Кіріспе

 

           Жоғары беріктілігі бар және экстремал жағдайда жұмыс істейтін материалдарсыз, қазіргі  заманғы  техника  мен  технологияның, дамуы мүмкін емес.  Осындай материалдардың үзақ уақыт жұмыс істеуін болжайтын әдістер өте қажет. Техниканың дамуын анықтайтын осындай мәселелерді шешу үшін, материалдардың ішкі құрылысында жүретін физикалық процесстерді түсіну керек .

Соңғы бірнеше онжылдық бойы Санкт- Петербургтің  А. Ф. Иоффе 

атындағы   физика – техникалық  институтының  (РҒА)  академигі  С.Н.Журковтың   жетекшілігімен беріктіктің кинетика лық теориясы   жасалынды.    Бұл  теория бойынша материалға кез – келген  салмақ әсер еткенде, майда жарықшақтар мен тұтассыздықтар пайда болады. Майда жарықтар термофлуктуацияның әсерінен біртіндеп дефектілердің жинақталуынан пайда болады. Бұл процесстердің интегралдық сипаттамасы ұзақ беріктілік болып есептелінеді. Ұзақ беріктілік дегеніміз материалға күш түсірілген моментен, оның қирауына дейінгі уақытты айтады. Ұзақ  беріктілік  түсірілген  күш пен  температураға мынандай қарапайым өрнек арқылы байланысады. (Журков  формуласы   ) .  Бұл  формуладағы  кинетикалық  параметрлер     (қираудың активация энергиясы, локалды  кернеу  коэффициенті, экспонентаның алдындағы коэффицент)  қирау механизмі, дефектілердің жинақталу кинетикасы туралы бағалы мәліметтер береді.  Қирау механизімін толық түсіну үшін  материалдардың  структурасын зеріттеу қажет.          [1, 2, 3]  — жұмыстардағы  кинетикалық  концепция  [ 4, 5, 7]- жұмыстарда дамытылды. Бұл жұмыстарда негізінен структурасы қарапайым материалдардың ұзақ беріктігінің температураға және әсер етуші күшке байланысын зеріттеді.  Өнеркәсіпте көп қолданылатын, структурасы күрделі гетерогенді материалдардың қирауы үлкен практикалық және ғылыми қызығушылық тудырады. Бұндай зеріттеулер мына мәселелер үшін қажет:

1. Қираудың кинетикалық теориясы гетерогендік материалдар үшін жұмыс істейтінін дәлелдеу.
2. Қираудың физикалық механизімінің табиғатын білу .

 3.Материалдардың қирауының структуралық факторға байланыстылығын дәлелдеу.         

Бұл зерттеулердің мақсаты:  

1. Мыс қоспаларының беріктігінің уақытқа, температураға байланысын анықтау және осы қоспалар үшін Журков формуласының жұмыс істейтін интервалын анықтау.
2. Тәжірбеден алынған осы формуланың параметірлерін пайдаланып, материалдың қирау механизімдерін жоғарыда көрсетілген байланыстың ерекшеліктерін анықтау.
3. Осы қоспалар үшін қираудың активация энергиясын анықтау.

Дипломдық жұмыстың бірінші тарауында осы мәселелерге байланысты әдебеттерге шолу жасалады. Қатты денелердің беріктігі туралы түсініктің негізгі даму этаптары көрсетілген. (Тұтас орта механикасы, материалдардың атом құрылысын есепке алу, беріктіктің кинетикалық теориясы). Бұл тарауда кинетикалық теорияның негізгі қағидаларының, қатты денелердің қирауының физикалық табиғатын түсінуге және олардың беріктігін үлкейтуге үлкен көңіл бөлінген.

Қортындылай келіп кинетикалық теорияны дамыту үшін гетерогендік материалдарды зерттеудің қажеттілігі көрсетіледі. Осындай материалдарды таңдау негізделіп, олардың структуралары туралы әдеби мәліметтері қарастырылады.

Екінші тарауда, металл үлгілерді дайындау және механикалық зерттеу әдістемелері қарастырылған. Үзақ беріктіктің созылмалы жағдайда, ваккумде, тұрақты жылдамдықпен үлгіге әсер ету мәселері қарастырылған.

Үшінші тарауда, мыс қоспаларының (жез, қалайы және бериллии қоспасы бар қола, СИ – Мо  композиті) беріктігінің температураға және уақытқа байланыстылығы зерттелді. 32% қалайы қоспасы бар  жездің атомаралық энергиясын қоспа тәсілі арқылы анықталды. Қоланың және  СИ – Мо  композитінің беріктігінің температураға және кернеуге байланысының ерекшеліктері көрсетілді. Жез бен қоланың жоғарыда көрсетілген байланысының түзуінің сыну себептері анықталды. СИ – Мо  композитінің қирау активация энергиясының күрт өзгеретін пайызы анықталды. Жалпы бұл қоспалардың қирауы дислокациялық, термофлуктуациялық механизімі арқылы жүретіні дәлелденді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Тарау. Әдеби шолу.

 

• Қатты денелердің қирау табиғаты туралы көзқарастың дамуы.

Қатты денелердің қирауы көп уақыт бойы таза механикалық көзқараспен түсіндірілді. Қатты денелер реологиялық қасиеттері бар тұтас орта сияқты қарастырылды. Қатты дененің моделі ретінде серпімді континиум, кейінірақ жарықтармен әлсіреген серпімді континиум қарастырылды. Беріктіктің физикалық табиғатын түсінуге, атомаралық әсерлесудің теориялық беріктікті есептеу нәтижесі үлкен роль атқарды. Есептеулер нәтижесінде теориялық беріктік нақты беріктіктен 2-3 дәреже есе көп екендігі анықталды. Оның себебін материалдағы микрожарықтардың барлығымен түсінірілді. Механикалық көзқарас бойынша материалдың қирауы – кризистік оқиға деп қарастырылды, былайша айтқанда жергілікті серпімділік кернеу кризистік шамаға жеткенде ол өзінің тұтастығын жоғалтады. Қатты денелерді зерттеу нәтижесінде, оның қирауы, кернеу, кризистік кернеуге жетпей тұрып ақ болатындығы белгілі еді. Техникада бұл құбылыс материалдардың шаршауы деп аталынады және бұл құбылыс абсолют нольден биік жағдайлардада байқалады. Осындай құбылыстар Вельтердің дюралюминимен және жезбен, Мур мен Коммерстің бетонмен ағашқа, Манкенің иондық кристаллдармен істеген зерттеулерінде кездескен. Қатты денелердің статикалық шаршауы, беріктіктің уақытқа байланыстылығы түрінде көрінеді. Кәзіргі кезде қатты денелердің беріктігінің уақытқа байланыстылығы, қиратуға әсер ететін факторлармен емес, қирау процессінің табиғатымен анықталады. Шынының  беріктігінің уақытқа байланыстылығын, Маргетроид оның екі фазалығымен және квазитұтқыр облысындағы материалдардың аққыштығымен түсіндірді. Уақыт өткен сайын, материалдардың серпімді элементерінде, релаксацияның нәтижесінде, механикалық кернеу кризистік шамасына жетеді. Гетерагендік материалдар үшін Маргетроид гипотизі көп уақыт дұрыс деп есептелінді.

Орован материалдың беріктігінің уақытқа байланыстылығын, ондағы Гриффитс жарықтары арқылы түсіндірілді. Нақты беріктіктің теориялық беріктіктен аз болу себебі, жарық беттерінің су молекулаларын сору нәтижесінде, беттік керілудің азаюуына байланысты деп түсіндірді. Жоғарыда көрсетілген теорияларда, қираудың уақытқа байланысты механизімдері әртүрлі. Бірақ екі теорияда беріктіктің шегі болатындықтың мойындайды және статикалық шаршауды түсіндіру үшін уақыт факторын енгізген. Бірінші жағдайда бұндай процесс кернеудің әр жерге қайта таралуымен, екінші жағдайда жарықтың ылғалды сорылуымен түсіндірді.

• Қатты денелердің қирауының кинетикалық концепциясы.

Санкт- Петербург А.Ф.Иоффе атындағы Физика- Техникалық институтының ғалымдары қатты денелердің беріктігінің уақытқа байланыстылығын және қирау механизімдерін үзақ уақыт зерттеді. Олардың көзқарасы бойынша қатты денелердің қирауы кинетикалық, термофлуктуациялық процесс болады. Денеге кез- келген күш әсер еткенде, онда біртіндеп тұтассыздықтар жинала бастайды. Қатты денелердің қирауының негізгі себептері температура мен кернеу болады. Ал атомаралық байланысты үзетін  негізгі фактор жылулық флуктуация болып есептелінеді. Ал сырттан әсер ететін күш, бастапқы энергетикалық барьерді азайтады және қирау процессін тездетеді. Бұл көзқарас бойынша, қирау процесі кез- келген салмақтың әсерінен болатындықтан, беріктіктің шегі, кризистік кернеу деген үғымдар өзінің мағынасын жояды. Керісінше қирау процессінің қажетті сипаттамасы ретінде ұзақ беріктік деген ұғым енгізілген. Ұзақ беріктік деп тұтастықтың ( атомаралық байланыс, кристаллдық денелердегі вакансиялар, микрожарықтар мен микрокеуектер ) үзілуінің белгілі температура мен кернеудегі орташа жылдамдығының жиналуына кері шаманы айтады.

