2018-01-21
1755
Сортты болатты прокаттау үшін соңғы кезде орташа, майда сортты үздіксіз стандар қолданылып жүр. Сорты болатқа диаметрі немесе қалыңдығы 10-30 мм дөңгелек, шаршы (квадрат) қалыпты металдар, өлшемдері 25х100, 3х8 мм болат табақтар, №3, №5 бұрыштық, 50х200, 1,5х3 мм тілкем болаттар (полосовая) жатады.
Сортты болат өндіретін 300 маркалы үздіксіз станның құрылысын қарастырайық. Стан көлденең қимасы 75х75 мм, 100х100 ұзындығы 10 м-ге дейінгі сом темір қыздыратын автоматтандырылған пешпен жабдықталған. Станның металды алдын ала өңдейтін бөлігі... жұмыс клеттерімен (клеттің бесеуінің біліктері көлденең, екеуі тік орналасқан) тұрады. Пешпен станның металды алдын ала өңдеуші бөлігінің арасында 900 0С температурада белгілі ұзындыққа кесетін қайшы орналасқан.
Станның металды ақтық (таза) өңдеуші бөлігі сегіз жұмыс клетпен тұрады, оның бесеуінің біліктері көлденең, үшеуінің тік орналасқан. Станның металды алдын ала және ақтық өңдеуші бөліктерінің ортасында металдың ұштарын кесетін қайшы орналасқан. Прокатталған металды суытқышқа жіберуден бұрын станның металды ақтың өңдеуші бөлігінің алдына орналасқан қайшының жәрдемімен оны белгілі үзындыққа кеседі.
Қазіргі кездегі көміртекті болаттарды прокаттайтын, өнімділігі жоғары үздіксіз стан 34 клеттен тұрады. Бір тілкем темір 18 клетте өңделеді: 1-10 клеттері бір мезгілде төрт тілкем металды, 11-14 клеттері екі, 15-18 клеттері бір тілкем темірді өңдейді. Прокаттан шыққан өнімдер қоймаға жіберіледі. Оларды суық күйде созу арқылы сым темірге айналдырады. Прокаттау жылдамдығы 20 м/сек-ке дейін жетеді.
Қалың темір жабдықтарды прокаттау
Қалың темір жабдықтар бір-екі клетті үздіксіз, жартылай үздіксіз стандарда прокатталады. Жұмыс клеттері дуо, трио, кварто, реверсивті болып келуі мүмкін. Темір жабдықтарын өңдейтін прокат стандары біліктер бөшкесінің ұзындығы және диаметрімен сипатталады. Ені 2 м деп артық темір табақтары, өнімділігі жоғары, клеттері тізбектеліп орналасқан, екі клетті стандарда прокатталады. Прокат станының металды алдын ала өңдеу клеттерінің біліктері (қауыру біліктері) болаттан, ал артық өңдеу клеттерінің біліктері шойыннан жасалады.
Құбыр прокаттау
Прокаттау арқылы алынатын құбыр жапсарлы және жапсарсыз құбыр болып екіге бөлінеді.
Жапсарлы құбырдың шикізаты ретінде ұзындығы, диаметрі және қалындығы жасалатын құбырдың ұзындығына, диаметрі және қалындығына сәйкес келетін штрипс деп аталатын темір тілкемі пайдаланылады. Жапсарлы құбырдың жапсары пеште электрмен немесе газбен пісіріледі. Пеште пісіру әдісімен диаметрі 75 мм-ге дедейінгі құбырлар жасау үшін штрипс 1300-13500С температураға дейін қыздырылып, воронкадан өткізіледі. Воронкадан өту кезінде штрипс құбыр жасай иіліп, жоғары температурадағы қысымның әсерімен екі жақтауы пісіріледі. Осылайша прокатталған құбыр калибрлеуші станда өңделгеннен кейін суытылады. Қалыңдығы 14 мм, диаметрі 75 мм-ге дейінгі құбырларды пеште пісіргенде олар екі рет қыздырылады. Бірінші рет 1000-11000С температурада штрипсті воронкадан тартып құбыр етіп ию үшін, екінші рет 1200-13500С температурада сақиналы (оправалы) екі біліктің арасынан өткізіп құбырдың жапсарын пісіру үшін қыздырылады. Рулонға оралған темір тілкемін үздіксіз стандарда құбыр жасай... жапсарын пеште пісіреді. Электрмен және газбен пісіру арқылы диаметрі 1400 мм-ге дейін жететін мұнай, газ өндірісінде қолданатын құбырлар жасалады.
Жапсарлы құбырды электрмен пісіруде рулонға оралған болат тілкемі арнаулы станда түзу немесе спираль бойына құбыр болып оралады. Құбыр болып иілген болат тілкемнің жапсары станға орнатылған автоматты электр пісіргіштің жәрдемімен пісіріледі. Пісіру процесі қож қабатының астында немесе қорғаушы газ ортасында жүреді.
Жапсарсыз құбыр прокаттау негізгі екі операциядан тұрады:
1.Біліктері белгілі бұрыш жасай орналасқан прокат сталында көлденең қимасы дөңгелек қалыпты болып келген темір кеспелекті тесіп, қабырғасы қалың гильза (қысқа құбыр) алу;
2.Гильзаны пилигримдеу стандарда құбырға айналдыру.
Иілген қалыпты бұйымдар өндіру
Қалыңдығы мен қалыны әр түрлі күрделі бұйымдар ию стандарында жасалады. Иілген қалыпты бұйымдар өндірістік құрылыстар мен машина жасау өндірісінде кеңінен тараған. Олардан автомобильдің радиатор құбырларын, рамасын, құрылыста швеллер, қостабан қималы (таврлы) бөлшектер, карниздер, фермалар т.б. бұйымдар жасайды. Иілген қалыпты бұйымдар тізбектеліп орналасқан бірнеше клеттері бар бұйымды июші стандарда өңделеді. Бұл стандар клеттерінің саны иілетін бұйымының түрі күрделенген сайын арта түседі.
