Кіріспе

Екі металл бөлігін жоғары температураға қыздырып, содан кейін бірге соғу арқылы қосатын форж дәнекерлеу (FOW), сондай-ақ отпен дәнекерлеу – бұл қатты күйдегі дәнекерлеу процесі. Ол екі металл бөлігін жоғары температураға қыздырып, оларды бірге соғумен қатар, металдарды престер немесе басқа құралдармен қыздырып, бірге қысып, дәнекерлеу беттерінде пластикалық деформация тудыратын жеткілікті күш жасаудан тұрады. Бұл процесс қиын болғанымен, ежелгі заманнан бері металдарды біріктірудің әдісі ретінде қолданылып келеді және дәстүрлі ұсталық шеберліктің маңызды бөлігі болып табылады. Форж дәнекерлеуге ұқсас және әртүрлі металдарды біріктіруге болады. Өнеркәсіптік революция кезінде электрлік және газдық дәнекерлеу әдістерінің пайда болуымен қолмен форж дәнекерлеу көбінесе тоқтатылды, бірақ автоматтандырылған форж дәнекерлеу өндірісте кеңінен қолданылады.

Кіріспе

Қалқанмен дәнекерлеу – металдарды белгілі бір температурадан жоғары қыздырып, дәнекерлеу беттерінің деформациясын тудыратын, жеткілікті қысыммен біріктіру процесі, нәтижесінде металдардың атомдары арасында металл байланысы құрылады. Қажетті қысымның шамасы температураға, беріктікке және қорытпаның қаттылығына байланысты өзгереді. Қалқанмен дәнекерлеу – дәнекерлеудің ең ежелгі техникасы, ол көне заманнан бері қолданылып келеді. Дәнекерлеу процестерін жалпы екі категорияға бөлуге болады: қою және диффузиялық дәнекерлеу. Қою дәнекерлеуде металдардың дәнекерлеу интерфейсіндегі жергілікті балқу жүзеге асады және электрлік немесе газдық дәнекерлеу техникаларында көп кездеседі. Бұл үшін металдың балқу температурасынан әлдеқайда жоғары температура талап етіледі, себебі жылу дәнекерден тарап кетпес бұрын жергілікті балқуды тудыру керек, көбінесе дәнекердің жоғары беттік кернеуіне байланысты дәнекердің бөлінуін болдырмау үшін қосымша металл қолданылады. Диффузиялық дәнекерлеу металдарды ерітпей біріктіруден тұрады, беттерді қатты күйде дәнекерлейді. Диффузиялық дәнекерлеуде жылу көзі көбінесе металдың балқу температурасынан төмен болады, бұл жылудың біркелкі таралуына мүмкіндік береді, соның салдарынан дәнекердегі жылулық кернеу төмендейді. Бұл әдісте қосымша металл әдетте қолданылмайды, дәнекерлеу металдардың арасында тікелей дәнекерлеу интерфейсінде жүзеге асырылады. Мұнда салқын дәнекерлеу, жарылыс дәнекерлеу және қалқанмен дәнекерлеу сияқты әдістер кіреді. Басқа диффузиялық әдістерден айырмашылығы, қалқанмен дәнекерлеуде металдарды біріктіру алдында жоғары температураға дейін қыздырады, бұл дәнекерлеу беттерінде пластикалық деформацияның артуына әкеледі. Бұл, әдетте, мыс немесе алюминий сияқты жұмсақ металдарда орындалатын салқын диффузиялық әдістерге қарағанда қалқанмен дәнекерлеуді көбірек әмбебап етеді. Қалқанмен дәнекерлеу кезінде дәнекерлеу аймақтары біркелкі қыздырылады. Қалқанмен дәнекерлеуді болат және титан сияқты көптеген қатты металдар мен қорытпаларды дәнекерлеу үшін қолдануға болады.