Беріктіктің уақытқа байланыстылығы, механикалық қасиеттері мен ішкі құрылысы өзгеше көп материалдар үшін зерттеулер жүргізілді. Атомаралық байланыстары металлдық, иондық, коваленттік т.б. Моно және поликристалдар, полимерлер, кейбір қоспалар, кейінгі жылдары аздап композитті материалдар зерттеле бастады. Бұл жұмыстарда ұзақ беріктілік  диопозонында, ал температуралық диопозоны (  18⁰С –ден  —    — дейін), кейбір жағдайларда бұл байланыс төменгі температураларда, сыртқы әсер етуші кернеудің шамасы  1- 500 МПА , гидростатикалық қысым 1500 МПА   жағдайында арнайы қондырғыда зерттелді. Бұл байланыс атмосфералық қысымда, және 10^-7  тор ваккумда жүргізілді. Гомогендік материалдар үшін беріктіктің уақытқа байланысты өзгеруі, зерттеулер ішіндегі ең сенімдісі  деп есептелінеді.

Барлық зерттелген материалдар үшін ( кристаллдар, металлдар, пластмассалар, полимер талшықтары) беріктік уақытқа экспоненциялдық заңмен байланысқан  , T=const.     1.1   

мұндағы, A — =0  кезінде  —ға  тең  тұрақты  коэффициент.  Оны   lg  графигінен  анықтауға болады. =0   кезіндегі ордината  осінің  кесіндісі  lg    болады.

 —  тұрақтысы — lg   координаталарындағы  түзудің  еңкейу  бұрышының  тангенсі. Жалпы ұзақ беріктіктің кернеумен байланысы экспоненциалды болғандықтан, кернеу аз ғана өзгерсе, ұзақ беріктік күрт өзгереді. Төмен температурада жүргізілген тәжрибеден — lg   түзуінің еңкею бұрышы үлкен болатындығы белгілі болды. Былайша айтқанда    аз ғана өзгерсе материалдың үлгісі тез үзілуі  не болмаса ұзақ уақыт үзілмей тұруы мүмкін. Жоғарыда айтылған жағдай ұзақ уақыт бойы төменгі температураларда беріктікті “шегі” арқылы сипаттауға себепші болды. Беріктіктің шегі материалдардың тұрақтысы ретінде кез- келген температурада  белгілі физикалық мағынасы болуы мүмкін.

Жүйелі  зерттеулер  қатты  денелер  мен  полимерлер үшін  ұзақберіктіліктің  (=const тұрақты  кернеу  кезінде)  температураға  тәуелділігін  атықтауға  мүмкіншілік  береді:

                                   1.2

мұнда  — атомдар  тербелісінің  жылулық  периодына  жақын,  тұрақты.

U — күйреу  активтендіру  энергиясы.

• Больцман тұрақтысы.
• Абсолют температура.

Активтендіру энергиясы lg    түзулерінің  енкейуінен 

анықталуы  мүмкін,  ал     тұрақтысының  логарифмы  осы  түзулер  мен  ордината  осінің  қиылысынан  алынатын  кесіндіге тең. Кейінгі зерттеулердің нәтижесіне көз салсақ қираудың активация энергиясы әсер етуші кернеуге түзу сызықты байланыстылығы  белгілі болды.  U=U₀—              1.3

бұндағы  U₀ —   кернеу  болмағаны  кезіндегі  элементар  актының қирау энергиясы,  шамасы  жағынан  металдар  үшін  сублимация  энергиясына  және  полимерлердің  байланыс  энергиясына  жақын.

 —  материалдың  табиғаты  мен  құрылымына тәуелді  коэффициент.

1.3  теңдеуін ескере отырып  қатты  денелердің  ұзақберіктігінің температураға, уақытқа тәуелділігінің   теңдеуін  аламыз.

 

                                                              1.4

• Теңдеуін логорифімдей отырып мынандай өрнек алуға болады: lg               5

 1.1 және 1.5 өрнектерін пайданыла отырып

   А  және   тұрақтыларының мәнін анықтауға болады. 

 

A=,                                                 1.6

 

Енді  1.4 теңдіуіндегі параметірлердің физикалық мағанасын қарастырайық. Бұл  өрнекте Больман  факторы бар e^U/kT   . Бұл  фактор U  энергия бар кейбір процесстерді сипаттайды. Ұзақберіктілік мына өрнекпен = анықталатын болғандықтан, оны активациялық процесстің даму уақытысы деп қарастыруға болады. Бұдан бөлек үзақберіктік температураға тәуелді, ал температура болса жылулық флуктуцияның өлшемі. Сол себепті қираудың негізінде термофлуктуацияның есебінен жүретін кинетикалық процесстер жатыр деп ойлауға болады. Шындығына келгенде, екі, бірінен соң бірі келетін флуктуациялардың күту уақытысын көрсететін Френкель формуласы, 1.4. формуласына ұқсас. =                                          1.7

 

мұндағы  с   атомдардың  жылулық  тербелісінің  орташа  периоды, және    Е_фл =U  кезінде   аламыз,  яғни   ұзақберіктілік E_фл энергиясы бар тізбектесіп келетін термофлуктуациялар үшін жаратылады. (Жоғарыдағы  айтылғандардың пайдасына мына мәселеде кепіл бола алады, барлық  қатты денелер үшін 10^-13 c .

1.4  пен  1.7.  өрнектерінің  ұқсастығы,  қатты  денелердің   қирауы  атомдық  деңгейде дамйтын   кинетикалық  процесс екендігін көрсетеді.  Сондай-ақ 1.4  теңдеуінің  Арренариус  өрнегімен  ұқсастығы қатты  денелердің қирауына кинетикасына  жылулық  флуктуациялардың әсер ететіндігін дәлелдейді. Арренариус  теңдеуі активтелген кинетикалық процесстерді   жазып көрсетеді. ( Мысалы ретінде, көршілес  атомдар  байланысының  үзілуі).

  Бұндай процесстерде, орташа энергиясы КТ тең атом тербелісінің фонында пайда болатын,  термиялық флуктуациялар шешуші  роль атқарады.  

Бұдан  тыс,  кинетикалық  концепцияның  қалыптасуына  1.4  теңдеуінің  функцияналдық түрінен бөлек, оның , U₀ коэффиценттері негіз болды. Барлық қатты денелер үшін бұл коээфиценттің шамасы тең болды, және бұл шама қатты дене атомдарының тербеліс периодына тең. Кейбір авторлардың жұмыстарында, бұл коэффицент, температура мен кернеуге тәуелді деп көрсетілген. Бірақ соңғы зерттеулер, бұл тұжырымның дұрыс еместігін дәлелдеді. Материалды  температурасында зерттеген жағдайда ғана экспонентаның алдындағы коэффицентің түрі күрделі болады.

U  энергиясы материалдардың структурасына тәуелді емес тұрақты шама екндігі анықталды. Металлдар мен кристалдар үшін бұл энергияның шамасы сублимация, ал полимерлер үшін деструкция энергиясымен дәлме- дәл келеді. Бұл дегеніміз U  энергиясы қатты денелердің атомаралық әсерлерін сипаттайды.

, және U₀       

дің қатты денелердің фундаменталь тұрақтыларымен тең болуы қирау процесін термиялық флуктуацияның нәтижесінде атомаралық байланыстардың біртіндеп үзілу процессі деп қарастыруға болады. Қирау процессінің механизімін тек қана сублимация не термодексрукция актілеріне әкелуге болмайды. Нақты материалдар классына, олардың атомаралық U  энергиясының шамасына байланысты,  кәзіргі кезде нақты қирау  механизімдері анықталған. Кристал денелер үшін қираудың элементтар актісі, бірдей дефектілердің бірігіп әсерлесуіне байланысты болады. ( Дисклинация, дислокация, вакансия). Металлдар мен кристалдар үшін микрожарықтардың пайда болу себебі, біріншіден жылулық флуктуацияның әсерінен, екіншіден бастапқы тежелген дислокациялардың бірігуінен болады. Дислокациялық микрожарықтардың пайда болу және даму энергиясы мына өрнекпен анықталады:   Мұндағы G — ығысу  модулі,  b- Бюргерс векторы. Кейбір авторлар, қирау механизімі  түйін  аралық  атомдардың  пайда  болуынан деп түсіндіреді. Ол атомдардың  энергиясы  сублимация энергиясына  жақын.  Қазіргі  кездегі зерттеулердің нәтижелері, қираудың элементар актісі, негізінен термофлуктуациялық, дислокациялық микрожарықтардың пайда болуынан деп түсіндіріледі.  Кристаллды  материалдардың  атомдарының  қирауының  элементар  актісі     термофлуктуациялық вакансиялардың бірігіп  әсерлесуінен де болады. Егер тепе-тең емес вакансиялардың    концентрациясы көп болса.  Бұл  жағдайда, U₀ – потенциялдық барьердің шамасы сублимация  энергиясына тең болмайды. Металдардың        өздікдиффузия   энергиясымен  сәйкес  келеді.

