Azərbaycan memarlq inşaat Univeristeti Sərbəst iş Fakültə : İnşaat texnalogiyaları İxtisas : Materiallar mühəndisliyi

Azərbaycan memarlq inşaat Univeristeti
Sərbəst iş

Fakültə : İnşaat texnalogiyaları

İxtisas : Materiallar mühəndisliyi

Fənn : İxtisasa giriş

Kurs : 1

Qurp : 690a2

Tələbə : Elvin Səfərov

Müəllim : İradə Şirinzadə

Mövzu : Metallar haqqda ümumi məlumat

Materialşünaslıq – materialların atomlararası rabitələrindən, onların daxili quruluşundan, tərkibindən və xassələrindən bəhs edən tətbiqi elmdir. Müasir dövrdə müxtəlif maşın, cihaz və mexanizmlərin kütləsinin azaldılması, onların etibarlılığının, dəqiqliyinin, iş qabiliyyətinin yüksəldilməsi və s. bu kimi elmi-texniki problemlərin həlli məhz materialşünaslığın inkişafı ilə bilavasitə bağlıdır. Buna görə də müasir elm və texnika üçün yeni materialların yaradılması bu elmi daha da zənginləşdirərək yeni texniki ideyaların meydana çıxmasına təkan verir. Bizim dövrümüzdə yarımkeçiricilər və maye kristallar elektronika sahəsində, kompozit materiallar aviasiya və raketqayırmada, ifrat keçiricilər və amorf ərintilər isə elektronika və radiotexnikada inqlabi rol oynamışlar.

Materialşünaslığın nəzəri əsaslarını fizika və kimyanın müvafiq bölmələri təşkil edir. Lakin, buna baxmayaraq materialhünaslıq əsasən eksperimental yolla inkişaf edir. Buna görə də bu elmin inkişafında daxili strukturun və fiziki-mexaniki xassələrin tədqiqinin yeni üsulları mühüm rol oynayır.

Cihaz və maşınların hazırlanmasında tətbiq olunan materiallar müxtəlif və çoxsaylı olduğundan onları bir neçə əlamətlərə görə təsnif etmək olar. Bu materalların əksəriyyəti, yəni polad və cuqnlar, mis və yüngül metal ərintiləri universaldır. Onlar bir sıra üstünlüklərə malik olduqlarından sənaye və texnikanın müxtəlif sahələrində tətbiq olunurlar. Lakin bəzən universal konstruksiya materialları ilə yanaşı müəyyən funksional təyinata malik olan materiallar tələb olunur. Belələrinə misal olaraq istiyə və odadavamlı materialları, yüksək elastikliyə malik olan materialları, yeyilməyə və korroziyaya qarşı davamlı materialları, eləcə də xüsusi fiziki xassəli materialları göstərmək olar. Aşağıda materialların istismar şəraitindən və konkret təyinatı baxımından təsnifatı verilmişdir. Belə ki, bu təsnifatın hər bir qrupu ona daxil olan materialların istismarı zamanı təmin etdikləri iş qabiliyyətindən asılı olaraq adlandırılmıdır. Universal materialların istismar sahələri müxtəlif olduğundan onlar bir neçə qrupa daxil edilmişlər. Seçilmiş bu təsnifat prinsipinə əsasən bütün konstruksiya materialları aşağıdakı qruplara bölünürlər:

1.Yüksək sərtliyə, statik və dinamiki möhkəmliyə malik olan materiallar.

2. Xüsusi texnoloji xassəli materiallar.

3. Yeyilməyədavamlı materiallar.

4. Yüksək elastikliyə malik olan materiallar.

5. Kiçik sıxlığa malik olan materiallar.

6. Xüsusi möhkəmliyi yüksək olan materiallar.

7.Temperatura və xarici mühitin təsirinə qarşı davamlı materiallar.