Созу (сым тарту)
Созу деп темірді, көлденең қимасының ауданы өңделінетін темірдің көлденең қимасы ауданынан кіші, арнаулы тесіктен өткізу арқылы өңдеуді айтады. Қара, түсті металдар мен қорытпаларды суық күйде созу арқылы көлденең қимасының ауданы мен қалыны әр түрлі бұйымдар жасалады.
Металды созу-оны созуға дайындау, созу тәртібін анықтау, өңделетін бұйымды жөнелтуге дайындау кезеңдерінен тұрады.
Жабдықтары. Созу процесінің негізгі жабдықтары шынжырлы және даңғаралы созу стандары болып табылады. Шынжырлы созу стандарында ұзындығы 6-10 м және одан да артық темір шыбықтары, құбыр сияқты бұйымдар өңделеді. Шынжырлы созу станында электр қозғалтқыш және созу шынжырының жәрдемімен темір жабдықтар түзу бағытта қозғалтылып, созу арбасына беріледі. Қозғалмайтын станинаға орнатылған созғыш арқылы өнделетін металдың ұшы сүйірленіп, түзу бағытта қозғалатын арбанын қысқышына (клеть) бекітіледі.
Данғаралы созу стандарында ұзын сым сияқты бұйымдар өңделеді. Өңделіп шыққан сым станның даңғарасында оралады. Жасалатын бұйымының бүйір бетінің тазалығына байланысты даңғаралы станда металл бір немесе бірнеше рет тартылуы мүмкін.
Еркін соғу
Кейбір детальдар (бөлшектер) тек еркін соғу әдісімен жасалады. Мысалы, 223 тонналық турбинаның білігі (осі).
Еркін соғу процесінде өңделетін металдың беті тегіс, жылжымайтын төске қойылып, жоғарғы жағынан жылжымалы үлкен болғанмен соғылады немесе преспен қысылады. Нәтижеде металлдеформацияланып, жан-жаққа жайылып, өз қалыбын өзгертеді.
Еркін соғу арқылы салмағы 300-350 тонналық прокат өнімдері мен темір кесектерін және салмағы бірнеше грамнан 150-200 тоннаға дейін жететін шыңдалған темір кесектерін өңдеуге болады. Еркін соғу процесінде өңделген темірдің структурадағы кристалл түйіршіктері араласып, сызаттары мен бос кеңістіктері жойылады, механикалық қасиеттері өзгеріп, нығайады.
Еркін соғу үрдісінің негізгі түрлері
Отырғызу (осадка); шеңбер бойлау созу (раскатка); тесу (прошивка); созу (протяжка); кесу (рубка); ию.
Отырғызу деп металдың көлденең қимасының ауданын артыруды атайды. Отырғызу арқылы өңделінетін металдың биіктігі оның диаметрінен немесе енінен 1,5-2,8 еседен артық болмауы шарт. Бұл шарт орындалмай биіктігі енінен тым артық болса, өңделу процесінде метал майысып кетеді.
Шеңбер бойлай созу дегеніміз темір тесігінің диаметрін ұлғайту. Темірдің тесігін ұлғайту үшін оны цилиндр тәрізді валға кигізіп, шеңбер бойлай үстіңгі жағынан балғамен соғады. Нәтижеде металл созылып, тесіктің диаметрі кениді.
Тесу дегеніміз пуансон деп аталатын тескіш құралдың жәрдемімен металды тесу. Тесу үшін металдың астына, тесігінің диаметрі тесілетін металдың диаметрімен шамалас, астарлық сақина қойылады.
Созу дегеніміз металдың көлденең қимасының ауданын азайтып, ұзындығын арттыру. Созу процесі жалпақ немесе фигуралы соққыштардың жәрдемімен орындалады.
Кесу дегеніміз металды арнаулы кескіш құралдың жәрдемімен бірден көп біліктерге бөлу. Кесу процесінде кескіш құрал ретінде тура, радиалды балғалар қолданылады.
Штамптау
Ағуы штамптың қабырғаларымен шектелген металға динамикалық күшпен әсер ету арқылы бөлшектер жасау процесін штамптау деп атайды. Артықшылықтары: жұмыс өнімділігі өте жоғары, өндірілген бұйымның дәлділігі жоғары металл шығыны аз болады. Кемшілігі: штамптың өзіндік құнының қымбаттылығы.
Өнделінетін металдың күйіне байланысты: ыстық күйде көлемділік штамптау, суық күйде көлемділік штамптау; темір табақтарын штамптау болып үш түрге бөлінеді.
13 дәріс тақырыбы. Пісіру негіздері
Пісіру деп қатты материалдарды жергілікті балқыту немесе пластикалық деформация жасау арқылы ажырамайтын жалғас алу процесін айтады. Осының нәтижесінде пісірілетін материалдар атомдарының арасында берік байланыс орнайды.
Металдарды пісіру физикалық, техникалық жэне технологиялық белгілермен әртүрлі топтарға бөлінеді.
Металдарды пісіруді физикалық белгілерімен жіктеу. Физикалық белгілермен жіктеу пісіру жалғасын калыптастыруға қолданылатын энергия түріне байланысты жасалады. Осы бойынша пісіру процестері үш топқа бөлінеді:
- термиялық;
- термомеханикалык;
- механикалык.
Термиялыц топқа жылу энергиясын пайдаланып балкыту пісіру түрлері жатады: доғалы, электрон-сәулелі, электрқожды, плазмалы, термитті, газбен және күймалы.
Термомеханикалық топқа жылу энергиясын жэне қысым күшін пайдалану арқылы пісірілетін түрлері жатады. Бұл топқа түйістіріп пісіру, индукциялы-қысымды, диффузиялы, газды-баспалы, термокомпрессиялы, доға-басқалы, термитті-баспалы.
Механикалық топқа - механикалық энергия мен қысымды колданып орындалатын пісірудің түрлері жатады: салқындай, ультрадыбысты, жарылыспен, үйкеліспен және магнит-импульсті.
Металдарды пісірудің техникалық белгілерімен жіктелуі.