Полимерлер үшін, қираудың  кинетикасы, қатты  химиялық  байланыстардың үзілуімен  анықталады. Бұл процестердің энергиясы онша көп болмайды. Бұл материалдар үшін қираудың элементар актісі бұндай аз болу себебі үш түрлі жағдайға байланысты. 

1. Макромолекулаларда химиялық  байланыстар  тізбек бойынша  ыдырайды  [53]
2. Макромолекулаларда әлсіз,  дефекттілік  орындардың  болуынан [1].
3. Гидролиттік қирау механізімінің әсерінен химиялық байланыстардың үзілуінен.

 Ылғалдың   гидролиттік  әсері, силикат әйнектің беріктігіне және химиялық байланысына әсер етеді.  Сондай ақ ылғалдың гидролиттік әсері силикатты SiO₂ шынының  химиялық  байланысы  мен  беріктігіне әсер етедіндігі  байқалған. 1.4  теңдеуіне қайта оралып   коэффицентінің мағынасын түсіндірейік. Оның өлшем бірлігі және ол структураның өзгеруіне сезімтал ( механикалық және термоөңдеу, лигерлеу, пластификациялау).

Кәзіргі кезде бұл коэффицентің табиғаты туралы екі көзқарас бар, біріншісі U₀ – потенциялдық барьерді азайтатын сыртқы әсер күшінің жұмысы , былайша айтқанда = , екіншісі салмақ түсірілген денелердің структурасының дұрыс еместігінен пайда болатын, локалдық кернеу көрсеткіші. Күрделі емес түрлендірулерден кейін мынандай өрнек алуға болады  мұндағы    а³ – атом  көлемі,   —  әсер етуші  кернеу. Алынған коэффиценттің шамасы атомның көлемінен 1-2 дәреже артық, сондықтан бұл коэффиценті былай етіп жазуға болады,  V_{a .}   мұндағы  V_a—  атом  көлемі,     () — сәйкесінше   локалды  және  түсірілген    кернеу.

Кейбір авторлар, бұл коэффицентті ұзақберіктік процесін анықтайтын активациялық көлем деп есептейді. Шындығына келгенде бұл екі көзқарастың да дұрыс екендігі айқын. Қазіргі кезде бұл коэффиценттің структураның элементерімен (бөлшектердің өлшемдері  мен концентрациясы, блоктардың орналасу дәрежесі, қоспалардың екінші фазасы т.б.)  байланысты екендігі белгілі болды.  V_a  теңдеудегі көлем 4-6 атомдық көлемге тең ал локалдық кернеудің коэффиценті ға. Қирау процесі туралы феноменологиялық зерттеулерді қортындылай келіп, оның механизімі мен табиғатты туралы қымбат информациялар аламыз. Әртүрлі физикалық әдістермен, қатты денелердің көпшілігі үшін, қираудың кинетикалық табиғаты дәлелденді.

Инфрақызыл спектороскопия әдісімен полимерлік материалдардың химиялық байланыстардың үзілгенін бақылауға болады. ЭПР әдісімен химиялық байланыстардың салмақ түсірілгенде үзілгені дәлелденді. Байланыстардың үзілуі үлгінің үзілуінен көп уақыт бұрын, салмақ түсірудің бастапқы этапында байқалды. Материалдардың термо және механодикструкция нәтижелері, қираудың негізі термофлуктуацияның әсерінен болатындығы дәлелденді.

Рентген және жарық сәулелернің шашырау әдісімен полимерлерде тұтастықтардың жыртылуы байқалды. Олардың өлшемдері шамамен  МКМ. Кейбір зерттеу жұмыстарында, дефектілердің жиналуы мен даму кинетикасының, микрожарықтардың пайда болуына әсері зерттелген. Кристалдардың деформациясының бастапқы кезеңінде, өлшемдері шамамен 10 МКМ, көптеп микрожарықтар пайда болады. Төменгі температураларда бұл микрожарықтар үлгінің беткі қабатына жақын жерде пайда болады. Олардың концентрациясының көбейуі, өлшемдері  мен формасын, энергиясы мен пайда болу уақытын талдау, бұл процестің дислокациялық, термофлуктуациялық екендігін дәлелдейді. Жоғарғы температураларда микрожарықтардың өсуі оның төбесіне тепе-тең емес вакансиялардың диффузиясынан болады. Ал төменгі температураларда, микрожарықтардың дамуы олардың төбесінен, атомдардың, көрші түйінаралығына  өтуінен болады. Жоғарыда қарастырылған кристалдардың қирауының кинетикалық сипаты бізге бағалы, себебі қазіргі кезде де әдебиеттерде де беріктіктің уақытқа байланыстылығының  табиғатына бөтен көзқарастар да  бар. 

Соңғы кезде қираудың кинетикасына ангормонизімді есептей бастады, былайша айтқанда атомдардың бірге әсерлесуінің заңдылығын. Сол авторлар атомдардың бір бағыттағы тізбегін қарастыра отырып және ангормонизімді есептей отырып потенциалдық барьердің өрнегін алды

    1.7.

 

 

 

 

ІІ- тарау.

Эксперимент әдістемесі.

2.1. Үлгіні дайындау (металдар) әдістерімен оларды сынаққа дайындау.

1. Мыс қоспасын 0,1 — 0,2 мм қалыңдыққа дейін валикпен езеді, содан соң оны арнайы кескішпен екі жағын күрекше формасы сияқты етіп арнайы кескішпенкесіп алады. Үлгінің жұмыс істейтін мойнының ұзындығы 22мм, ені 2мм. Кескішпен үлгіні қырыққаннан кейін оптометрде қалыңдығын дәл өлшеу үшін шлифтелген пластинканың астына қойып 30атм қысыммен үлгінің бетін тегістейді. Прокаткаден кейін үлгі бетінде қалатын майды бинзинмен тазалайды. Үлгінің структурасын тұрақтандыру үшін рекристаллизациялық термоөңдеуден өткізіп, өлшемдерін оптометрмен дәл өлшейді. Барлық үлгілер тұрақты кернеу режимінде зерттелді. Тұрақты кернеудің дәлдігін ұлғайту үшін Санкт- Петербургтегі А.Ф. Иоффе атындағы Физика-Техникалық ғылыми-зерттеу институтында жасалған рычаг типтес қондырғы пайдаланылады. Қондырғының құрылысы мынандай: Улитка осьпен бірге істелген, ось подшипник арқылы горизанталь металл плитаға орналастырған, ол оське дөңгелек шкив бекітілген. Үлгі орналастырылатын қысқыш сым арқылы шкивке оралған.

Үлгі қысқышқа орналасқан соң, улиткаға ілінген ыдысқа су жіберіледі. Судың салмағы сымдар,  улитка, шкив арқылы үлгіге беріледі, кернеу белгілі бір шамаға  жеткенде үлгі үзіледі. Үлгінің үзілген жерінің қимасына, түсірілген күшті бөлсек, үзілу кернеуін анықтауға болады. осьтің шетіне стрелка бекітілген, ол осьпен бірге үлгінің деформациясына байланысты бұрышқа бұрылады және айналатын барабанға созылғыштың қисық сызығын сызады. Барабанның айналу жылдамдығын біле отырып, үлгінің үзілуі үшін қанша уақыт кеткенін анықтауға болады. барабанның айналу жылдамдығын аптасына бір айналымнан, 10с 1 айналымға шейін өзгеруге болады. үлгінің бір қысқышы металл сым арқылы шкивке жалғанады, екіншісі каретаға бекітіледі. Ол микровинт арқылы жоғары, төмен қозғала алады. Микровинт резьба арқылы металл цилиндрге бекітілген. Ал цилиндр горизонталь плитаға бекітілген. Металл цилиндрдің ішіне үлгі бекітіледі, қасына термопара орналастырылады.

 

 

 

2.2. Механикалық қасиеттерді зерттеу әдістемелері.

 

1. Кернеудің әсерінен үлгінің өлшемдері өзгереді, соның есебінен әсер етуші кернеуді тұрақты етіп, ұстау үшін рычагтың профилін улитка сияқты етіп істеген.

Кернеуді тұрақты етіп ұстау  мен  арасындағы байланыс экспоненциалды,  азғана өзгерсе (үлгінің өлшемдері азғана өзгерсе) ды анықтауда үлкен қателіктер кетеді. Рычагтың профилін жасауда мына формула пайдаланылады:  бұндағы — радиус-вектордың бастапқы және берілген уақыттағы проекциясы.  дөңгелек дискінің радиусы, салыстырмалы ұзарту. Үлгілерді әртүрлі температураларда зерттеу үшін арнайы пеш дайындалып, үлгінің қасына  термопара орналастырылады. Пештің ішіндегі температуралық өріс біртекті болады.