Kimyada metal adı altında D.İ. Mendeleyevin Dövri cədvəlində sol hissədə yerləşən elementlər anlaşılır. Bu qrupun elementləri qeyri –metallarla kimyəvi reaksiyalara daxil olarkən öz xarici valent elektronlarını itirirlər (verirlər). Bunun səbəbi onların xarici elektronlarının nüvə ilə zəif əlaqədə olmasıdır, bundan başqa xarici elektron şarında elektronların sayının az olmasıdır (1 –2), hansı ki, qeyri – metallarda bu elektronların say

Bütün metallar parlaqlıq və plastikliklə yanaşı yüksək elektrik və istilik keçirmə xüsusiyyətlərinə malikdir.

Metalların atom –kristallik quruluşunun əsas xarakterik xüsusiyyəti metalın daxilində müsbət yüklənmiş ionlarla zəif əlaqədə olan elektron qazının olmasıdır. Bu elektronların metalın daxilində asan yerdəyişdiyindən və onların atomlarla az əlaqədar olması sayəsində metallara müəyyən metallik xüsusiyyətlər (yüksək elektrik və istilik keçiriciliyi, metal parlaqlığı, plastiklik və s.) xasdır.

Hər bir metal digərindən quruluş və xüsusiyyətinə görə fərqlənir, ancaq buna baxmayaraq onları bəzi əlamətlərinə görə qruplara ayırmaq olar (Cədvəl 1).

İlk öncə bütün metalları iki böyük qrupa- qara və əlvan metallara ayırmaq olar.

Qara metallar tünd –boz rəngli olub, böyük sıxlığa (gələvi- torpaq metallar istisna olmaqla), yüksək ərimə temperaturuna, nisbətən böyük (yüksək) bərkliyə və əksər hallarda polimorfizm (bir maddənin bir neçə kristal quruluşa malik olması) xüsusiyyətinə malikdir.

Əlvan metallar əksər hallarda xarakterik rəngə: qırmızı, sarı və ağ rəngə malik olur. Böyük plastikliyə, kiçik bərkliyə, nisbətən aşağı ərimə temperaturuna və polimorfizmin olmaması ilə xarakterikdir. Bu qrupda ən tipik metal misdir –Cu.

Qara metalları da öz növbəsində aşağıdakı qruplara bölmək olar:

1. Dəmir metalları –dəmir Ft, kobalt Co, nikel Ni və bunlara yaxın olan Mn. Co, Ni və Mn tez-tez dəmir ərintisinə əlavə kimi istifadə olunur.

2. Çətinəriyən metallar, ərimə temperaturu Fe –dəmirin ərimə temperaturundan (1539⁰C) yuxarı olan metallar –Legirlənmiş poladlarda legirləyici elementlər kimi istifadə olunur.

3. Uran metalları –aktinoidlər olub atom energetikasında istifadə olunur.

4. Nadir torpaq metalları (NTM) –La, Ce- sezium, No- neodium, Pr –prazaduum və s. lantanaoudlər və bunlara yaxın olan Y- ittirium və Sc –skandium daxildir. Bu metalları digər elementlərin ərintilərində aşaqarlar kimi tətbiq edirlər.

5. Qələvi torpaq metalları sərbəst metal vəziyyətində (halında) tətbiq olunmur, yalnız xüsusi hallarda (atom reaktorlarında istilik daşıyıcısı kimi) istifadə olunur.

Əlvan metallar isə:

1. Yüngül metallar –Be, Mg, Al olmaqla kiçik sıxlığa malikdir.

2. Nəcib metallar –Ag, Au və Pt qrupunun elementləri (Pt, Pd, İr, Rh, Os, Ru). Buraya həmçinin “yarımnəcib” metalı –Cu də əlvan etmək olar. Bu metallar korroziyaya çox yüksək davamlılığı ilə səciyyələnir.

3. Asan əriyən metallar –Zn, Cd, Hg, Sn, Pb, Bi, Tl, Sb və zəif metallik xüsusiyyətlərə malik olan Ça –qallium və Çe –germansium daxildir.

