Металлын механик шинж чанарт нөлөөлөх хүчин зүйлс
Металлын механик шинж чанар нь тэдгээрт үйлчилдэг ачаалал эсвэл хүчинд хариу үйлдэл үзүүлэх чадвар юм. Эдгээр шинж чанаруудад суналтын бат бэх, хатуулаг, уян хатан чанар, хатуулаг, элэгдэлд тэсвэртэй байдал, ядрах эсэргүүцэл, байнгын деформацид тэсвэртэй байдал орно. Инженерийн практикт - барилга, үйлдвэрлэл, автомашин эсвэл сансар судлалын аль ч салбарт - металлын механик шинж чанарт нөлөөлдөг хүчин зүйлсийг ойлгох нь сонгосон материалууд аюулгүй, үр ашигтай, бат бөх байхын тулд чухал юм. Хамгийн их нөлөө үзүүлдэг гол хүчин зүйлсийг дор дурдав.
1. Химийн найрлага ба хайлшийн элементүүд
Химийн найрлага нь металлын механик шинж чанарын үндсэн тодорхойлогч хүчин зүйл юм. Жишээлбэл, гангийн хувьд нүүрстөрөгчийн агууламж нь бат бөх, хатуулагт мэдэгдэхүйц нөлөөлдөг. Нүүрстөрөгчийн өндөр түвшин нь ерөнхийдөө бат бөх, хатуулгийг нэмэгдүүлдэг боловч уян хатан чанар, гагнуурын чанарыг бууруулдаг. Хайлшид тодорхой шинж чанаруудын хослолыг бий болгохын тулд хром (Cr), никель (Ni), молибден (Mo), ванадий (V), манган (Mn) зэрэг элементүүдийг нэмдэг.
Хайлшлах элементүүд нь хатуу уусмал, тунадас эсвэл карбид үүсгэж, улмаар мултрах хөдөлгөөнийг саатуулдаг. Металлын хуванцар деформаци нь голчлон мултрах хөдөлгөөнөөр өдөөгддөг тул мултрах дарангуйлал их байх тусам урсах бат бэх ба хатуулаг өндөр байдаг. Гэсэн хэдий ч бат бэх нэмэгдэх нь ихэвчлэн уян хатан чанар буурахтай холбоотой байдаг тул дизайнерууд хэрэглээний хэрэгцээнд үндэслэн энэ хоёрыг тэнцвэржүүлэх шаардлагатай болдог.
2. Бичил бүтэц (Бичил бүтэц)
Микро бүтэц гэдэг нь металл доторх фаз, ширхэгийн хэмжээ, ширхэгийн хэлбэр, фазын тархалтын найрлага юм. Микро бүтэц нь металл хэрхэн деформацид орж, хугарахыг голчлон тодорхойлдог. Нарийн ширхэгийн хэмжээ нь ерөнхийдөө ширхэгийн хил хязгаарыг бэхжүүлэх механизмаар дамжуулан бат бөх, хатуулагийг нэмэгдүүлдэг бөгөөд үүнийг ихэвчлэн Холл-Петчийн хамаарлаар тодорхойлдог: ширхэгийн хэмжээ бага байх тусам мултралууд ширхэгийн хил хязгаараар шилжихэд хэцүү байдаг.
Фазын тархалт нь бас чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Жишээлбэл, гангийн хувьд феррит, перлит, бейнит, мартенситын харьцаа нь өөр өөр шинж чанарыг бий болгоно. Мартенсит нь маш хатуу бөгөөд бат бөх боловч хатууруулаагүй бол хэврэг болдог. Перлит нь бат бөх чанар ба уян хатан чанарын илүү тэнцвэртэй хослолыг санал болгодог. Тиймээс механик шинж чанарыг нарийн тохируулахын тулд бичил бүтцийг дулааны болон механик процессоор хянах нь гол түлхүүр юм.