Үлгіге кернеу әсер еткенде, иеталл сымдар да серпімді деформацияиаланады, сондықтан кернеуді есептегенде, осы серпімді деформацияны шығарып отыруымыз керек. Ол үшін үлгі орнына деформацияиаланбайтын металл үлгіні орналастырып оған әртүрлі күшпен әсер етіп, сол  күшпен жалғастырушы сымның деформациясының арасындағы байланыстың графигін аламыз. Сол графикті пайдалана отырып, әрбір тәжрибе кезінде сол деформацияны шығарып тастаймыз.

2. Соның нәтижесінде дің қателігі азаяды. Улитканың тепе-теңдігін таразы сияқты анықтаймыз. Оның қысқышына ілінген жүк, улиткаға ілінген жүктен 6,8 есе көп болу керек. Ол үшін үлгіні стендке орналастырып, улиткаға 20г жүк ілеміз. Улитка тіреуішке тиіп тұру керек. Осы үлгі үзілетін кернеуді шамалап, сол кернеуге сәйкес серпімді деформацияны ( графиктен біліп) улитканы упордың үстіне көтереміз.
3. бұл қондырғы арқылы тұрақты жылдамдықпен салмақты өзгертіп зерттеулер жүргізуге болады. үлгілердің бұзылмай тұрған уақытын мына, өрнек бойынша анықтауға болады.

Журков формуласындағы коэффицент

үзілу кернеуі

су ағу  уақыты.

Алынған нәтижелердің қатесі 20% тен аспайды. Көрсетілген әдіс арқылы осы стендте беріктіктің температура, кернеуге байланысты өзгеруі зерттелді. Тәжірибе жүргізу уақыты бірнеше секундтан < 10⁰ С созылды. Тұрақты жылдамдықпен әсер ететін күшті алу үшін, судың ағысын пайдаланады. Жоғарыда көрсетілген формула осы жолмен үлгіні үзу кезінде пайдаланады. Егер судың ағысы тұрақты болса, t., үзілу шарты  бұндағы    ;

Интегралдың төменгі шегі жүкті ілген момент, жоғарғысы үлгі үзілу моменті. Интегралды шеше отырып үлгінің үзілу уақыты анықталады.                 Улитканың тепе- теңдігін былай орындайды. Тіреуіш- аяғанда улитка бір орнында тұру керек. Содан жүктерді біртіндеп ала отырып, улитканың профилі дұрыс жасалғандығын тексеріп шығуға болады. егер әртүрлі жүк үшін тепе- теңдік болса онда улитка профилі дұрыс деп есептеледі.

4. Бұл қондырғымен басқа да материалдарды зерттеу үшін конструкцияға азғана өзгерістер енгізу қажет. Тәжрибе барысында улитка балансы тіреуіштің орны, тартатын сымның деформациясы, тексеріліп отырылды.

 

 

 

 

 

.

          :

 

 

        2.3.1. Рентген сәулелерінің аз бқұрышты сейілу әдісінің және осы әдістің микрокеуек пен микрожарықтарда қолданумүмкішіліктерінің теориялық негіздері.

       Рентген сәулесінің дифракциясы теориясының негізгі ережелері толық жеткілікті дәрежеде жетілдірілген [ 129, 130, 131, 132 ]. Рентген сәулесінің дифракция құбылысы рентге сәулесі ағынының бір бөлімі ағынның негізгі бағытының ауытқиды, ауытқыған сәулелердің таралуы обьектті сипаттайды және басқа зерттелілді заттың қасиеттері мәліметтеріне ие екені ескеріледі.

      Обьект дифракция есептелуі көлемінің түрлі элеметтердің интерференциясын элементтер мен есептшаттарға жіктеу арқылы орындалады. Берілген элементтің электронның көлемде болу ықтималдығына пропрционал реттелген тығыздықтың ендіру қолданылады.

       Микрокеукті сейілуші бөлшек моделдей алады. Түрлі формадағы бөлшектердегі дифргкция есебі [ 132 ]-де келтіріледі, бірақ дәлдігі 10 – 20 % шамасындағы дәлірек есептеулер үшін экспериметалды нәтижелерді анализдеуге  қолайлы есептеу формулаларын  пайдалануға болады:              (9)

Мұнда V-бөлшек көлемі; Нсейіну интенсивтілігін есептеу бағытындағы  бөлщек өлшемі; -сейінудегі  ауытқитын  бұрым;  толқын ұзындығы; dI-денелік бұрышқа  сейіну интенсивтілігі; — сәуленің түсу интенсивтілігі; g- шар үшін   және тікбұрышты параллепипед үшін    немесе элипсонда  үшін тең болатын  форма  коэффициенті.   эффектті қима өлшемі.

• формула түрлі бағыттағы бөлшек өлшемдерін, сондай-ақ жарықтар  моделдене алатын  тік бұрышты параллепипед немесе элипсонды түріндегі бөлшек  формасымен бөлшек өлшемдерін  бағалауға мүмкіншілік береді. 7 суретте бөлшектегі сейілу жүйесі келтірілген. Сәулелер шоғырының  эллипсада кейінгі бөлшек орналасқан  электронды тығыздықты ортадан өткенде рентген сәулелері сейіледі. Орталық диффузиялық сейілу                  қалыптасады. Өзара перпендикуляр бағыттарда бұрыштың сейілуінің интенсивтілігінің өлшенуі эллипсалданың H мен H өлшемдерін анықтауға мүмкіншілік береді. 8 суретте H=100HM бөлшек үшін exp (-) тәуелділігі көрсетілген. 8 суретте кіші бұрыштарға сейілу өлшемдері металдардағы микрожарық теңесетінде бөлшектерден түседі. Босоралған ұқсас дифракция интенсивтілігі бөлшектер жүйесі үшін бірдей орналасқан келесі формуламен сипатталады.
• —

                   мұнда N-шоғыр жарықтандырушы көлемдегі бөлшектер саны 10 формулаға сүйеніп бөлшектер өлшемін, олардың концентрациясынан тәуелсіз, I() –y қисығынан  анықтау болады.  Бөлшек өлшемінің ауытқу бұрышының  тангенсінен тәуелділігі    координаталарында  иілу  бұрышы  тангенсімен   тікелей  сипатталады. Түрлі өлшемдегі  бөлшектердің жартылай дисперциялы  жүйесінің  жағдайында  қорытқы  интенсивтілік  келесідей:

                     (11)

          Мұнда n-бірдей    өлшемді  бөлшектер  концентрациясы.

   [123, 131]  қорытындыларына  сүйеніп                        

 

                                              (12)

анықталады. Кеуектердің  өлшемдері бойынша  таралуының  нақты функциялар  құрлымы тікелей  эксперименталды МУР    индикатристерінен анықтау өте күрделі. Бірақ [131,139]   (12)  формула бөлшектер  өлшемін  олардың көлемдегі  концентрациясынан  тәуелсіз, анықтауға мүмкіншілік береді. Егер  үлгіде бірнеше  өлшемді бөлшектер  бар болса,  онда олардың  өлшемдерін  анықтауда жанамалар әдісі [128,130] қолданылады.

• Азбұрышты рентген сейінулерін  зерттеуге  арналған қондырғы.

Рентген  сәулелерінің  азбұрышты  сейінулері (МРР)  бірінші шоғырдан  тікелей  жақындықта, өз ерекшелігі болған,  шоғырланған. Сейінген сәулелену интенсивтілігі  кішігірім және түсуші сәуленің интенсивтілігінің  үлестік пайызын  құрайды. Сондықтан микро кеуектен сейілуді  ренген аппаратурада тіркеуде ерекше ерекше талаптар қойылады. Микрокеуектерді  тіркеуде және  қойылған эксперименталдық  мәселелерді  шешуде МРР  техникасына негізгі  талаптар келесідей құрамда:

1. Суйілудің аз бұрыш  обылыстарында  шоғырланғандықтан құрылғының жоғары бұрыштық шешімі.
2. МРР интенсивтілігі аз болу заңдылығынан құрылғы жоғары жарықтық күшке  ие болуы керек.
3. Ауа молекулаларынан паразиттік  сейілудің  болмауы,  жарықтық күшінің  қандайда бір  күшейтілуі рентген   шоғырының қалыптасу  жолы бойындағы  жұмысшы көлемнің  вакумдалуымен  орындалады.
4. Негізгі талаптар сәулелердің  бірінші ретті қалыптастыруына қоллимациялық  құрылғыда  паразиттік  фонның азайтылуына  қойылады.

Сейілу интенсивтілігінің  әлсіздігінен тіркеу  эффективтілігіне  күшейтілген  талаптар  қойылады.  Есептеудің  100 %   жақын эффективтілігіне ие,  рентген сәулелерінің тіркеудің изинтилляциялық жүйесі  қолданылады. Қазіргі кезде  жұмыс принципі қарапайым газды тіркеуіштерге  аналогиялы  рентген  координациялық  детекторы  қолданылуда.  МРР құрылғысының құрылымдық  жүйесі  негізгі  тораптарға  да ие:

1.Рентген сәулелену көзі.