İstənilən maddə üç aqreqat halında –bərk, maye və qazşəkilində [plazma halı da mövcuddur] olur.

Bərk maddələr ağırlıq qüvvəsinin təsirindən öz formasını saxlayır, mayelər axaraq qabın formasını alır. Ancaq, bu təyinat maddələrin halını kifayət qədər xarakterizə etmir.

Bərk cisimlərdə atomların yerləşməsi müəyyən qanunauyğunluqla olmaqla qarşılıqlı cəzbetmə və itələmə qüvvələri tarazlaşmış olmaqla bərk cisim öz formasını saxlayır.

Beləliklə, maye vəziyyət –bərk və maye hallar arasındakı “aralıq hal” olub uyğun şərtlər mövcud olduqda bərk haldan qaz halına ərimədən keçir ki, bu hal –sublimasiya adlanır.

Hissəciklərin (atom və malekullar) fəzada düzgün və qanunauyğun şəkildə yerləşməsi cismin kristallik quruluşunu xarakterizə edir. Odur ki, fizikada kristal hal və bərk hal-sinonimlərdir

Kristallik quruluşu fəza qəfəsi şəklində təsəvvür etmək olar, burada qəfəsin qovşaqlarında isə atomlar yerləşir

Atomların kristallarda qarşılıqlı yerləşməsini təsvir edən variantların xeyli sxemi və üsulları mövcuddur. Müstəvilərdən birində atomların yerləşməsi sxemi şəkil 2- kimidir. Atomların mərkəzindən keçən, təsəvvürümüzdəki xətlərin əmələ gətirdiyi –gəfəsdir və bu qəfəsin qovşaqlarında atomlar (+ yüklənmiş ionlar) yerləşir; bu kristalloqrafik müstəfi adlanır. Çox dəfələrlə təkrarlanan kristalloqrafik müstəvilər (II yerləşmiş) fəza kristallik qəfəsi əmələ gətirir və bu qəfəsin qovşaqları isə atomların (ionların) yerləşmə yeridir. Bu mərkəzlər (yerləşmə yerləri) arasındakı məsafə A⁰ –lə ölçülür. Elementar kristal yuvaların aşağıdakı növləri: kub şəkilli –həcmi mərkəzləşdirilmiş (Şəkil 3. a), kub şəkilli- tilləri mərkəzləşdirilmiş (3. b) və heksaqonal –sıx yerləşdirilmiş (3. v) olur:

Metall kristalları adətən kiçik ölçülərə malik olur. Odur ki, metal məmulatlar çoxlu sayda kristallardan ibarət olur. Belə quruluş polikristallik adlanır. Bəzi səbəblərdən polukristallik aqreqatda bəzi kristalların düzgün forma alma imkanları olmur. Polukristallik aqreqatda düzgün formaya malik olmayan kristallar “dənəcik”, yaxud kristallit adlanır.

Müxtəlif dənəciklərin fərqi (müxtəlif) kristal qəfəslərin fərqli fəza arientasiyalı (istiqamətli) olmasıdır

Ancaq bu hal da yeganə deyildir. Belə ki, soyuq vəziyyətdə plastik deformasiya (prokat yayma, əyib- burma və s.) dənəciklərin əksəriyyət orientasiyasını təyin edir. (tekstura). Əksəriyyət arientasiya dərəcəsi müxtəlif olmaqla, dəyişməsi təsadüfi paylanaraq elə vəziyyətdə ola bilər ki, burada bütün kristallar eyni arientasiyalı olar.

Çox yavaş olaraq kristallaşma zamanı istilik götürülərsə və həmçinin digər xüsusi üsulların köməyi ilə elə metal parçası əldə etmək olar ki, bu yalnız tək kristaldan ibarət olsun və belə kristal –m o n o k r i s t a l adlanır. Böyük ölçülü monokristallar. (bir neçə yüz qram ≈ 100 ...800 qr) elmi- tədqiqat üçün və həmçinin texnikanın xüsusi sahələri üçün (yarımkeçiricilər) hazırlayırlar.

