хэрэв хромын карбидууд ширхэгийн хил дээр тунадасжвал (мэдрэмжтэй болох), хүрээлэн буй орчин нь хромын дутагдалд орж, зэврэлтэнд өртөмтгий болдог. Нөгөөтэйгүүр, тодорхой элементүүдийг (жишээлбэл, молибден) хяналттайгаар нэмэх нь үнэндээ нүх сүвний зэврэлтэд тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлдэг.
Өндөр температурт дулааны шинж чанар болон зан төлөвт үзүүлэх нөлөө
Бохирдол өөрчлөгдөж болно:
- хайлах цэг ба хөлдөх хүрээ
– өндөр температурт фазын тогтвортой байдал
– мөлхөх (өндөр температурт ачааллын улмаас удаан деформаци)
Зарим хольц нь ширхэгийн хил хязгаарыг сулруулснаар мөлхөлтийн эсэргүүцлийг бууруулдаг бол зарим хайлшийн элементүүд нь тогтвортой тунадас үүсгэснээр өндөр температурт металлыг бэхжүүлдэг. Турбин, бойлер эсвэл хөдөлгүүрийн хэрэглээнд найрлагын хяналт чухал болдог.
Бохирдлын үүрэг: Хортой эсвэл ашигтай юу?
Хүсээгүй хольц болон санаатайгаар нэмсэн хайлшийн элементүүдийг ялгах нь чухал юм. Заримдаа ижил элемент нь нэг нөхцөлд "бохирдол", нөгөө нөхцөлд "хайлш" байж болно. Жишээлбэл:
– Нүүрстөрөгч нь цэвэр төмрийн "бохирдол" боловч гангийн гол элемент юм.
– Зэс дэх хүчилтөрөгч нь зарим боловсруулалтын чадварыг сайжруулж болох ч зарим цахилгаан хэрэглээнд хортой.
Гол нь түвшин, оршихуйн хэлбэрүүд (ууссан, орц, тунадас) болон тархалтыг хянах явдал юм.
Үйлдвэрлэлийн практикт хольцыг хэрхэн хянах вэ
Металлын шинж чанарыг шаардлагад нийцүүлэхийн тулд үйлдвэрүүд янз бүрийн аргыг ашигладаг:
1. Цэвэршүүлэх ба цэвэршүүлэх (жишээ нь хүхэргүйжүүлэх, исэлдүүлэх).
2. Устөрөгч болон азот зэрэг ууссан хийг багасгахын тулд вакуум хийгүйжүүлэлт хийх.
3. Исэл эсвэл хүсээгүй нэгдлүүдийг холбохын тулд флюс ба шаарны хяналтыг ашиглах.
4. Хур тунадасжилт болон ялгаралтыг хянах дулааны боловсруулалт.
5. Орц болон сүвэрхэг чанарыг багасгахын тулд цутгах процессыг хянана.
6. Хамгийн их хольцын хязгаарыг тодорхойлдог найрлагын стандартууд (ASTM, JIS, ISO).
Дүгнэлт
Хольц нь металлын шинж чанарыг тодорхойлоход чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Бага хэмжээгээр хатуу уусмалыг бэхжүүлэх эсвэл ширхэгийг цэвэршүүлэх замаар бат бөх чанарыг нэмэгдүүлж болох ч төрөл, тархалтаас хамааран уян хатан чанар, хатуулаг, ядрах хугацаа, цахилгаан дамжуулах чанар, зэврэлтээс хамгаалах чадварыг бууруулж болно. Тиймээс орчин үеийн металлургийн технологи нь цэвэршүүлэлт болон бичил бүтцийн боловсруулалтын аль алинаар нь хольцын хатуу хяналтад анхаарлаа хандуулдаг. Эцсийн эцэст, хольцын нөлөөг ойлгох нь бидэнд тодорхой хэрэглээнд тохирох материалыг сонгоход тусалдаг: өндөр дамжуулалттай зэс утаснаас эхлээд бат бөх бүтцийн ган, хэт туйлширсан орчинд зориулсан халуунд тэсвэртэй хайлш хүртэл.
Хэрэв та хүсвэл би энэ өгүүллийг илүү эрдэм шинжилгээний хувилбар болгон (ишлэлтэй хамт) өөрчлөх эсвэл цахилгаан хэрэглээнд зориулж ган дээр хүхэр, өндөр бат бэх ган дээр устөрөгч, зэс дээр хүчилтөрөгчийн нөлөө гэх мэт тодорхой тохиолдлын судалгааг нэмж болно.