2. Бірінші шоғыр коллиматоры.
3. Бірінші шығаруға қатысты үлгіні қажетті  жағдайда орналатыруға мүмкіншілік беретін үлгі ұстаушы.
4. Тіркеуіш пен радиоэлектронды аппаратурадан тұратын құрылғының  жалпы бейнесі 8-ші суретте көрсетілген.

          Рентген нұрландыру  көзі ретінде  біздің жұмыста  тарфокусты БСВ-22,23,24,25,  молибденді  анодымен қолданылады.  Түтіктер  жоғары вольтті ПУР-5/50  генераторы арқылы қоректендірілді. Біздің жұмыста қысқа бірінші шоғыр коллинациясы қолданылады [1].

          Шоғыр туындатушы  жүйе түтіктек  (1)  тіркеуішке (9) дейінгі  барлық шоғыр  жолы  бойына  вакуумдалды 9-шы сурет. Өлшемдеуде  конструкциясы   РЕА А.Ф. Иофоре атындағы ФТИ  жетілдірілген  аз бұрышты  рентген камерасы  қолданылады.  Құрылғы өлшеулерді 0,5 минут аса  азбұрыштар  облысында жүргізуге  мүмкіншілік  береді. Рентген сәулесі (1) түтіктен (3 сурет) берилий  терезеше (2)  арқылы таралушы  шоғыр түрінде  вакуум камерасының  ішіне енеді. Кратка  типті [1]   коллиматор  таралушы  шоғырды жіңішке жолақ жасайды. (4).  Коллиматор  түтік фокусына  қатысты  камера ішінде  реттеуші  құрал көмегімен (5)  өзіне қолайлы  орынға көше алады. Құрылғы реттеуіші  коллиматор  жазықтығының  факалды  дақпен және  қабылдаушы  саңылауымен  беттесуді қамтамасыз етеді. Коллимациядан  соң шоғыр  аздап  жұтушы,  аздап сейілтуші үлгіге  түседі.  Шоғырдың  сейілген  бөлігі (7)  қабылдаушы  саңылау арқылы  тіркеуіш  тарапынан  тіркеледі.  Қабылдаушы  саңылау үлгі  болған  жайдағы ортасы бар  дуга бойымен  сурет жазықтығында  қозғалады, бұл берілген денелік  бұрыштағы  рентген  сәулелерінің сейілуіні  тіркеуге  мүмкіншілік береді. Тіркеуіш пен  қабылдаушы  саңылау  камерамен  иілгіш  сульфон  көмегімен (8)  жалғанады.  Саңылау    диапазонда  қозғалу мүмкіншілігіне ие.  Өлшеу бұрышы  алты секундтық  дәлдікте  тіркеледі.

          Қабылдаушы  саңылау мен бериллий  вакуум мен  қамтамасыз етуші 7 мм  қалдықты терезесі  арқылы  кванттары  жарықтың квантына  кейіншелік  электр акитульсына ФЭУ-85  электрондық  күшейіткіш  және ТДС-6-03 тіркеуіші  жәрдемімен түрленетіндіріп УЭВУ-МІ-2 тіркеу құрылғысының индикация  блогына түсетін, рентген сәулелері Na J(Te) (9)  сцинтилляционды  кристалдарына  түседі. ФЭУ жұмысының  оптималды  режимін  таңдау және тіркеуші  құралды бейімдеу  есептеудің 100%-дың эффектілігін  орнатуға  мүмкіншілік береді.

          Рентген  сәулесінің  сейіну интенсивтілігі  шоғыр  енінің  кішірейтілуімен  және зерттеу  міндетімен  анықталатын бұрыштар  интервалының  өзгеруімен  тез бәсендейтіндіктен, біздің жұмыста  микрокеуектен  азбұрышты  сейілуді  тіркеу нүктелер бойынша сцинбилияциялы  тіркеу жүйесімен (БДС-6- 03 тіркеуіші)  жүргізілді.

• Рентген координациялық детекторы.

Рентген сәулелерінің тіркей комплексі  RKD-1 рентген кванттары  ағымының көлемдік  тарауы жайлы мәліметтер  тез жинау және  өңдеуге арналған (бұрыштық  жылжулардың 0,3-07 км диапозонындағы  салыстырмалы  өлшеулер (4-17 кэв)). Рентген координациялық  детекторы  комплексі RKD-1 (10 сурет)  келесілерден  құралған:

• сызықты координатты детектрлеу блогы;
• аналогты процессор;
• мәліметтерді  жинаумен өңдеу комплексі МК-І-01;
• газды пост.

РКД-1 комплексінің  жұмысы өлшеу диапазонында деректордың  жұмыс терезесінің өне бойына рентген квантары ағынының жұтылуы координаттарын сызықты координаталық детектормен  бір уақытты  тіркеу мүмкіншілігіне алынған  мәліметтерді тез жинау  мен өңдеуге негізделген.

ПК-РКД-1 /ИСКРС-1256/  түсуші мәліметтермен  түрлі операциялар  жасайтын бөлек бағдармашалардан тұрады. Сызықты координатты  детектерлеу  блогы рентген  кванттары  энергиясын амплитудасы  кванттар энергиясына пропорционал  ал алдыңғы  фронтының  ұзақтығы детектор  терезесі бойына  кванттар жұту  координатына    пропорционал  кернеу импульстарына  түрлендіруге  арналған. Құрылысы және жұмысы бойынша  координаталық  деректор  ішінде тікбұрышты  қиюы жезден орналасқан  дюралюминийлі  корпусты  пропорционал  тіркеуішті  бейнелейді. Анод-қыл, 50-60мм диаметрлі,  катод өсі  бойына  бекітілген.  Детектор  корпусы экрандаушы  қыртысты  және бір  уақытта ағынды араласпамен  толтырылған ыдыстың  қызметін атқарады. . Анод-қыл 2-4К ОМ/мм  меншікті кедергілі жұмысшы резистивті  қабатпен  қапталған шыны қылды бейнелейді. Детектордың  кіріс терезесі 0,15 мм  қалыңдықты  бериллийден жасалып  эбонит изоятяторы  көмегімен  корпустан  изоляцияланған.  Жоғары кернеу деректор катодына беріледі.

Газды пост (10 сурет )   ағынды газды  араласпамен, сызықты координатты  детектрдың  жұмыс көлемі  атмосфералық  қысымда болғанда,  толтыруға арналған.

Аналогты процессор (10 сурет)  комплекстің құраушы  бөлігі болып, МК-1  мәліметтерді жинау  және өңдеу  комплексімен  сигналдарды  кейіншелік өңдеуге  қажетті,    детектрлеу  блогы сигналын   бірінші ретті  өңдеуге арналған.

Бірінші ретті шоғыр, 40 мкм биіктікті,  интенсивтілігі жеткілікті  дәрежеде жоғары  болғандықтан РКД-1  жүйесі   дейінгі жылдымдықтағы  есептеуге арналған немесе рентген  координаторлық детекторды  бірінші шоғырдан  арнайы құрал тарапынан  қорғаныс орнатылатын. Бұл құралдың  негізгі бөлігі  тікбұрышты  қиманың  вольфрамды  жолағы (2000х500мкм) болып табылады.  Тартылған  жолақ бірінші тік  шоғырды жұтады, бірақ оның ендірілуі  орнату фонын, 5,5-6 бұрыштық минут  диапазондағы  өлшеулерді өзгертпейді. Жолақ жағдайын бірінші  шоғырдың  максимулына  қатысты бейімдеу  сцинтилляциялы  тіркеуші тіркеуіште ГДС-6-03 көмегімен орындалады.

Кратко бойынша коллимациялық жүйе шоғыр  биіктігін кіріс  саңылауының  биіктігін, ал шоғыр енін   коллимациялық  құрылғы  геометриясын  өзгертумен түрлендіруге болады.

Рентген сәулесі  коллимациялық  құрылғыдан  өткенде оның  деталдерінде  сейілуі  орындалуы  міндетті.  Бұл  диффузиялық  сейілу құрылғының  мүмкіншілігін кемітеді.

Паразитті  фонның  кері әсерін  жою үшін түрлі коллимациялық  жүйелерді  сондай-ақ арнайы құрал қолданылады.  Паразит фонды азайту  коллимациондық  жүйелерді  және оның  қолайлы бейімдеу  арқылы  атқара алады.