Tədqiqatlar göstərmişdir ki, dənəciklərin daxili kristallik quruluşu düzgün deyil-dir. Düzgünlüyün pozulma dərəcəsi və xarakteri yaxud kristallik quruluşun tək- milləşməsi nəzərə çarpacaq dərəcədə metalın xüsusiyyətini təyin edir. Buna görə də qarşıya çıxan kristal quruluşun qeyri- təkmilliyinə - real kristalların quruluşu kimi baxmaq lazımdır.

Kristal quruluşların qeyri- təkmil şəklindən biri də kristal qəfəsin qovşaq-larındakı tutulmayan yerlərin olması, yaxud başqa sözlə- vakansiya, yaxud atom “dəliklərin” (Şəkil 5) olmasıdır. Belə “nöqtəvi” deffekt qəfəslərdə (əsas rol oyna-maqla) diffuziya prosesində (metallarda) mühüm rol oynayır.

Otaq temperaturunda ümumi atomların miqdarı ilə müqayisədə “vakansiyaların” miqdarı (məsələn 1 vakansiya 10¹⁸ atoma) çox az olsa belə, temperaturun yüksəlməsi ilə, xüsusən də ərimə temperaturuna yaxın olduqda isə kəskin artır (1 vakansiya 10⁴ atoma). [Bəzi ekstremal vəziyyətlərdə (radiaktiv hissəciklərlə şüalanmada) 1...3 vakansiya 10² atoma]..
Digər, kristallik qəfəslərdə təsadüf olunan qeyri- təkmil şəklin ən vacibi isə -dislokasiyadır. Təsəvvür edək ki, kristal qəfəsdə hər hansı bir səbəbdən ekstra-müstəvi adlanan artıq atomlar yarımmüstəvisi peyda oldu (Şəkil 6). 3-3 tərəfi qəfəsdə xətti defekt (qeyri- təkmillik) formalaşdırır və kənar dislokasiya adlanır.
Beləliklə, kristallik quruluşun düzgünlüyü iki növ defektlə -nöqtəvi (vakansiya) və xətti (dislokasiyalarla) ilə pozulur.

Vakansiya fasiləsiz olaraq qəfəsdə hərəkət edir, (əgər) qonşuluqdakı atom boş “dəliyə” öz əvvəlki yerini tərk edərək keçir. Temperaturun yüksəlməsi ilə atomların istilik hərəkətliliyi (artır və) belə aktların sayını artırır və eyni zamanda dislokasi-yaların da sayı artır.

Xətti defektlər isə özbaşına və nizamsız olaraq (vakansiya kimi) hərəkət etmir. Ancaq, kifayət qədər gərginlik dislokasiyanın hərəkətini təmin edərsə, müstəvi əmələ gələrsə onda onun kəsiyində- sürüşmə xətti C əmələ gəlir.

Müxtəlif müstəvilərə baxsaq, məsələn həcmi mərkəzləşdirilmiş kubşəkilli qəfəsdə o qənaətə gəlmək olar ki, onlar müxtəlif sıxlıqlı atomlarla doludur.