Техникалық белгілерге келесілер жатады:
- металды пісіру аумағында қорғау әдісі;
- пісіру процесінің үзіліссіз орындалу дәрежесі;
- процесті механикаландыру дәрежесі.
Металды атмосфера ауасынан қорғау әдісі бойынша пісірудің түрлері -ауада, вакуумда, әртүрлі қорғаушы газдарда, флюс астында, флюс үстімен, көбікте, аралас қорғаулармен.
Процестін үзіліссіздігіне байланысты пісіруді үзіліссіз және үзіліспен деп бөледі; механикаландыру дәрежесімен қолмен пісіру, механикаландырылған, автоматтандырылған (жартылайавтоматтандырылған) және автоматты түрлері болады.
Пісірудің негізгі түлерінің қысқаша сипаттамалары. Доғалы пісіру пісірудің кеңірек тараған және әмбебап түрі болып табылады. Балқытып пісіру тобына жатады. Негізгі және косынды металдардың балкуы пісірілетін металл мен электрод арасында жанатын электр доғасы арқылы орындалады. Балқыған негізгі және косынды металл (электрод немесе пісіру сымы) пісіру ваннасын қалыптастырады; нәтижесінде пісіру ваннасы металының кристалдануынан пісіру жігі қалыптасады.
Пісіру жігін тотығудан корғау үшін, доға жанғанда сүйық қож және газдар (мысалы СО2, сутегі, аргон) бөлетін қалың қаптамалы электродтар қолданылады. Көмір электродымен тәуелді және тәуелсіз доғада қосынды сым қолданып пісіру шектелуі, бүны көбінесе түсті металдан жасалған жүқа қабырғалы бұйымдарды пісіруге пайдаланады. Комір электродтарын көбінесе доғалы кесуге кеңірек колданады.
Флюс қабаты астында автоматты доғалы пісіру.
Пісірудің бұл түрі үлкен өндірістерде түзу және шеңбер жікті бөлшектерді жалғастыру үшін қолданылады. Электрод есебінде: жалаң пісіру сымы пайдаланылады.
Бұл процестің өнімділігі колмен доғалы пісірумен салыстырғанда 5-10 есе жоғары; пісіру жіктерінің сапасы да жоғары.
Сурет 19 – Қолмен және флюс қабаты астында автоматты доғалы пісіру
Қоргаушы газдарда пісіру.
Пісіру балқитын немесе балқымайтын (вольфрам) электродтарымен инертті газдар ағынында жүргізіледі.
Сурет 20 – Қорғаушы газдарда пісіру
Бұл тәсілді жоғары легірленген болаттан, титан, никель, алюминий және магний қорытпаларынан жасалған бөлшектерді пісіруге қолданады.
Коміртекті болаттарды пісіргенде біршама арзанырақ көмірқышқыл газын қолданады.
Электрқожды пісіру.
ІІісірудің бүл түрінде негізгі және қосынды металдардың балкуы, тұрақталған пісіру процесі кезінде, электр тоғы балқыған қождан өткенде бөлінетін жылу арқылы іске асады.
Электрқожды пісіру электрод түрімен, электродта тербеліс болуымен, электрод санымен және кейбір басқа да белгілерімен жіктеледі. Бүл тәсіл ауыр дайындамаларды жалғастыруға қолданылады (ауыр түғырлар, станиналар).
Газбен пісіру.
Пісірудің бүл түрі негізгі және қосынды металдарды жоғарытемпературалы газ - оттекті жалынымен балқытып жалғастыруға негізделген. Оттегінде жандыруға арналған жанар газ есебінде әртүрлі газдарды пайдаланады: сутегі, ацетилен, пропан-бутан коспасы, бензин буы, керосин буы, қалалық газ, табиғи газ, кокс, мүнай және басқа газдар.
Ацетилен-оттекті пісіру инжекторлы жанарғы жалынында өтеді. Қосынды металл есебінде пісірілетін болшек металының қүрамына жақын сым немесе сырықтар қолданылады.
Ацетилен-оттекті пісіруде жалғастардың сапасы электрдоғалы пісіргеннен төмен.
Түйістіріп пісіру
Түйістіріп кедергімен пісіру, әдетте қимасы аздау бөлшектерді жалғастыру үшін қолданылады. Болшектердің шеттерін гидравликалық баспамен қысып, содан кейін электр тоғын қосады.
Бүл жағдайда түйіскен металл пластикалық жағдайға дейін жеткізіледі.
Түйістіріп пісірудің басқа түрі - балқытып пісіру. Бүл әдісте түйісті алғашында біршама күшпен қысып, содан кейін тоқ қосылады. Нәтижесінде көп көлемде микро доға пайда болады да, ол металдарды балқытады.
Түйіс балқығаннан кейін гидравликалық баспамен кысылады.
Мүндай балқытып пісіруді қимасы үлкен бөлшектерді қосуға, бүданда басқа әртекті металдарды қосуға қолданады.
Түйістіріп пісірудін тағы бір түрі - нүктелі пісіру, ол бірнүктелі және көпнүктелі болып бөлінеді.
Түйістіріп пісіру әртүрлі электр тоғымен - түрақты, айнымалы т.б. түрлерімен орындалады.
Металдардың пісіру икемділігі туралы түсінік.
Пісіру өндірісінде пісіру икемділігі деп біртекті және әртекті металдардың (олардың қорытпаларының) берілген жүктемелерде, ортада, температура және басқа жағдайларда жүмыс атқара алатындай пісіру жалғасын калыптастыру қабілеттілігін айтады.
Балқытып пісіруде тек қана өзара жақсы еритін металдар ғана пісіріледі. Біртекті металдар, яғни болат болатпен шойын, шойынмен мыс, мыспен т.с.с, жақсы пісіріледі. Мыс және қорғасын озара ерімейді (қосылыспайды) және балқыған (сүйық) күйінде араласпайтын қабаттар қалыптастырады. Сондықтан мыс пен қорғасынды іс жүзінде пісіру мүмкін емес.
