Орытпалар туралы түсініктер

Бұйымдарды немесе құрастырушы материалдарды көбінесе таза металдан емес қорытпалардан жасайды, себебі оған қажетті көптеген механикалық және технологиялық қасиеттер таза металдарда жоқ. Таза металды тек қана мыс электр өткізгіштерін жасау үшін қолданылады. Сонымен техникада қорытпалар жиі қолданылады. Металл қорытпасы деп екі немесе одан да көп заттан (таза металдардан немесе металл мен металлоидтан) құралған қоспаны айтады. Қорытпалар құрамындағы элементтер санына байланысты екі, үш, төрт және көп компонентті болуы ықтимал. Металл қорытпаларының электр және жылу өткізгіштігі жоғары, созылғыш және т.б. қасиеттері бар. Қорытпаны дайындаудың ең қарапайым тәсілі қоспаны балқыту, бірақ пісіру, электролиз және қаттыдан газға айналдыру тәсілдерін де қолдануға болады. Қорытпалардың физика-химиялық қасиеттерін қалауымызша реттеуге болады.

Түрлі металдардың қорытпа түзгіштік қасиеттері әр түрлі. Қорытпалардың, таза металдарға қарағанда, келесідей артықшылықтары бар:

а) механикалық қаттылығы, серпімділігі, тұтқырлық коэффициенті, беріктік шегі т.б. жоғарылығы;

б) технологиялық қасиеттерінің (құю, қысым және жылу арқылы өңдеу

т.б.) жоғарылығы;

в) таза металдарда кездеспейтін ерекше қасиеттерінің болуы;

г) қорытпалардың физика-химиялық қасиеттерін қалауымызша өзгертуге болатындығы.

Қорытпалардың көпшілігі сұйық күйінде бір текті болып бір фазадан, қатайған соң бірнеше фазадан тұрады. Фазаның саны мен оның құрылысы компоненттердің қатаю кезіндегі әрекеттесуіне байланысты.

Егер қорытпаның компоненттері бір-бірінде еритін болса, онда қатты ерітінділер пайда болады. Кристал күйіндегі қатты ерітінділер құрылысы жағынан орын басу, сіңу және шегеру ерітінділері деп үшке бөлінеді. Еритін компоненттік атомдары, не ерітіндінің кристалл торындағы атомдары орнын басады немесе оған сіңеді. Мұндай қорытпалар бір фазалы болып, еритін компоненттің кристалды торы бар қатты дәндерінен тұрады. Компоненттердің еруі шекті болған жағдайда екі фазалы қорытпа пайда болып, екінші фазасы таза компонент немесе екінші компоненттен химиялық қосындысы түзілуі мүмкін.

Егер қатаю кезінде қорытпаның компоненттері бір-бірімен әрекеттеспесе, онда әр компонент дәндерінің механикалық қоспасы түзіледі, онда компоненттер өз кристалдарын өзгертпей таза компоненттерден, химиялық қосылыстардан немесе қатты ерітінділерден тұрды.

Кейде металдар сұйық күйінде бірі екіншісінде ерімейді. Мысалы, қорғасын мен темір, қорғасын мен мыс т.б. элементтердің қоспалары. Мұндай металдар сұйық күйінде бірі екіншісінде араласпай, меншікті салмағына байланысты қабат түзеді. Көптеген жағдайда сұйық қорытпадағы элементтер бір-бірінде ериді, яғни бірнеше элемент атомдары бір-бірімен бір қалыпты араласады. Көптеген металдардың қоспаларының сұйық күйінде бірі екіншісінде ерігіштігі шекті болып келеді. Егер бір металдың қоспадағы концентрациясы сол металдың екінші металдағы ерігіштік шегінен асып кетсе, онда қоспа екі қабатқа (екі бөлікке) бөлінеді. Ерігіштігі шекті металдардың кристалдық торларының параметрлері мен балқу температураларының айырмашылығы әдетте көп болып келеді.

Құйма қатайған кезде оның құрамындағы компоненттер бір-бірімен әрекеттесіп, екі немесе бірнеше фазадан тұратын қатты қорытпаларды түзеді.