3. Үйлдвэрлэлийн процесс ба деформацийн түүх
Металлыг хэрхэн бүрдүүлдэг нь - тухайлбал цутгах, давтах, өнхрүүлэх, шахах эсвэл утсаар татах замаар - механик шинж чанарт нөлөөлдөг деформацийн түүхийг бий болгодог. Тодорхой температурт хуванцар деформаци нь хэв гажилтын хатууралаар дамжуулан бат бөх чанарыг нэмэгдүүлдэг. Металл деформацид ороход мултралуудын нягтрал нэмэгдэж, тэдгээр нь хоорондоо мөргөлдөж, улмаар тэдгээрийн хөдөлгөөнийг саатуулж, материалыг илүү бат бөх, хатуу болгодог.
Гэсэн хэдий ч хэв гажилтын хатуурал нь уян хатан чанарыг бууруулдаг. Дэвшилтэт хэлбэржүүлэх үйл явцад хэв гажилтын хатуурлаас болж хэт "хатуу" болсон металл хагарч болно. Тиймээс дахин талстжих болон үр тарианы ургалтаар уян хатан чанарыг сэргээхийн тулд үйлдвэрлэлд хэлбэржүүлэх үе шатуудын хооронд ихэвчлэн хатаах ажлыг хийдэг.
4. Дулааны боловсруулалт
Дулааны боловсруулалт нь металлын хэлбэрийг өөрчлөхгүйгээр механик шинж чанарыг өөрчлөх хамгийн үр дүнтэй аргуудын нэг юм. Гангийн хувьд бөхөөх, зөөлрүүлэх зэрэг дулааны боловсруулалт нь хүчтэй мартенсит үүсгэж, дараа нь зөөлрүүлэх явцад хатуулгийг нэмэгдүүлдэг. Хэвийн болгох нь бичил бүтцийг сайжруулж, шинж чанарын жигд байдлыг сайжруулж чадна. Зарим хөнгөн цагаан хайлшид уусмалын боловсруулалт болон хөгшрөлт нь хур тунадасны хатууралтыг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь хөнгөн жинг хадгалахын зэрэгцээ бат бөх чанарыг нэмэгдүүлдэг.
Дулааны боловсруулалт бүр нь үе шатууд болон тэдгээрийн тархалтыг өөрчилж, тунадасыг зохицуулж, үр тарианы хэмжээнд нөлөөлдөг. Эцсийн үр дүн нь температур, барих хугацаа, хөргөлтийн хурдаас хамаарна. Эдгээр параметрүүдийн жижиг алдаа нь хэт хэврэг, хэт зөөлөн эсвэл ашиглалтын температурт тогтворгүй байх зэрэг зорилтот шинж чанараас хол байж болно.
5. Материалын согог ба дотоод чанар
Ямар ч материал үнэхээр төгс биш. Цутгамал дахь сүвэрхэг чанар, металл бус оруулга, химийн ялгарал, бичил хагарал, агшилтын хоосон зай зэрэг согогууд нь эвдрэлийн анхны цэг байж болно. Эдгээр согогууд нь үр дүнтэй хөндлөн огтлолын талбайг багасгаж, стрессийн концентрацийг нэмэгдүүлж, ядаргааны хагарлыг хурдасгадаг. Жишээлбэл, оруулга нь материалыг циклийн ачаалалд өртөхөд хагарал үүсэх цэг болж чаддаг.
Металлургийн чанарт үйлдвэрлэлийн процесс ихээхэн нөлөөлдөг: хайлсан металлын цэвэр байдлын хяналт, хийгүйжүүлэх арга, шүүх, хөргөлтийн хурдны хяналт, эвдрэлгүй шалгалт. Нисэх онгоцны эд анги эсвэл даралтат сав зэрэг чухал хэрэглээнд жижиг согог ч аюултай байж, эд ангийн ашиглалтын хугацаанд том ан цав болж хөгждөг.
6. Гадаргуугийн байдал ба гадаргуугийн боловсруулалт
Механик шинж чанарыг зөвхөн материалын "дотоод" хэсгээс гадна гадаргуугийн нөхцөл байдлаас нь хамаарч тодорхойлдог. Гадаргуугийн барзгаржилт, зураас, ховил нь стресс төвлөрүүлэгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд ядрах эсэргүүцлийг бууруулж, хэврэг хугарлын эрсдлийг нэмэгдүүлдэг. Ядрах олон эвдрэл нь гадаргуу дээр, ялангуяа циклийн ачаалалд өртдөг эргэлдэгч босоо ам, пүрш, эд ангиудад эхэлдэг.