Ayrılıqda götürülmüş kristalın (monokristalın xüsusiyyəti (baxılan istiqamət-dəki) digər istiqamətdəki xüsusiyyətdən fərqlənir (Şəkil 8) təbii ki, bunun başlıca səbəbi bu istiqamətdə qarşılanan (rast gələn) atomların sayından asılıdır. Sınaq istiqamətindən asılı olaraq xüsusiyyətlərin fərqliliyi –anizotropiya adlanır. Bütün kristallar aniozotropdur. Anizotropiya –bütün kristalların xüsusiyyəti olub, kristallik quruluşla xarakterizə olunur.Həndəsi nöqteyi nəzərdən baxılan elementin atomu istənilən kristallik qəfəsi formalaşdıra bilər. Ancaq real mövcud olan o qəfəslər ola bilər ki, sərbəst enerji ehtiyatı cüzi olsun. Məsələn, bərk halda ki, Na, Rb, K, Cz, Mo, W və digər metallar həcmimərkəzləşdirilmiş kub şəkilli qəfəsə; Al, Ca, Cu, Ag, Au, Pt və b. Tili mərkəzləşmiş, Be, Mg, Zn , Hf, Os və digər başqalarının isə heksaqonaldır.Bir metalın bir neçə kristallik formaya malik olması polimorfizm yaxud allotropiyadır. Müxtəlif kristallik formaya malik bir maddə polimorf maddə yaxud allotropik şəkildəyişmə adlanır.Allotropik formaları yunan hərfləri ilə işarə edirlər (α, β, γ, δ və s.), yəni uyğun kimyəvi elementin işarəsinin indeksinə qeyd edirlər ((Fe_α, Fe_β, Fe_γ və s.) Şəkil 9).
Maye halından bərk hala keçdikdə kristal qəfəslər əmələ gəlir və kristal yaranır. Belə proses kristallaşma adlanır.

Metalın maye halından bərk hala keçməsini temperatur və zaman koordinatında aşağıdakı kimi qrafiki təsvirini vermək olar:

Deformasiya: elastiki- qüvvənin təsiri (yükün) götürüldükdən sonra itən və plastiki –qüvvənin təsiri (yükün) götürüldükdən sonra qalan olur.

Elastik deformasiyada xarici qüvvələrin təsirindən cisimin kristal qəfəsində atomlar arasındakı məsafə dəyişir.

Plastiki deformasiyada isə daha mürəkkəb proses gedir. Belə ki, burada bir hissəsi digər hissəsinə nəzərən yerdəyişmə edir (qüvvə təsirindən); yerdəyişməyə uğrayan kristal hissəsi öz əvvəlki yerini tutmadığından plastiki deformasiya baş verir.

Ümumiyyətlə elastik deformasiyanın qiyməti nə qədər kiçik olarsa deməli material daha sərtdir. Deməli, elastiklik modulu –materialın sərtliyini xarakterizə edir. Elastiklik modulunun iki növü: normal elastiklik modulu (Huk modulu) və toxunan elastiklik modulu (Yunq modulu) anlayışı qəbul edilmişdir. Qeyd olunduğu kimi elastiki deformasiya atomlar arasındakı məsafənin dəyişməsinə dəlalət edir. Yəni gərginliklə atomlararası məsafə düz mütənasibdir (F = -KX). Huk modulu (E) 2,5...3,0 dəfə Yunq modulundan (Ç) böyükdür: Ç = (2,5...3) E. Fe üçün E = 2∙10⁴ kq/mm².

Metalların deformasiyaya müqaviməti- davamlılıq anlayışı ilə, dağılmağa müqa-viməti isə -etibarlılıq anlayışı ilə qəbul edilmişdir. Etibarlılıq anlayışı dedikdə eyni zamanda materialın uzunömürlülüyü də anlaşılmalıdır.

Metalların mexaniki, texnoloji və s. xüs. təyin edərkən biz əsasən boyuna uzan-ma, bərklik, etibarlıq, uzunömürlülük və s. nəzərdə tuturuq.\

Bərkliyi təyin etmək üçün Brinel (HB), Rokvel (HRC) və Vikkers (HV) metodlarından istifadə olunur.

Brinel metodunda sınaq olunan nümunəyə P qüvvəsinin təsiri ilə D diametrli kürəcik daxil edilir. Bərklik göstəricisi Brinelə görə d diametrli sferik səthin izinə (0) nisbətindən təyin edilir.

Rolvelə görə almaz konusdan istifadə olunur.

Vikkersa görə isə almaz piramidadan istifadə olunur;

Ə D Ə B İ Y Y A T
1. Гуляев А.П. Металловедение, «Металлургия», 2007.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П., Материаловедения, металлургия. 1998.