Темір қорғасынмен, алюминий висмутпен, темір магниймен т.с.с. қиын пісіріледі. Сондықтан мүндай жағдайда әртекті металдардың пісіру икемділігін қамтамасыз ету үшін, әдетте пісірілетін екі металмен де әзара жақсы еритін үшінші металды пайдаланады. Пісіру икемділігі негізгі метал касиетінен баска пісіру түрі мен ережесіне, қосынды металл және флюс құрамына, қорғаушы газ түріне байланысты. Мысалы, көміртекті болаттарды азот ортасында пісіруге болмайды, өйткені жік металы азотпен қанығып, нәтижесінде металдың ескіруі орын алады.
Керісінше мысты азотта пісіру қолайлы жағдайда өтеді, еткені балкыған мыс іс жүзінде азотқа бейтарап, әсерлеспейді.
Металдарды және олардың қорытпаларының пісіру икемділігін анықтау үшін іс жүзінде 150 әдіс қолданылады.
14 дәріс тақырыбы. Ұнтақтық металлургия әдісімен материалдар алу және металлокерамика
Ұнтақтык металлургия — ғылым мен техниканың металдар, қорытпалар және химиялық қосылыстардың ұнтақтарын алу және олардан бүйым не бейметалл үнтақтары бар қоспалар өндіретін саласы. Ұнтақтық металлургия металдың бүйымға айналуының ең озық процесі болып табылады. Ұнтақтық металлургиясының мәні ұнтақты алу және оның бүйымға айналу процестерінің бірінен соң біріне жүйелі түрде өткізілуінде. Бүл бір жағынан жаңа сала болса, екінші жағынан ежелгі тәсіл болып табылады. Ұнтақтық металлургияның негізін салушы П.Г. Соболевский (1782-1841). Ол металдарды өңдеудің ежелгі тәсілдерін жаңартып, оларды ерекше технологиялық тәсіл етіп біріктірді. Металл өңдеудің түрлі тәсілдерінде ұнтақтық металлургия ерекше орын алады, өйткені ол түрлі пішінді бұйымдарды өңдіру және қолданумен катар басқа тәсілдермен алынуы қиын, кейде мүмкін болмайтын жаңа материалдарды жасауда қолданылады. Дайындамалар мен бұйымдарды ұнтақтык металлургия әдісімен өндірудің технологиясы шикізаттың үнтағын алу, алынған ұнтақ материалдан дайындаманы қалыптау, баспаланған дайындамаларды термиялық өңдеу, соңғы өңдеу (қүрылымдық реттеу, мөлшерлеу, механикалық және химия-термиялық өңдеу) кезеңдерінен түрады. Ұнтақтык металлургияның алғашқы технологиялық сатысы - ұнтақты өндіруде қолданылып жүрген бірнеше әдісі бар. Шартты түрде олар физика-хпмиялық және механикалық деп ажыратылады. Шикізаттың физика-химиялық өзгерістерінің терең өтуіне байланысты ұнтақтарды өндіру процестерінің бұл технологиясы физика-химиялық әдіске жатады. Нәтижесінде алынған ұнтактың химиялық құрамы шикізаттын химиялық құрамынан өзгеше болады. Бұл әдіс бойынша темір, мыс, никель, кобальт, вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цирконий, марганец, титан және оның корытпаларының ұнтақтары алынады. Механикалык әдісте шикізат ұнтаққа айналғанда оның химиялық құрамы өзгеріссіз қалады. Механикалық әдіс бойынша темір, мыс, марганец, жез, қола, хром, алюминий, мырыш, қорғасын, қалайы, никель, шойын, күміс, т.б. ұнтақтар алынады. Қоспаларды дайындау процесі алдымен ұнтақтарды жасыту, мөлшеріне қарай бөлшектерін сүрыптау және араластырудан тұрады. Молшері 50 мкм және одан ірі ұнтақ бөлшектерін елеп топтайды, ал тым ұсактарын айырғыштан өткізеді. Дайын болған ұнтақтарды шарлы, атанақты диірмендерде араластырады. Металл ұнтақтарын баспалағанда (суық, ыстық, гидростатикалық) және илегенде дайындамалар пішіні түзіледі. Баспалау күшінің қысымы артқан сайын дайындаманың беріктігі жоғарылай түседі. Мөлшері мен пішінінің күрделілігіне қарай дайындамаларды баспалау бір немесе екі жақты болып келеді. Ыстык баспалауда дайындамалардың пішінін қалыптастыру мен пісіру бірге өткізіледі. Гидростатикалық престеу дәлдігі төмен металкерамикалық дайындамаларды алуда қолданады. Сығу аркылы шыбықтар, күбырлар және әртүрлі қималы пішіндер алуға болады. Баспалау калыбының қабырғаларына ұнтақтардың жабыспауы және оның бөлшектерінің жақсы бірігуі үшін ұнтақтың құрамына 12%-ға дейін пластификатор қосады. Алынатын дайындаманың пішіні баспалау қалыбының мөлшерленген тесігі пішініне сәйкес болады. Жабдықтар ретінде механикалық жэне гидравликалық баспақтар қолданылады. Ұнтақ материалдарды өндеудің өнімді тәсілі - илеу. Илеу аркылы әртүрлі материалдардан таспалар жасалады. Металл ұнтақтарын илеу арқылы қалыңдығы 0,02 - 3 мм-ден 300 мм-ге дейінгі таспалар жасалады.
Металлокерамика
Керамика (грек. кегаmіке - қыш өнері, кегаmоs - саз) - қыш-саз бен олардың минералды қоспаларымен араласқан, сондай-ақ тотыктармен, т.б. органикалық емес қосындылардан (карбидтер, боридтер, нитридтер, силицидтер, т.б.) күйдіріліп жасалған бұйымдар мен материалдар. Керамика тұрмыстын барлық салаларында: үй тұрмысында (әртүрлі ыдыстар), кұрылыста (кірпіш, қыш, қүбыр, тақта, т.б.), техникада, т. ж., су және әуе көлігінде, мүсін өнерінде т. б. кеңінен қолданылады. Керамиканың негізгі технология түріне құрылыстық кірпіш, терракота, майолика, фаянс, фарфор жатады. Керамика адамзат өмірінде ертеден пайдаланылған. Ежелгі замандарда, атап айтқанда палеолит, неолит дәуірінде (б.з.б. 5-мынжылдық) жасала бастап, ғасырлар өткен сайын технологиясы күрделене түскен. Саздан түрлі бүйым жасап, оның беріктігін арттыру үшін күйдіру ісі кең таралған. Керамика жасауды әр халық өз бетімен ойлап тапқандықтан, олардың өзіндік ерекшеліктері де бар. Халқы мен заманына тән ерекшелігі, әртүрлі ою-өрнектер мен таңбалардың, тіпті, кейде жазулардын болуы бұларды бағалы тарихи ескерткіштер катарына жатқызады.