Тарих

Металдарды біріктіру тарихы қола дәуіріне дейін барып жетеді, онда әртүрлі қаттылықтағы қолалар көбінесе құю арқылы біріктірілді. Бұл әдіс қатты бөлшекті қалыпқа салынған балқыған металға орналастырып, екі металдың да толық балқымауын қамтамасыз ететін, кейін қатып қалу процесін қамтитын. Мысалы, қылыш жүзігін сабына немесе жебе ұшының тілігін ұшына қосу. Желімдеу және дәнекерлеу де қола дәуірінде жиі қолданылды. Дәнекерлеу (диффузия арқылы екі қатты бөлшекті біріктіру) темірмен бірге басталды. Алғашқы дәнекерлеу процесі – адамдар темір кенінен темір балқытуды үйренген кезде пайда болды, шамамен б.з.д. 1800 жылдары, Анатолияда (Түркия). Көне адамдар темірді толық балқытуға жеткілікті температураны жасауға шамалары келмеді, сондықтан темір балқыту үшін қолданылатын блюмерия процесі, шлак пен басқа да қоспалармен араласқан темір ұнтақтарының жиынтығын (губка темір) өндірді, оның кеуектілігіне байланысты оны губка темір деп атады. Балқытудан кейін, губка темірді дәнекерлеу температурасынан жоғары қыздырып, соққыға түсіру қажет болды. Бұл ауа көпіршіктерін сығып шығарып, шлакты ерітіп, темір ұнтақтарын тығыз байланысқа келтіріп, қатты блок (билет) құрады. Археологтар б.з.д. 1000 жылға дейінгі дәнекерлеу іздері бар, темірден жасалған көптеген заттарды тапты. Темір көбінесе шағын мөлшерде өндірілгендіктен, Дели бағанасы сияқты үлкен объектілерді кішігірім балғалардан дәнекерлеу қажет болды. Қақпа дәнекерлеу тәжірибе мен қателік әдісінен өркендеп, ғасырлар бойы жетілдірілді. Көне металдардың сапасы нашар болғандықтан, ол көбінесе композиттік болаттар жасау үшін қолданылды, деформацияға төтеп беретін, бірақ оңай сындыратын жоғары көміртекті болаттарды, сынғанға төтеп беретін, бірақ оңай бүгілетін төмен көміртекті болаттармен біріктіру арқылы, бір қорытпадан жасалғаннан гөрі артық беріктік пен мықтылыққа ие затты жасады. Бұл өрнекті дәнекерлеу әдісі б.з.д. 700 жыл шамасында пайда болды және негізінен семсерлер сияқты қару жасау үшін қолданылды; ең танымал мысалдары – Дамаск, жапон және Меровингтерде жасалғандары. Бұл процесс құралдар жасауда да жиі қолданылды, мыс қалауы бар темір соқалардан бастап, темір кескіштерінің кесу беттеріне болат қосылғандарына дейін. Мыс, қола және латунь сияқты металдарды қақпа дәнекерлеу оңай емес. Мыс негізіндегі қорытпаларды қақпа дәнекерлеуге болады, бірақ мыстың қыздыру кезінде оттегіні сіңіруге бейімділігіне байланысты бұл көбінесе қиынға соғады. Мыс және оның қорытпалары көбінесе суық дәнекерлеу, жарылыс дәнекерлеу немесе басқа да қысыммен дәнекерлеу әдістерімен жақсы біріктіріледі. Темір немесе болатта, мыстың тіпті шағын мөлшерде болуы қорытпаның қақпа дәнекерлеу қабілетін күрт төмендетеді. Титан қорытпалары көбінесе қақпа дәнекерлеу арқылы жасалады. Титанның балқыған кезде оттегіні сіңіруге бейімділігіне байланысты, қатты күйдегі диффузиялық байланыс, металл сұйытылған дәнекерлеуге қарағанда мықтырақ болады. Ұқсас материалдарды қақпа дәнекерлеу қатты күйдегі диффузия нәтижесінде пайда болады. Бұл тек дәнекерленген материалдардан тұратын, ешқандай толтырғыштар мен аралық материалдарсыз дәнекерлеуге әкеледі. Әртүрлі материалдарды қақпа дәнекерлеу материалдар арасында төмен балқу температурасы бар эвтектиканың пайда болуына байланысты болады. Осының салдарынан дәнекерлеу жеке металдардан мықтырақ болады.