Кратки  жүйесінің  коллиматорында (11 сурет )  үлгіні [жарқыратушы]  жарқыратушы  нұрлар шоғыры  үш элементпен қалыптастырылады (1-3). Элементтің беті 2 мен төменгі қабаты 3 бір жазықтықта  жатады. Сондықтан шағылу немесе  элементтен сейілу 2 козырек 3 тарапынан жұтылады немесе  нұр шоғырының  шегі болатын     коллимация жазықтығынан төмен түседі. Осылайша нұрлану У жазықтығынан  жоғарыға түспейді және өзгеру обласы бірінші шоғырдың жарты шоғырына  тең   бұрышынан  басталады.  Бірінші шоғыр интенсивтілігі  кернелген нүктесінде  осы нүктеде көрінетін фокал дақ ауданына  пропорционал.  Коллимация ауданы (1,2,5) қатаң конструкциялық  бірегей  деталінен  жасалады. 1-4 элементтерінің [әрекеттегі бейнелері] шлифтеледі, сосын  қолмен ысқалайды. Козырек 3 кернеу  2 бетіне  бекітіледі.  Осының нәтижесінде  козыректің  жұмысшы  беті  коллимация  жазықтығында  болып қалады.  Шоғырды шектеу үшін бірнеше төрт белгілі  қалыңдықты  аралық орнатпамен [прокладка]  5  негізгі корпусқа 1  бекітіледі. Орнатпалар бірінші шоғырдың  ауытқу бұрышын  айқындай  отырып негізгі  корпуспен  бөренеше  арасынан саңылау  қалдырады.

• Сцинтилляциялы тіркеуішпен жұмыс жағдайында МРР  берілгендерін өңдеу.

Микрожарықтарға  қолданарлық  азбұрышты  өлшеулер  бойынша

есептеулердің  коллимациондық түзетулерін  айқындауды  қарастырамыз.

Алдынан  алынған  6 өрнегін  келесі  есептеулерде  пайдалану  үшін, N  концентрациялы  бірдей ориентирленген,   ұқсас  бөлшектердің  көлемі  дифракциясын  сипаттайтын және  ол нүктелік  шоғыр үшін алынған болғандықтан, оны  созылмалы шоғыр үшін  түрлендіру қажет. Түрлендіруді жеңілдету үшін  бұрыштықтан жазықтықты бейнеге өтеміз. 12-суретте өлшенетін жазықтықтағы үлгі сейілуі бейнеленген, мұнда — байқау жазықтығына  бірінші шоғыр  проекциясы,    — қабылдаушы қимасы. Мұндай жағдайда      мен қабылдаушы саңылау арқылы  өтетін нұрлану  интенсивтілігі

    (13)     

Мұнда     және  жазықтықтағы бөлшек  тығыздығы, в-үлгі қалыңдығы, j- тек у  бағытында өзгеруші  бірінші шоғыр  нұрлану тығыздығы. Саңылау  шоғырының дифракциялық  бейнесі ұзына бойы жайылатындықтан (D>L), онда  бойынша интегралдаудың қажеті жоқ. Бірінші шоғыр  нұрлануының  тығыздығын  пайдаланып 13-ші өрнекті  келесі түрге  келтіруге болады:            бақылау  жазықтығындағы  тәуелділігі

 

 

 

 мұнда -Х пен У  өсі бойынша  сибілуші бөлшектер өлшемі  өлшемі -бірінші шоғыр интенсивтілігі, — қабылдаушы  саңылау ұзындығы.

          Саңылау жеткілікті дәрежеде  тар болғандықтан,  қайтадан бұрыштық айнымалыға,      ескере отырып, өтеміз. Сонда 

         (14)

мұнда   ;      ;  

Орнатылғанның  математикалық түзетулерін, геометриялық параметрлерін  ескеріп және сейілуші  бөлшектерді эпипсондалармен  моделдеп (берілген жағдайда  микрожарықтар), 9-ші теңдеуді аз бұрышты  рентген өлшеулерінің  нәтижелерінің  өңдеуіне тікелей пайдалануға  және келесідей түрде жазуға болады:

       (15); мұнда N-нүктелік  шоғырқа қатысты бірдей фиектирленген,  ұқсас бөлшектер  концентрациясы.

          Коллимациялық  түзетулер енгізген  соң бұл өрнек  келесі түрге келтіруге болады:   

   (16);  мұнда L- үлгіден қабылдаушы  саңылауға дейінгі  қашықтық,    -қабылдаушы саңылау ені, — қабылдаушы саңылау ұзындығы, үлгі қалыңдығы.

          Тең өсті емес өрнектірленген [бағытталған]  бөлшектер жүйесі үшін (әдетте ориентрленген поллимерлерде орындалатын) [134], үлгіге күш түсірілген жағдайда, сейілу түсірілген күш бойымен және оған перпендикуляр бағытта төменде келтірілген өрнекпен сипатталады:     (17)

     (18)  мұнда  мен -түсірілген күшке перпендикуляр және өне бойғы өлшенген сейілу  интенсивтілігі.

          (17), (18)  өрнектерден өзара және концентрацияға тәуелсіз бөлшектер сейілуінің  мен   өлшемдерін анықтауға болады осы мақсатпен эксперементал қисықтар   координаталарында ауысады. Алынған түзулер алдынан сейілуші бөлшектердің     мен   өлшемдерін бағалауға болады.

;  мұнда      ;

IV- тарау. Металл материалдардың беріктігінің температура мен уақытқа  байланыстығы және оны талдау.

          Техниканың әртүрлі саласында көп пайдаланылатын конструкциялық материалдардың қатарына металдар, қоспалар және  композиттер жатады. Осы себептен көрсетілген конструкциялық материалдардың ұзақ уақыт жұмыс істеу қабілетін алдын ала болжамдау мәселесі ғылыми және практикалық тұрғыда өте қажет және қызығушылық тұрғызады.

Бұл таразда қола, жездің және Си-Мо композитінің беріктігінің  температураға, уақытқа байланыстылығы тәжірибе арқылы анықталып, зерттеледі.

Бұл материалдарды зерттеудің басты себебі, олар өнеркәсіпте өте көп қолданылады.

4.1. Мысқа негіздегі қоспалары.

Таза жездің жоғары  мыс, жоғары  жылу өткізгіштігі,  пластикалығы оны электротехникалық  өндірісте кең пайдаланады. Бірақ оның мынандай кемістіктері бар: меншікті  салмағы ауыр беріктігі онша жоғары емес, жоғары температурада тез тотығады. Сондықтан көп өндірістерде мыстың орнына қола мен латунь қолданылады.

4.2. Латуннің беріктігінің температураға және уақытқа байланыстылығы.

          Өндірісте қолданылатын -латуннің 2 түрі болады. а)  168, б)     90- бұлардағы қалайының бөлігі 32% және 10% болады. Қоспаларда бірнеше процент бөтен де легирлеуші элементтер болады. Осы жұмыста -латуннің 68 “патрондық” немесе “гильзалық” түрі зерттелді. Латуньнің бұл түрі мысқа қарағанда пластикалығы жоғары, және арзан болады. Заводта прокаталған латунь жапырағынан стандартты үлгілер қиылып алынды. Үлгілердің екі басы күрекке ұқсаған болады. үлгінің екі басын қондырғының қысқышына қысып оған механикалық кернеу түсіреміз. Зерттеулер тұрақты жылдамдықпен не созылғыштық режимімен жүргізіледі. Латунь үлгілерімен қатар, нәтижелерін салыстыру үшін таза мыс (99,96% ) де зерттедік. Үлгілерді зерттеуден бұрын құрылымын тұрақтандыру үшін олар әртүрлітемпературада күйдірілу керек. Бірінші партиясы , 3 сағат, 2 партиясы , 2 сағат, 3 партиясы -, 3 сағат ауда. Ал мыстың үлгілері 800⁰ С, 3 сағат бойы   вакуумде  күйдірілді.

          Тәжрибелердің нәтижелері мынандай: Тәжрибелер -латунь үшін        100⁰,200⁰ және 300⁰С тепературада   уазақ беріктіктің тұрақты кернеуге байлныстылығы анықталды. Бұл функционалдық байланыс 20⁰С дұрыс анықталынбады. Алынған график  бірнеше түзулерден тұрады, зерттеу тепературасы жоғарланған сайын оның еңкею бұрышы азая береді, және олар бір нүктеде қиылысады (-13). Бұл нүктені “Полюс” деп атайды, оның физикалық мағынасы-атом тербелісінің периодына тең () көрсетілген графикті, түрлендіре отырып ; әртүрлі кернеулер үшін алуға болады.бұл графикті алу үшін  МПа тұрақты кернеулерін пайдаланамыз. Бұл график бойынша алынған түзулер де экстрополяциялануында жасағанда бір нүктеде қиылысады