Ең алғашқы керамикалық бұйым ас пісіру және сақтау үшін қолданылатын ыдыс түрінде жасалған. Күйдіру аркылы беріктігін арттырып, әдемілік үшін ыдыстың қалың бүйірлеріне әртүрлі оюлар салған. Энеолит дәуірінен бастап (б.з.б. 3 - 2-мыңжылдық) жазу да жазады. Б.з.б. 4-3 мыңжылдықта Мысыр, Бабыл және Таяу Шығыс елдерінде сыртына шыны тектес қабат күйдіріліп бекітілген (глазурьленген) керамикалық заттар кездесе бастайды. Керамиканы тек ыдыс-аяқ жасауда ғана пайдаланбай, одан кітап беттерін (Ежелгі Шумер, б.з.б. 4-мыңжылдықта), түрлі адамдар мен хайуандардын, т.б. мүсіндерін (Ежелгі Мысырда, Грекияда, Қытайда, Орталық Азияда) жасаған. Б.з.б. 3-1-мынжылдықта түрлі түсті өрнектелген архитектуралық кірпіштер шыққан.
Осы заманғы керамикалық бұйымдар мен материалдар колданылатын орны мен қасиеттеріне, негізгі шикізатына немесе күйдірілген керамиканың фазалық құрамына қарай жіктеледі. Шикізаттардың қүрамы мен күйдіру температурасына байланысты керамикалық заттар тығыз (су сіңіруі 5%-тен аз) және кеуек (су сіңіруі 15 - 25%-ке жетерлік) болып екі топқа бөлінеді. Қүрылымына қарай ірі түйірлі (қүрылыстық және шамот кірпіштер) және ұсак түйірлі (фарфор, фаянс) деп ажыратылады. Керамика өндірісінің негізгі шикізаты - саз. Саз ішінде мөлшері 5 мм-ден астам тастар болса, машинадан откізіліп не тазартылады, не ұсақталады. Ұсақ түйірлі керамикалық бүйымдар даярлау үшін күйдіргенде түсі ағаратын балшыктар, ақ саздар (каолиндер), кварц, дала шпаты, т.б. қоспасыз сапалы шикізаттар қолданылады. Керамикалық масса дайындалуы жағынан сүйық, илемдік, жартылай күрғақ болып келеді. Керамиканы қалыпқа қүю әдісі бұйымның түріне қарай таңдап алынады. Отка төзімді кірпіш, тыстамалық тақталар секілді қарапайым бұйымдар құрғақ майда массадан ныгыздалып жасалады. Күйдіру температурасы жоғарылаған сайын керамика қүрылымы тығыздалып, беріктігі артып, қуыстары азая түседі. Күйдіру температурасы массаның қүрамына, алынатын бұйым түріне және қасиеттеріне қойылатын талаптарға байланысты 900°С-тан (күрылыс кышы) 2000°С-ка (отқа төзімді материалдар) дейін, ал күйдіру мерзімі 2-3 сағаттан бірнеше тәулікке дейін жетеді.
Керамикалық өнеркәсіпте қолданатын негізгі шикі заттар - саздар мен каолиндер. Дегенмен, металлургия, электротехника, радиотехника өндірістерінде қолданатын аспаптар жасау қажеттігі және т.б. өндірістерінің қатандау және жеке талаптары таза тотықтар, карбидтер, нитридтер, боридтер және т.б. с.с. қосындылар негізінде отқа тұрақты, электрайырушы және т.б. техникалық керамика материалдарын өндіруге себепкер болды. Олардың кейбіреулерінің балку температурасы 3500-4000° С дейін жетеді.
Әсіресе, металл мен керамикадан түратын керамет деп аталатын бұйымдарының практикалық маңызы орасан зор. Ауыспалы құрамдағы отқа берік материалдар тамаша қасиеттері бойынша теңі жок қазіргі өндірістерде қолданатын жаңа материалдар өкілі. Бұл материалдардың бір беті киын балқитын таза металдан түрады да, екінші беті - отқа берік керамикалық материалдардан, мысалы, бериллий оксидінен жасалынады. Осы аталған екі қабат аралығындағы материалдар құрамы кілт өзгермей біртіндеп жұмсақ өзгеретіндіктен, материалдардың жылулық соқкыға тұрақтылығы басым болады.
Көптеген техникалық керамика материалдарының қасиеттері саздан және каолиннен жасалынған бұйымдардың қасиеттерінен мүлде басқаша. Сондыктан, барлық керамикалық материалдар мен бұйымдарды бірлестіретін белгі ретінде оларды жоғарғы температурада күйдіріліп алынуын және өндірісте ұқсас технологиялық тәсілдері (шикізаттарды өндеу және керамикалық массаны дайындау, материалдарды қалыптау, кептіру және күйдіру) қолдануын айтуға болады.
Керамикалық материалдарды және бұйымдарды әшекейлеу үшін және оларды сыртқы әсерлерден қорғап мәңгілігін қамтамасыз ету мақсатымен беті ангоббен немесе глазурьмен сырлайды. Бұйымдарды әшекейлеу керамикалық бояуларды жағу арқылы орындайды. Отқа төзімді керамикалық жамылтқы металдарды тотығудан және жоғары температура әсерінен қорғайды.