Процестер

Ең танымал және ең көне балқыту дәнекерлеу әдісі – қолмен соғу әдісі. Қолмен соғу металды қажетті температураға дейін қыздыру, флюспен жабу, дәнекерленетін беттерді жапсыру және содан кейін қолдағы балғамен біріктіруді қайталап соғу арқылы жасалады. Біріктіру жиегінде флюс ағуы үшін, беттерді сәл қисайту немесе дөңгелектеу жасалады, ал флюсты сығып шығару үшін біртіндеп сыртқа қарай соққылар жасалады. Балғаның соққылары пішіндеуге қолданылатын соққылардан әлсіз болады, бұл флюстың бірінші соққыда біріктіруден шашырап кетуіне жол бермейді. Механикалық балғалар ойда келген кезде, металды қыздырып, оны механикалық балға мен деміреуіштің арасына қойып, дәнекерлеуді орындауға болады. Алғашқыда су арқылы қоздырылатын механикалық балғалар қазір қысылған ауа, электр энергиясы, бу, газ қозғалтқыштары және тағы да басқа түрлі тәсілдермен жұмыс істей алады. Тағы бір әдіс – металл бөліктерін қыздырып, оларды қалыпқа салу арқылы дәнекерлеу, онда қалып дәнекерлеу үшін қажетті қысымды жасап, біріктірудің түпкілікті пішінін сақтайды. Роликті дәнекерлеу – тағы бір балқыту дәнекерлеу процесі, онда қыздырылған металдар бір-біріне жабысып, жоғары қысыммен роликтерден өткізіледі. Қазіргі заманғы балқыту дәнекерлеу көбінесе автоматтандырылған, компьютерлер, машиналар және күрделі гидравликалық престерді пайдалану арқылы түрлі қоспалардан түрлі өнімдер жасалады. Мысалы, болат құбырлар өндіріс процесінде жиі балқыту дәнекерлеу арқылы жасалады. Жазық материал қыздырылып, арнайы пішінделген роликтер арқылы өткізіледі, олар болаттан түтік жасап, бір мезгілде жиектерін үздіксіз тігіспен дәнекерлеу үшін қысым жасайды. Диффузиялық байланыс – әуе-ғарыш өнеркәсібінде титан қорытпаларын балқыту дәнекерлеудің кең таралған әдісі. Бұл процесте металл престе немесе қалыпта қыздырылады. Қорытпаға байланысты өзгеретін белгілі бір температураға жеткен кезде, қоспалар жанып, беттер біріктіріледі. Басқа әдістерге флэш- және соққылы дәнекерлеу жатады. Бұл кедергілі балқыту дәнекерлеу техникалары, онда прес немесе қалып электрлендіріліп, қорытпа арқылы жоғары ток өткізіледі, бұл дәнекерлеу үшін қажетті жылуды тудырады. Қорғанышпен жабдықталған белсенді газды балқыту дәнекерлеу – оттегімен реакцияға түсетін ортада, сутек газы мен индукциялық қыздыруды қолдана отырып, оксидтерді жағу арқылы балқыту дәнекерлеу процесі.

Температура

Темір, әр түрлі болаттар, тіпті құйма темір де, егер олардың көміртегінің мөлшері дәнекерлеу ауқымдарының шамалас болса, бір-бірімен дәнекерлеуге болады. Таза темірді ақшыл қызғанда пісіруге болады; ал 2,0% көміртегі бар болатты, қызғылт сары түсті болғанда, аралық және аралықта пісіруге болады. 0,2-ден 0,8% көміртегі бар әдеттегі болатты әдетте жарқын сары қызуда пісіреді. Қалқандап дәнекерлеудің басты шарты – екі дәнекерленетін бет те бірдей температураға дейін қыздырылып, суымай тұрып дәнекерленуі керек. Болат қажетті температураға жеткенде, ол өте оңай дәнекерленеді, сондықтан сол температураға дейін қыздырылған жұқа таяқ немесе шеге бірінші тигенде жабысып қалады, оны босату үшін бүгіліп немесе бұралау қажет. Металды қатты тотығудан (жанудан) ұшқын шығаратынша қыздырмауға болмайды, әйтпесе дәнекерлеу нашар болып, сынғыш болады.

Көміртегіден тазарту

Болат аустендету температурасына дейін қыздырылғанда, көміртек темірдің ішінде тарала бастайды. Температура жоғарылаған сайын, диффузия жылдамдығы артады. Мұндай жоғары температурада көміртек оттекпен оңай қосылып, көмірқышқыл газын түзетін болғандықтан, көміртек болаттан шығып, қоршаған ауаға тарап кетеді. Соның салдарынан, ұстаның жұмысы аяқталған кезде болаттың көміртек мөлшері қыздыру алдындағыдан кем болады. Сондықтан, болаттың тым жұмсақ болмауы үшін, декарбуризацияны азайту мақсатында, көптеген ұсталық жұмыстар мүмкіндігінше жылдам орындалады. Дайын өнімде қажетті қаттылықты алу үшін, ұста көбінесе қалағаннан артық көміртек мөлшері бар болатты пайдаланады. Ежелгі заманда, көбінесе болатты өңдеу, қалыпты пайдалану үшін көміртек мөлшері тым жоғары болаттан басталатын. Көне замандағы металл қосылысының көп бөлігі гиперэвтектоидты болаттан жасалған, оның көміртек мөлшері кейде 1,0% жоғары болған. Гиперэвтектоидты болаттар әдетте дайын өнімде пайдалануға тым қатаң болады, бірақ өңдеу процесінің соңында болаттың көміртек мөлшері әдетте 0,8% (эвтектоидты құралдық болат) және 0,5% (гипоэвтектоидты серіппелік болат) аралығында болады.