          , бұл дегеніміз осы материал үшін   Журков формуласы жұмыс істейді деген сөз.  түзулері-нің еңкейуі бұрышын пайдалана отырып басқа да энергиясының кернеуге байланыстылығын анықтауға болады. Бұл фунциональдық байланыс  артқан сайын U кішіреие береді (түзу сызықты). Бұл түзуді ордината өсіне экстрополяция жасап , жағдайда U₀ (бастапқы потенциалдық барьерді) анықтауға болады. алынған нәтижелерді топтай отырып, жіктеп, латунь үшін ұзақ беріктік температура мен кернеуге байланысты    формуласымен өрнектелетіндігі айқындалды. Тәжрибеден алынған нәтижелер былай болды , шамасының атомның жылулық тербелісінің периодына тең болуы табиғи боп көрінеді,себебі, бұрынғы зерттеулер нәтижелері де қатты денелердің бәрінде де -осындай болатындығын анықтаған. Алынған , қираудың элементар актісін және оның механизмін анықтауға мүмкіндік береді. Бұл шама мыс пен мырыштың U₀ энергияларының арасында жатыр. Мыс үшін , ал мырыш үшін U₀ =126; көрсетілген энергиялар осы материалдардың сублимация энергияларымен тең, және олардың атомаралық байланыстарын сипаттайды. Әртүрлі металлдар үшін  U₀ – тұрақты болады және структуралық жағдайларына байланысты емес. Бұрынғы зерттеулерде әрбір металл үшін U₀   -дің екі түрлі шамасы болады деп түжырымдалған. Біріншісі – сублимасия энергиясына тең, екіншісі бұл энергиядан шамамен 30% кем, былайша айтқанда өздікдиффузия энергиясына жақын. Майда жарықтардың пайда болуы мен дамуына осы энергиялар сәйкес келетіндігі дәлелденген. Егер U₀ – сублимация энергиясынтең болса онда жарықтың пайда болу механизмі – дислокациялық, териофлуктуациялық. Егер U₀ – өздікдиффузия энергиясына жақын болса, онда қираудың негізгі себебі – вакансия. Бұндай тепе- тең емес вакансиялар үлкен пластикалық диформациялар кезінде пайда болады, мысалға бұралу диформациясы кезінде. Жез үшін алынған U₀ – сублимация энергиясынан аз  өздікдиффузия энергиясынан көп , және мырыштың сублимациялық энергиясынан көп. Жездің структурасын қыздырып қалыптастыру бұл энергиясының  өзгермейтіндігін  көрсетті. Осы алынған моль нәтижені жездің беріктігінің температураға байланысты графигінен де алуға болады.  Ол    үшін G-T градшгінің түзу сызықты бөлігін экстраполяциялап  жағдайындағы температураны анықтаймыз. Ол үшін мына формуланы пайдаланамыз. , ал ды тұрақты жылдамдықпен суды ыдысқа құя отырып анықталады. Жоғарыдағы формула арқылы есептеп табылған    ге тең болып шықты. Былайша айтқанда моль екі түрлі эксперимент арқылы табылған  бір-біріне тең болып шықты. әртүрлі термоөңдеуден өткен жездің экстрополяцияланған Тшамалары бірдей болуы,  дің структураның өзгеруіне байланысты емес екендігін көрсетеді, және оның тұрақты екендігі қоспаның атомдарының байланыс энергиясының сипаттамасы екендігін анықтайды. Бұл жұмыста жездің активация энергиясын бірінші рет композитке пайданылған қоспа ережесі арқылы анықтауға әрекет жасалды.

Қоспа компоненттерінің активация энергиясы мен көлемдерін былай белгілейміз , , , . Мыс пен мырыштың активация энергиясын бөлек- бөлек G-T градшгінен анықталды. , ал  , болды. Жоғарыда көрсетілген қоспа ережесінің формуласын пайдаланып   жездің активация энергиясы табылды. Ол  шамасына тең екендігі есептелді. Екі моль түрлі тәсілмен анықталған.  бір- бірімен тең болып шықты. Көрсетілген тәжірибелердің нәтижелері мынаны анықтады: 1. — структура өзгеруіне байланысты емес.

2. Оның шамасын анықтауға қоспа ережесін пайдалануға болады, ол үшін мыс пен мырыштың энергия активация және көлемдерін білу қажет. Тәжрибе нәтижесінде алынған қираудың активация энергиясы — қирау дислокация механизіміне термофлуктуация әсерінен жүретіндігін көрсетеді.

Енді үлкен температураларда (t > 300⁰ С)  түзулерінің сынатындығы неден болатын зерттейік. Кейбір авторлар бұндай сыну, қирау механизімі өзгергенде болатындығын ескертеді.

 

 

Микрожарықтар дамуы

Диспокациялық механизімнен- вакансиялық механизімге өткенде. Температура өскен сайын вакансия саны көбейіп, жарықтың дамуын шектейді. Тепе-тең ваканциялардың концентрациясының өсуі қираудың кинетикасына едәуір әсер етеді мүмкін, егер температура балқу температурасына жақын болса. Ал тепе- тең  емес ваканциялар концентрациясы пластикалық деформация тез өскен жағдайда ғана пайда болады, мысалыға созылу деформациясынан бұалу деформациясына.

Біздің тәжрибелерде t =18- 300⁰ С деформацияның шамасы тең және 30%  жуық.

Кейбір авторлар  түзуінің сынуын, қирау механизмінің аусыуы емес тотығу. Нәтижесінде болатындығын көрсеткен. Шындығында жезді сол температураларда ваккумде зерттегенде ол түзудің сынықтарының болмайтындығына көз жеткіздік. Ал  қирау энергия активациясы ваккумде де    болды. Тұрақты температурада мен   формулаларын салыстыра отырып  формуласын аламыз. ны графигінен біле отырып (ол  жағдайдағы ) ,  шамасын анықтауға болады. Жез бен мыстың беріктігінің температураға, уақытқа байланыстылығын салыстыра отырып, жез графигіндегі  түзу, қарағанда жоғары  температурада сынатынын көреміз, себебі жез мысқа аз тотығады түзудің сынуы, қираудың механизімінің ауысуынан болады деген көзқараста болсақ, онда жездің түзуінің сынуы, мысқа қарағанда төмен температуда басталу керек еді, ал тәжрибе қарама – қарсы нәтиже көрсетті.

 

 

Қалайы және бериллий қоспалалары қоланың беріктігінің температураға, уақытқа байланыстылығы.

 

Бұл тәжрибеде  біз беріктіктің уақытқа байланыстылығы бар ма, егер бар болса қандай температуралық интервалда болатындығын анықтадық. Алдымен қалайы қоспасы бар қоланы қарастырайық. Монета жасайтын қола лентасынан (5% қалайы) үлгілер жасалды. Бұл қоланың структурасы — латунь структурасымен ұқсас (қолайының мыстағы ертіндісі). Дайындалған үлгілердің бірінші партиясы 500⁰ С, екіншісі 700⁰ С 1 сағат күйдірілді. Содан ол үлгілер үшін ,  байланыстары зерттелді. Мына суретте ұзақберіктіктің температура мен кернеуге байланыстылығы көрсетілген. График мыс пен жез бірнеше түзу сызықтардан тұрады және олар бір нүктеде қиылысады “Полюс” . Түзулердің еңкею бұрыштары температураға байланысты, егер температура ұлғая бастаса еңкею бұрышы азая береді. Алынған тәжрибелер нәтижесі ,   арқылы  графигін аламыз. График Журков формуласының дұрыстығын дәлелдеді (. Беріктіктің температураға байланыстығынан активация энергиясының шамасы  екендігі анықталды. Екі тәсілмен анықталған шамалас болып шықты. әртүрлі температурада структураны термоөңдеуден  өткізсек те,   өзгермейді, алынған түзулер бір нүктеде қиылысады. Осындай түзулер ( 6-Т) жезде де байқалған. Қалайы қоспасы бар қола үшін ұзақберіктіктің  температура мен кернеуге байланыстылығында да түзулер үлкен температурада сына бастайды, жездің осындай түзулеріне қарағанда сыну қатты байқалады. Бұның себебі қолаға қарағанда жез коррозияға шыдамды. Жалпы түзудің сынуы коррозияға байланыстылығын, ваккумда жүргізілген зерттеулер де дәлелдейді. Енді берілген қоспасы бар қоланың беріктігінің температураға және кернеуге байланысын қарастырайық. Бұл қоспада бериллии 2% болады. қоспаның структурасын тұрақтандыру үшін  800⁰С термоөңдеуден өткізіп, 400⁰С шыңдаудан өткізіледі. Төрт түрлі температурадағы ұзақберіктіктің кернеуге байланысты өзгеруі, жоғарыдағы,  жез, қолайы қола қоспасы сияқты таралатын түзулер системасынан тұрады, бұл түзулер  (-13) полюсте қиылысады. Бериллии қоласы үшін алынған  және  нәтижелері Журков формуласының дұрыстығын дәлелдеді, , ал болды. бұл энергия- қоспа матрицасының сублимация энергиясын тең болады. Бериллии қоласының  түзулерінде жоғары температура пайда болатын сынулары6 мысты қалайы қоласымен салыстырғанда жоғары температураларда пайда болады. бұл мәселе кейбір авторлардың алдын ала айтқан болжамдарына сәйкес. Былайша айтқанда бериллии қоласы, жезге, қолайы қоласына қарағанда коррозияға шыдамды . 1. Эксперимент нәтижелері қола мен жездің қирауы зерттелген температураларда кинетикалық дислокациялық, термофлуктуациялық механизм бойынша жүретіндігі белгілі болды. Оның негізгі дәлелі осындай процесстер үшін Журков формуласының орындалуы. Және дың атом тербеліс периодымен, дың атом аралық әсерлесу энергиясы мен тең болуы. Бұл энергия структураның өзгеруіне байланыссыз және атомдардың жақын тәртібімен анықталады. Негізінен алғанда осы энергия термофлуктуацияның әсерінен микро жарықтардың дислокацияның бірігуінің нәтижесінде пайда болуына себепті болады.