Қатты күйінде қорытпалар қатты ертінділерді, химиялық қосылыстарды және механикалық қоспаларды құрайды.

Атты ертінді

Қатты ерітінді деп сұйық күйінде бір-бірінде шексіз еритін, ал қатты күйінде не шексіз, не шекті еритін қорытпаларды айтады. Мұндай қорытпада бір компонент өзінің кристалдық торын сақтап қалады, ал екінші компоненттің атомдары (ерітіндінің) біріншінің кристалдық торында орналасады, сол кезде бірінші тордың өлшемдері (периоды) өзгереді. Бірінші компонент – еріткіш, екіншісі – ерігіш, ал пайда болған қорытпа қатты ертінді деп аталады. Егер қорытпа компонеттерінің кристалдық торлары бір типтес және олар бірі екіншісінде шексіз еритін болса, онда қорытпа құрамында мөлшері 50% - дан артық болатын компонент ерігіш деп аталады. Шексіз қатты ертінді түзілуі үшін компоненттер параметрлерінің арасындағы айырмашылығы 8% - дан аспауы керек.

Қатты ерітінділі қорытпалар – бұл қатты фаза, бұнда компоненттердің қатынасы айнымалы, әрі кристалды дене болып табылады.

Қатты ерітінділердің ерекше қасиеттерінің бірі олардың кристалл торында әртекті атомдардың болуы, еріткіштің торы өзгермейді. Қатты ерітінді бір текті дәндерден тұрады (2.1 суретті қара).

2.1 сурет - Қатты ерітіндінің микроқұрылымының сұлбасы

Қорытпадағы металл атомдарының кристалдық торда орналасуына байланысты қатты ерітінділер орын басушы, енуші, шегеруші болып үш түрге бөлінеді.

Орын басушы қатты ерітінділерде ерігіштің атомдары еріткіш металл торының кейбір түйіндеріндегі атомдарын ығыстырып жібереді немесе орынын басады (2.2 суретті қара). Мұндай қатты ертінділер компоненттері бірі екіншісінде шекті және шексіз еруі мүмкін.

Егер ығыстырып жіберу кез-келген жерде өтетін болса, онда мұндай қатты ерітінділерді реттелмеген дейді. Температура төмендеген сайын алмасушы қатты ерітінділердің ерігіш атомдары қайта бөлінеді де, кристал торында белгілі орын алады, мысалы мыстың никелмен қорытпалары. Мұндай қатты ерітінділерді реттелген дейді. Олардың өте жоғары қаттылығы мен сынғыштық айырмашылығы бар.

○ – еріткіш компоненттің атомы

● – ерігіш компоненттің атомы

2.2 сурет -Орын басушы қатты ерітінді

Енуші қатты ерітінділерде ерігіш элементтердің атомдары еріткіш элементтердің торының түйіндері арасында орналасады (2.3 суретті қара). Енуші кристал торыдың атом арасындағы қуыстың мөлшерінің аздығынан оған атом мөлшері кішкене элементтер орналасады. Мұндай қатты ерітінділердің элементтері бірі екіншісінде шекті және шексіз еруі мүмкін.

Егер қорытпа компоненттерінің кристалдық торларының параметрлеріндегі айырмашылық 8%-дан аспаса, компонеттердің бірі екіншісінде шексіз ериді, ондай қатты ертінділер орын басушы болып саналады, ал айырмашылығы 8÷15% болатын компоненттер бірі екіншісінде шекті ериді, яғни енуші қатты ерітінді түзіледі; 15% - дан асып кетсе, қатты ерітінді мүлдем түзілмейді.

○ – еріткіш компоненттің атомы

● – ерігіш компоненттің атомы

2.3 сурет - Енуші қатты ерітінді

Шегеруші қатты ерітіндісирек кездесетін болғандықтан оны қарастырмаймыз. Шегеруші қаттыерітінділерде түзілу кезінде еріткіш металдың қасиеті мен тордың ауқымының өзгеруі қабаттаса жүреді. Қатты ерітінділердің құрамы айнымалы болады.