Қолданбалар

Қалқанды дәнекерлеу тарихы бойында болат пен темірден жасалған кез келген затты жасау үшін қолданылып келген. Ол құралдар, шаруашылық құрал-жабдықтары, ыдыс-аяқтардан бастап, қоршаулар, қақпалар және түрме жасушалары сияқты түрлі бұйымдарда қолданылды. Өнеркәсіптік революцияның алғашқы кезеңдерінде, қорыту дәнекерлеуі енгізілгенге дейін, қазандықтар мен қысымға төзімді ыдыстарды жасауда кеңінен қолданылды. Орта ғасырларда қару-жарақ және зәрхана жасау үшін жиі пайдаланылды. Қалқанды дәнекерлеудің ең танымал қолданыстарының бірі – өрнекті дәнекерленген жарақтарды жасау. Осы процесте темірші болаттан бір бөлікті қайталап созып, бүктеп, өзімен-өзі дәнекерлейді. Тағы бір қолданысы – оқ атар қарудың ұңғыларын жасау. Металл сымдар мандрелге оралып, содан соң жұқа, тегіс және берік ұңғыға айналдырылатын. Кейде, қазған дәнекерленген заттарға қышқылмен әсер етіп, металдың жасырын өрнегін ашып көрсетеді, ол әр затқа тән және эстетикалық тартымдылық береді. Әртүрлілігіне қарамастан, қазғышпен дәнекерлеудің көптеген шектеулері болды. Басты шектеу – қазғышпен дәнекерлеуге болатын заттардың көлемі. Ірі заттарға үлкен жылу көзі қажет болды, ал көлемі салқындап кетпес бұрын қолмен дәнекерлеу мүмкіндігін азайтты. Болат плиталар немесе арқалықтар сияқты үлкен заттарды дәнекерлеу мүмкін болмады немесе кемінде өте қиын болды, олар қорыту дәнекерлеуі ойлап табылғанға дейін бұрау арқылы бекітілуі керек еді. Кейбір жағдайларда, қорыту дәнекерлеуі қазандықтарды құрылысындай мықтырақ дәнекерлеуді қамтамасыз етті.

Ағымы

Қалқанды дәнекерлеу үшін дәнекерлеу беттерінің өте таза болуы қажет, әйтпесе металл дұрыс біріспейді немесе мүлдем біріспейді. Оксидтер бетінде түзіледі, ал фосфор және күкірт сияқты қоспалар бетке жиналады. Көбінесе флюс дәнекерлеу беттерін тотығудан қорғау үшін қолданылады, бұл нашар сапалы дәнекерлеуге әкеледі және металдан басқа қоспаларды шығаруға көмектеседі. Флюс оксидтермен араласып, олардың балқу температурасын және тұтқырлығын төмендетеді. Бұл екі бөлікті бір-біріне соққанда оксидтердің қосылған жерден шығып кетуіне мүмкіндік береді. Қарапайым флюс боракстан жасалуы мүмкін, кейде оған ұнтақталған темір ұнтағы қосылады. Қалқанды дәнекерлеу үшін қолданылған ең көне флюс – ұсақ кремний құмы. Темір немесе болат, оттың көміріндегі тотықсыздандыру ортасында қыздырылады. Оттегізсіз, металл бетінде устьит деп аталатын темір оксидінің қабаты түзіледі. Металл жеткілікті түрде қызған кезде, бірақ дәнекерлеу температурасынан төмен болса, шебер металлға құм сеуіп, оны дәнекерлейді. Құмдағы кремний устьитпен әрекеттесіп, фаялит түзеді, ол дәнекерлеу температурасынан төмен балқиды. Бұл өте тиімді флюс тудырады, ол берік дәнекерлеуге көмектеседі. Флюс-тың алғашқы үлгілері әртүрлі комбинацияларды және әртүрлі мөлшердегі темір тотығыштарын, бораксты, аммиак тұзын, копайба бальзамын, калий цианиді және сода фосфатын қолданды. 1920 жылғы Scientific American фактілер мен формулалар кітабында жиі ұсынылатын сауда құпиясы – мыс күкірті, селитра, ас тұзы, манганың қара оксиді, калий пруссиаты және «жақсы дәнекерлеу құмы» (силикат) екендігі көрсетілген.