Тиймээс гадаргуугийн хатуулаг, элэгдэлд тэсвэртэй байдал, ядрах эсэргүүцлийг сайжруулахын тулд шорлог хэлбэрээр нунтаглах (үлдэгдэл шахалтын стресс үүсгэх), карбюржуулах, нитридлэх, бүрэх эсвэл хатуу өнгөлөх зэрэг гадаргуугийн боловсруулалтыг ихэвчлэн ашигладаг. Эдгээр сайжруулалт нь үрэлт болон давтан хүрэлцэлд өртдөг эд ангиудад онцгой чухал юм.
7. Ашиглалтын температур ба орчин
Металлын механик шинж чанар нь температурын дагуу өөрчлөгддөг. Ерөнхийдөө температур нэмэгдэх нь бат бөх, хатуулгийг бууруулдаг боловч уян хатан чанарыг нэмэгдүүлдэг. Өндөр температурт мөлхөх нь чухал болдог: металл нь харьцангуй бага тогтмол ачааллын дор ч аажмаар, байнгын деформацид ордог. Энэ нь турбин, бойлер, дулаан зайлуулах системд чухал ач холбогдолтой.
Үүний эсрэгээр, бага температурт зарим металлууд (ялангуяа зарим ган) нь уян хатан-хэврэг шилжилтэд орж, хэврэг хугаралд илүү өртөмтгий болгодог. Байгаль орчин нь зэврэлт, исэлдэлт эсвэл хэврэгшилтээр дамжуулан шинж чанарт нөлөөлдөг. Жишээлбэл, устөрөгч нь өндөр бат бэх гангийн устөрөгчийн хэврэгшилтийг үүсгэж, дунд зэргийн ачааллын дор ч хагарахад хүргэдэг. Суналтын стресс болон зэврэлт орчин хамтдаа үйлчлэх үед стрессийн зэврэлт хагарал үүсч болно.
8. Ачааллын хурд ба ачааны төрөл
Металлууд нь статик, динамик эсвэл мөчлөгийн ачаалалд өөр өөрөөр хариу үйлдэл үзүүлдэг. Өндөр цохилтын ачааллын түвшинд зарим материалууд илэрхий бат бөх чанарыг нэмэгдүүлдэг боловч тэдгээрийн бичил бүтэц болон температураас хамааран илүү хэврэг болдог. Цохилтын бат бөх чанар нь материалын хугарал үүсэхээс өмнө энерги шингээх чадварыг хэмждэг бөгөөд хэв гажилтын хурдаас ихээхэн хамаардаг.
Цикл ачааллын хувьд ядрах эсэргүүцэл нь давамгайлсан хүчин зүйл юм. Урсалтын бат бэхээс бага хүчдэл ч гэсэн сая сая мөчлөгийн дараа эвдрэлд хүргэж болзошгүй. Тиймээс ядрах загварт стрессийн концентраци, гадаргуугийн чанар, үлдэгдэл хүчдэл болон бичил бүтцийг харгалзан үздэг.
Дүгнэлт
Металлын механик шинж чанарт химийн найрлага, бичил бүтэц, үйлдвэрлэлийн процесс, дулааны боловсруулалт, дотоод согог, гадаргуугийн нөхцөл, ажиллах температур болон орчин, ачааллын шинж чанаруудын нарийн төвөгтэй хослол нөлөөлдөг. Ганц хүчин зүйл дангаараа байдаггүй - нэг хүчин зүйлийн өөрчлөлт нь ихэвчлэн бусад хүчин зүйлд нөлөөлдөг. Материалын инженерчлэлд амжилтын түлхүүр нь эдгээр хүчин зүйлсийг цогц байдлаар хянах, металл нь ажилд шаардлагатай бат бөх, уян хатан, хатуулаг, бат бөх чанарыг хангахад оршино. Зөв ойлголттой бол материал болон процессын сонголтыг оновчтой болгож, эвдрэлийн эрсдлийг багасгаж, эд ангийн ашиглалтын хугацааг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх боломжтой.