Керамика бұйымдарының пайдаланулық және көркемдік-әшекейлік тамаша сапалары оларды тек кана құрылыста ғана емес, техника мен тұрмыста да кен қолданылуына арқа болды. Сонымен керамиканы құрылыстық, техникалық және тұрмыстық деп те ажыратуға болады.
Керамикалық кұрылыс материалдары мен бұйымдары арналулары бойынша былайша топталынады: қабырғалык материалдар-кәдімгі құрылыс кірпіші, қуыс денелі кірпіш және тас, кеуекті және жеңіл кірпіш керамикалық кірпіштен және тастан жасалған қабырғалық блоктар мен панельдер үй фасадын (үй қас мандайын) қаптаушы материалдар мен бұйымдар - беттік кірпіш және тастар, табакшалар іштей қаптаушы керамика материалдары - кабырғалар және едендер үшін табақтар мен санитарлық-техникалық бұйымдар, жол және жерасты коммуникациясы үшін - жол кірпіщтері, құбырлар, жылу айырушы материалдары - жеңіл кірпіш және фасонды бұйымдар, қышқылға төзімді керамика - кірпіш, табақшалар, күбыр және т.б. отқа төзімді керамикалық материалдар және толтырушылар - түрлі керамикалық бұйымдар, керамзит, аглопорит, перлит, вермикуллит және т.б.
15 дәріс тақырыбы. Металл емес материалдар, оларды алу және өңдеу технологиясы
Металл емес полимерлі материалдарга — органикалық синтезделген материалдар: полимерлер, полиэтилен және полипропилен, резенке мен каучук, силикатты шынылар сияқты материалдар жатады.
Полимерлік материалдардың классификациясы. Полимерлер пластмассаның негізі болып табылады. Полимерлер деп біршама жоғары молекулалык массалары (молекулалык салмағы) 10 мыңнан кем емес, молекулалары атомдардың бірыңғай топтарынан звено түрінде пайда болптміі заттарды атайды. Әрбір звено бастапқы төмен молекулалык зат - мономердің молекулаларының өзгеруі болып табылады. Звенолар полимерлерді алу процесінде біртіндеп бір-бірімен қосылып, үзын сызықты тізбекті молекулалар жасай отырып түзіледі.
Полимердің атауындағы сөз түбірі бастапқы затты (полиэтилен, полистирол және басқа) немесе атомдар тобының сипатын (полиамид және баска) білдіреді. Егер макромолекулалар әртүрлі атом звеноларына бірігетін болса, онда полимер өскін полимер деп аталады. Өскін полимерлену балқыған денедегі қоспаларға тән қорытпалардағы легірлеу тақылеттес және материалдардың қасиеттерін өзгертеді.
Молекулалар арасындағы байланыстын түрлеріне қарай полимерлер термопластикалық жэне термореактивтік болып бөлінеді.
Термопластикалық полимерлер деп қыздырған кезде бірнеше рет жұмсара алатын және салкындағанда қасиеттерін өзгертпей катая алатын полимерлерді атайды. Бүл полимерлердің молекулаларының арасында Ван-дер-Ваальстің әлсіз күштері әсер етеді және онда химиялык байланыс болмайды.
Термореактивтік полимерлер деп қыздырған кезде (сондай-ақ басқа да себептермен) сызықты молекулалар арасында химиялык байланыстар пайда болған шақта балқымайтын қатты және бұзылмайтын затка айналатын полимерді атайды. Сызықты молекулалардың химиялық байланыстармен қосылуын қатаю деп атайды. Қатаюға дейін термореактивтік полимер қыздырған кезде термопластикалық полимер сияқты жұмсарады. Қатайғаннан кейін ол қатты және балқымайтын күйде қалады. Енді молекулалар арасында берік химиялық байланыстар болады.
Толтырғышты 40-70% (массасы бойынша) мөлшері механикалық қасиеттерін арттыру, құнын арзандатту және басқа касиеттерін өзгерту үшін қосады. Толтырғыштар дегеніміз - ұнтақ (ағаш үны, күйе, слюда, SiO2, тальк, TiO2, графит), талшық (мақта-мата, шыны, асбест, полимер), табақша (қағаз, әртүрлі талшықтардан жасалған кездемелер, ағаш шпоны) түріндегі органикалык немесе органикалық емес заттар.
Стабилизаторлар - ескірмеу үшін бірнеше процент мөлшерінде еңгізілетін әртүрлі органикалық заттар, ол заттың қасиеттерін тұрақтандырып, пайдалану мерзімін ұзартады. Ескірту дегеніміз - пластмасса қасиеттерінің қоршаган ортаның әсерінен қайта қалпына келмейтіндей болып өзгеруі. Ескірудің негізіне полимер молекулаларының кұрылысының өзгеруі жатады.
Пластификаторларды заттың морт сыңғыштығын азайту және формасын жақсарту үшін 10-20% мөлшерінде қосады. Пластификаторлар деп молекулааралық өзара ықпалды азайтатын және полимерлермен жақсы үйлесеетіи заттарды атайды. Пластификаторлар ретінде эфирлер жиі қолданылады, ал кейбір кездерде иілгіш молекулалары бар полимерлер де пайдалынады.
Қатайтқыштарды полимерлік молекулалардың химиялык байланыстарын біріктіру үшін бірнеше процент мөлшеріне реактопластқа қосады. Нәтижесінде кеңістіктік молекулалық тор пайда болады (тор көзді құрылым), ал қатайтқыштың молекулалары бұл тордың бір бөлігіне айналады. Қатайтқыштар ретінде күкірт (каучуктерде), органикалық тотықтар және басқа қосылыстар қолданылады.
Арнаулы қоспалар - майлар, бояулар, статистикалық заттарды азайтуға, жанғыштығын бәсендетуге, көгеріп безеңденуден қорғауға жұмсалатын қоспалар, қатаюды тездеткіш және баяулатқыштар және басқалар, олар белгілі бір қасиеттерді өзгерту немесе күшейту үшін қызмет етеді.