2. Жез және қола үшін жоғары температураларда түзулерінде сынақ пайда болатындығы көрсетілді. Оның негізгі себебі коррозия және микрожарықтардың дамуы — дің өзгеруінен емес. ( Дислокациялық механизмнен ваканциялық механизмге ауысу емес ). Бұл зерттеулердің ішіндегі ең қызықтысы, жездің атомаралық байланысы (). Атомаралық энергияны материалдарды легирлеу  арқылы өзгертуге болатынын ғылымдар тәжрибелерінде айтқан. Финкельштейн біртектес қатты ертінді аумағында алюминии арқылы күмістің атомаралық энергиясын өзгертуге болатындығын көрсетті рентгендифракциялық тәсіл арқылы көрсетті. Курдюмов та өзінің зерттеулерінде  энергиясының өзгеретіндігін айтты. Бірақ  Журков, Бетехтиндер екі фазалық қатты ертінділерде — дің өзгермейтіндігін айтты. Ол сублимация энергиясына тең болады дейді. Бұрынғы істелген жұмыстардың тұжырымдарын осы жұмыстағы қола нәтижелерімен салыстыру қиын. Себебі біріншіден қоспаның құрамындағы лигерлеуші элементтер проценті аз.

Екіншіден матрица мен легирлеуші элементтердің сублимация энергиялары бір- бірінен  алшақ емес. Жоғарыда көрсетілген себептер және  энергиясының дәлелдігі 10%  болғандықтан жоғарыда көрсетілген мәселер дәлелі туралы айту қиын.

Ал жез үшін 32% ғы болғандықтан  энергиясының өзгеруін байқауға болады.

 

 

 

4.1.3. Cu-M₀ композиттерінің беріктігінің температураға байланыстылығы.

Cu-M₀ композиті диффузиялық дәнекерлеу арқылы дайындалды. Ол үшін мыс фольгаға қалыңдығы 0,15мм молибден сымдарының () арақашықтарын біртекті етіп орналастырылды. Осы компоненттерді дәнекерлеу ваккумде  тар УДС- 2 аппараты арқылы жүргізілді. Дәнекерлеу алдында үлгілерді 850⁰С де 8 минут ұстап сол температурада 5минут ішінде дәнекерленді. Диффузия дәнекері  қысымда жүргізілді. Жалпы үлгінің ұзындығы 50мм, ені 15мм пластина түрінде болады. үлгілердің 4түрі дайындалды. Олардағы молибдень пайызы 3, 4, 5, 10%. Зерттелетін үлгілерді, жоғарғы үлгілерден қырқып алдық. Оның ұзындығы 10мм ені 3мм. Үлгілер 10^-6 тор вакукумде, тұрақты температурада, тұрақты жылдамдықпен өзгеретін күш арқылы зерттелді. 3-10% Си-Мо композитінің беріктігін температура, мен кернеуге байланысты өзгеруі анықталды. Алынған нәтижелер мына өрнекпен  апроксимацияланды. Көрсетілген формуланы пайдалана отырып, ны тауып,  деп есептеп  энергиясын анықтауға болады. осындай тәсілмен  энергиясын анықтағанымызда 3% Мо бар қоспаның энергиясы ~ мыс сублимация энергиясына, 10% Мо бар қоспаның энергиясы  ~ молибденнің  сублимация энергиясына жуықтығы анықталды.

Осы үлгілердің беріктігінің температураға байланысты өзгеруін зерттедік. 3, 4, 5, 10% молибденді мыс компоненттерінің графигі түзулерден тұрады. Бұл түзулерді экстрополяциялағанда 3-4% Мо мыс композит бір нүктеде, 5- 10%  Мо мыс композит екінші нүктеде қиылысады. Бұл дегеніміз екі түрлі активация энергиясы болатындығы байқалды. Былайша айтқанда 3- 4% Мо бар композитте  энергиясы  5-10% Мо бар композитте  ге болатындығы белгілі болды.  энергиясының % Мо байланысты өзгеруі 4, 5% Мо болғанда күрт өзгереді.

Алынған нәтижелер біріншіден практикалық мәселелер үшін өте қажет. Себебі материалдың ұзақ беріктігін арттыру үшін қымбат Молибденнің оптимал пайызы анықталды.

Екіншіден Си-W (мыс вольфрам) композитіндегі  энергия біртіндеп өзгереді. Си-W композитінде W- 4% дейін өскенше оның активация энергиясы мыстың сублимация энергиясына  тең болады, ал W-12% асқан соң вольфрамның сублимация энергиясына  тең болады. біздің зерттеулерімізде Си- Мо энергияның өзгеруі күрт болатындығын дәлелдейді. Және  күрт өзгеретін интервалын анықтайды. 5- 10%  Мо бар Си- Мо композитінде  түзуінің сынығы болмау. Себебі қирауға қарсы түратын қоспа Мо екендігі оның  екендігінен анықталып тұр.

 

 

 

3.3.Қортынды.

1. Мыс қоспаларының (Си-Мо композиті мырыш-68, қола) беріктігінің температураға, уақытқа байланыстылығы зерттелді. Және кинетикалық параметрлері () анықталды. Алынған нәтижелер кинетикалық позиция тұрғысынан жақсы түсіндіріледі.
2. Тәжрибеде алынған мыс пен мыс қоспаларының түзуіндегі сыну, бұл материалдардың 200⁰ С ,300⁰ С тотығуының нәтижесі екендігі белгілі болды.
3. Қоспаларда кираудың активация энергиясының қоспа бөліктерінің процентіне тікелей байланысты екендігі белгілі болды, егер проценті аз болса (қола) онда оның активация энергиясы матрицаның сублимация энергиясын тең екендігі, егер қоспаның проценті көп болса (қалайы) оны қоспалар тәсілі арқылы анықтауға болатыны аңғарылды.
4. Си-Мо композитінде Мо 5% болса, онда оның қирауының активация энергиясы күрт өсіп Молибдень сублимация энергиясына жететіндігі белгілі болды.

 

 

Пайданылған әдебиетттер.

1. Zwicky F. Die Reibfestigkeit von steinsch Physikalische Zeitsihrift // M-L, 1923, V. 24, N. 1, P. 131- 141.
2. Иоффе А. Ф. Физика кристаллов. Ленинград – Москва, 1929, 192с.
3. Welter С. Statische danerfestigkeit von metallen a legierungen // Fur Metall. Kunde, 1926, V. 18, N.2, P. 117- 124.
4. Мур Г.Ф., Коммерс Д.В. Усталость металлов, дерево, бетона. Москва, 1929, 202с.
5. Mahnke D. Temperature bhangigkeit der danerfestigkeit und Zerreibfestigkeit synthetischen NaCl // Zeit fur Phys., 1934, V. 90, 3. P. 77-88.

 

6. Muzgetzoyd J.B    Mechanizim of bzittle zuptuze Natuze,           

    1944, 8, 51, 38-97.

7. Orowan. E. The fatigue of glass unohez stzess,

Natuze, 1944, 154, 3906, 341-343.

8. Шураков С.С. Задержанное разрушение закаленной стали // ЖТФ, 1954, Т. 24, №8 С. 527- 532.
9. Журков С. Н. Кинетическая концепция прочности твердых тел

 

[16] Журков С. Н. Нарзуллаев Б. Н. Временная зависимость прочности твёрдых тел // ЖТФ.- 1953- v NN23, 10.- С. 1677-1685.

[17] Журков С. Н. Санфирова Т.П. температурно- временная зависомость прочности чистых металлов // ДАН, СССР. — 1955.- v NN 101, 2.-С. 237- 241.

[18] Бетехтин В.И., Журков С. Н., Савицкий А.В., влияние примисей на температура- временную зависимость прочности металлов // ФММ.- 1960.- v NN 10.- C. 453- 461.

           [19] Бетехтин В.И., Журков С. Н., Cлуцкер А. В., временная зависимость прочности двухфазных сплавов на основе алюминия // ФММ.- 1964.- NN17, 4.- C.564- 571.

            [20] Бетехтин В.И., Температурно- временная зависимость прочности металлов и сплавов.- В.кн. // прочность и надёжность металлов и сплавов. – Л.; ЛДНТП. – 1965. С. 32- 43.

            [21] Бетехтин В.И., Журков С. Н., Зокономерности разрушения с различным типом кристаллической решетки // ФММ.- 1967,- NN-24, 5.- С. 940- 946.

            [22] Бетехтин В.И., Журков С. Временная и температурная зависимость прочности твёрдых тел // прблемы прчности.- 1971, N2.- С. 39- 43.

              [23] Бетехтин В.И., Временная  зависимость прочности твёрдых тел // Экспирементальные исследования инженерных соружении- М.: Наука, 1973. С. 10-18.

             [24] Бетехтин В.И. долговечность и структура кристаллических тел // Проблемы прочности и пластичности твёрдых тел – Л: Наука, 1979.С. 155- 166.