Пластмассаның классификацшсы. Пластмассаларды топтастырудың негізі полимерлердің химиялык құрамы болып табылады. Олар полимерге байланысты фенолформальдегидті (фенопластар), эпоксидті, полиэфирлі, полиамидті, полиуретанды, стиролды және басқа да пластмассаларға бөлінеді. Химиялық құрамдары ұқсас пластмассалар тобында термопластикалық және термореактивтік заттардың, катты және резина тәріздес пластмассалардың басқа түрлері болуы мүмкін. Пластмассалар қоспалар құрамына қатынасына қарай жай және күрделі болып бөлінеді. Жай пластмассалар - қоспасыз таза полимерлер. Олар жоғарғы электрлік касиеттерімен, мөлдірілігімен және бұйымды өңдеу үшін ыңғайлылығымен ерекшеленеді. Күрделі пластмассалар - әртүрлі қоспалар араласқан полимердің қоспасы. Олар берік, арзан және пластмассаларга қарағанда қасиеттері де әр алуан болып келеді. Олардың қасиеттері полимердің қасиеттерімен және құрамындағы басқа да заттардың қасиеттері мен молшеріне қарап анықталады.
Толықтырғыштары жоқ пластмассалар толықтырылматған, ал толықтырғыштары бар пластмассалар толтырылған деп аталады. Толықтырғыштарының түріне қарай пластмассалар пресс-үнтақты, талшықты және қатпарлы пластиктер болып болінеді. Пресс-ұнтақтарда ұнтақты толықтырғыштар, талшықтыда - талшықтар, ал қатпарлы толықтырғыштарда - табақша тәрізді толықтырғыштар пайдаланылады. Кеуекті пластмассалар поропластар немесе пенопластар деп аталады.
Пластмассалар сортаменті және оларды өңдеу пластмассаларды ұнтақ, түйіршік; таблетка; полимерлермен қаныққан толтырғыш талшықтар түрінде; жартылай фабрикат - пленка, табақша, плита, сырық, құбырлар мен блоктар, сондай-ақ талшықтар түрінде де өндіреді. Кейбір реактопластар (полиэфир, эпоксид, полиуретан және басқалары) сұйық зат түрінде шығарылады, олар тек қолданылардың алдында ғана араластырылады. Сұйық қоспалар қаныққаи толтырғыштар үшін, желімдеу үшін, металдарға жамылғы жасау үшін ыңғайлы.
Каучук және резина
Жасанды каучук алу. Каучук жасанды және табиғи каучук болып екіге болінеді. Жасанды каучук алу жолдарын қарастырайық. Табиғи каучук өскелен өндіріс мұқтажын қанағаттандыра алмайды. Себебі табиғи каучук алынатын өсімдіктер каучукты аз береді және олар барлық жерінде осе бермейді.
1835 жылы неміс химигі Химли каучукты құрғақ айдау әдісімен оны құраушыларына жіктеп, изопренді (С5Н8) алды. Соңғы зерттеулердің нәтижесінде каучук мономер изопреннің полимері екендігі анықталады. Полимер дегеніміз жай қосылыстың біртектес молекулаларынан құралған көп молекулалы зат. Жай молекулалы заттар белгілі температура мен қысымда бірігіп (полимерленіп) күрделі молекула түзеді.
Жасанды каучукты, этил, метил спирттері, мұнай, табиғи газ, бутадиен және бутадиен туындылары мен стирол, изобутилен сияқты органикалық заттарды полимерлеу арқылы алады.
Елімізде жасанды каучук көбінесе дивинилден алынады. Дивинил торф, ағаш сияқты органикалық заттардан алынатын спирттерден өңдіріледі. Дивинил - қалыпты жағдайда иісі бар, қатаю температурасы 4,5°С, полимерлеу нәтижесінде каучукке айналатын газ. Техникада жасанды каучуктың мына түрлері жиі қолданылады:
1) хлопренді каучук - хлорпренді полимерлеу аркылы алынады. Бүл каучук химиялық төзімділігі атмосфера, температураға беріктік жағынан табиғи каучуктен асып түседі, кемшілігі металдарды тотықтырады және диэлектрлік қасиеті нашар;
2) натрий-бутадиен каучугін бутадиенді полимерлеу аркылы алғаш рет 1934 жылы Лебедев алды. Бутадиен этил спиртінен алынады. Бүл каучуктен жасалған резеңке - 40°С температурада қасиеттерін сақтай алады;
3) силиконды каучуктер кремний-органикалық қосылыстардан алынады. Бұл каучук негізінде жасалған резеңке (- 60°С) - (+250°С) температура аралығында өз касиеттерін өзгертіп жұмыс істей алады.
Резина алу. Каучуктың физикалық-механикалык қасиеттері нашар болғандықтан одан тікелей бұйымдар жасауға болмайды. Каучукке әртүрлі қасиеттер беретін заттар (ингредиенттер) қосып вулканизациялау аркылы оны резинаға айналдырады. Резина - ингредиенттер қосылып, вулканизацияланған каучук. Резинаныңң құрамында оның түріне байланысты 5%-дан 92 %-ға дейін каучук болады. Резина жасау үшін каучукке мынадай заттар қосылады:
• Вулканизацияланатын заттар ретінде күкірт, натрий, дилазаминобензол, күкіртті сутегі, күкірттің қос тотығы сияқты заттар. Каучуктың құрамындағы күкірттің молшерін өзгерту аркылы жұмсақтығы әртүрлі резина алуға болады. Күкірттің каучуктегі молшері 25%-ға жеткенде каучук қатайып эбонитке айналады. Резинаның құрамында күкірт мөлшері 1,5-5% шамасында болады. Вулканизациялау процесі ыстық, суық күйде газбен жүргізіледі. Жуан қабырғалы резина бұйымдарын вулканизациялау процесі арнаулы аппаратта 120-150°С температурада жүргізіледі. Суық күйде вулканизациялау процесінде резина, 0,5-3 минут жарты хлорлы күкірттің бензиндегі ерітіндісіне батырылады, ал газбен вулканизациялау үшін резинаны шамалы уакыт күкіртті газ (S02), күкірті сутегі (Н2S) газдарында ұстайды. Суық күйде және газбен вулкаиизациялау әдістері жұқа қабырғалы резина бұйымдары үшін қолданылады.
• Катализатор (вулканизацияны тездеткіш) ретінде тиурамдар (диметиламинның туындылары), ксантогенаттар сияқты органикалық заттар мен кейбір металдардың (РЬ, Zп)тотықтары қолданылады. Бұлзаттар каучукке 0,5-5% мөлшерде вулканизациялау температурасын төмендету және процесті тездету үшін қосылады.
• Толтырғыш және күшейткіш заттар резинаның өзіндік құнын кеміту және физикалык-механикалық қасиеттерін (беріктік шегі, үйкеліске беріктігі т.б.) жақсарту үшін қосылады. Бұл заттар резинаның механикалық қасиеттерін арттыратын белсенді (көмір қышқыл марганец) және резинаның өзіндік құнын кемітетін заттар (баяу бор, борит, тальк) болып екіге болінеді.
• Пластификатор (жұмсартқыш) ретінде резинаның кұрамына 2-5% стеарин, парафин, амин қышқылдары қосылады. Бұл заттар резина қоспасын жұмсартып оның араласуын жеңілдету және суыққа төзімділігін арттыру үшін қосылады.
• Бояу ретінде ультрамарин, охра косылады. Бояғыш заттар резинаның түсін өзгертеді.
• Регенерат ретінде істен шыққан ескі резина бұйымдары қосылады. Регенерат резинаның өзіндік қүның кемітіп, пластикалық қасиетін арттырады.
Силикаттық материалдар '
Шынының құрылысы, қасиеттері және қолданылуы Шыны - тотықтар қорытпасының қатаюы кезінде алынатын макроскопты біртекті аморфты зат SiO2, АΙ2О3, Ва2О3, Fe2О3 тотықгарының шыны түзіледі. Шының балку температурасын төмендету және шыны түзетін тотықтарға қажетті қасиеттер алу үшін тотықтарға сілті тотықтары мен Ме2О және МеО түріндегі сілтілі жер металдарды және басқаларын үстемелейді.
Құрамына қарай шыны силикатты, алюмосиликатты, боросиликатты және алюмоборосиликатты және басқа да шыны түзетін тотықтарға қатынасына қарай бөлінеді. Сондай-ақ шыны сілтілі, ВаО және РbО ауыр металдарыныц тотықгары бар сілтілі шыны, сілтісіз (құрамында сілті тотыктары 2% - дан көп емес) шыны болып бөлінеді. Оттегісі мүлдем жоқ халькогенидті шыны айрыкша топ болып саналады. (Халькогенидтер - металдардың күкіртпен, селен және теллурмен қосылуы).
Техникалық шыны қызметі жағынан табақша, оптикалық, электротехникалык, қиын балқитын, жеңіл балқитын, арнаулы шынылар болып бөлінеді. Оптикалық шыны жоғарғы біртектілігімен және мөлдірлігімеи ерекшеленеді. Электромеханикалық шыны сілтілі иондардың қозғалыштығын бәсендететін СаО, РbО, ВаОқоспаларына байланысты диэлектриктік шығындарының азаятындығымен ерекшеленеді. Кварцты шынының кұрылысы өте карапайым. Ол төбелері бір торда қосылған тетраэдрлерден (SiO4)тұрады. Кремний мен оттегінің арасындағы байланыс берік, сондықтан шынының қызған кездегі үлғаюы болмашы болады. 1700°С- тан жоғары температурада балқиды және балқығаннан кейін тұтқыр әрі нашар қалыпқа енеді. Тетраэдрлер арасындағы ұяшықтар едәуір үлкен болады, қызған кезде олар ұлғаяды да шынының вакуумдық тығыздығын жоғалтады, 150°С - тан жоғары температурада ол гелий, 300°С-дан жоғарыда сутегі, ал 800°С - тан жоғары температурада ауа өткізеді.
Ситалдар дегеніміз - шыныдан бақылауға болатын кристалдану нәтижесінде алынған шыны кристалдық материалдар. Ситалдардын салмағының жеңілдігі, каттылығы, беріктігі мен тозуға төзімділігі диэлектриктік қасиеттерімен, әрекетті ортадағы төзімділігімен және бұйымды өңдеуде жеңілдігімен үлеседі. Қасиеттерінің кешені және олардың өзгеру мүмкіндігі бойынша ситалдар тек диэлектриктерге - шыныларға, керамикаға және пластмассаларға ғана емес, сондай-ак металдык қорытпаларға да жол бермейді.
Ситалдар екі топқа - термоситалдар және фотоситалдарға болінеді. Термоситалдарда орталықтар сілтілерді, сульфидтерді, фторидтерді үстемелеп күйдіру нәтижесінде қалыпқа келеді. 2-ден 20%-ға дейін мөлшерде ТiO2 өте көп қолданылады. Орталықтардың тығыздығы жоғары және біртекті болып алынады. Фотоситалдарда орталықтар бұйымды ультракүлгін жарықпен сәулелендіру және күйдіру нәтижесінде калыпка келтіріледі. Бұл материалдарды қосылыстардың, күмістің, алтынның (металдарда 0,01-0,001% есебінде) аз мөлшердегі қоспалары пайдаланылады.
Ситалдардың қасиеті: тығыздығы 2,3-2,8г/см3 тең, ал қүрамында РbО мен ВаО болса, онда 6г/см3 дейін артады. Ситалдар - кеуек емес, газ өткізбейтін, қатты және морт материал. Серпімділік модулі 9-14-106 МПа тең болады және қаттылығы жағынан ситалдар магний, алюминий, титан қорытпаларынан да асып түседі. Ситалдар шыны мен керамиканын көптеген түрлерінен берік келеді, иіп сынау кезінде олардын беріктігінін шегі 500-700 МПа болады. Ең берігі - кремнезді ситал, ал ең осалы - қүйма ситалл.
Ситалдарды қолдану әсіресе тозу жағдайына, абразивтер мен әрекетті ортаның әсеріне айрықша қажет. α мәні бар болаттан сәл артық α мәні бар ситалдар эмальдау үшін пайдаланылады.
