Металтану және термиялық өндеу

шойыннан құралған шойын.

Шойын құрамына 2,8...3,6% көміртек және аздаған мөлшерде 0,5...0,8% кремний болуы

қажет. Беттік қаттылығы жоғары (950...1000 НВ) және тозуға төзімділігі жоғары болады.

Прокатты валдар, вагон дөңгелектерін, шарлы диірмендерге шарлар жасау үшін

қолданылады. Қайрақты тозу жағдайларында жұмыс істейтін детальдар жасау үшін хроммен,

хром және марганецпен, хром және никельмен легирленген ақ шойын қолданылады. Бұндай

шойын құймалары жоғары төзімділігімен және беріктігімен ерекшеленеді.Жоғары

температурада тозу жағдайында жұмыс істейтін детальдар жасау үшін жоғары хромды және

хром-никельді шойын қолданылады. Ыстыққа төзімділігін жоғарылату үшін бұл шойынды

кремниймен (5...6%), алюминиймен (1...2%) легирлейді. Коррозияға төзімділігі хроммен,

никельмен, кремниймен легирлеу арқылы жоғарлайды. Шойындарға термиялық өңдеуді

қолдануға болады.

Бақылау сұрақтары

1. Шойындардын болаттардан айырмашылығы неде?

2. Графитизация дегеніміз не?

3. Графиттің пайдалы әсерлері?

4. Беріктігі жоғары шойындардың құрамы?

5. Ағартылған шойындардан қандай детальдар жасалады?

6. Шойындардың жіктелуі

7. Сұр шойын қандай өндірісте кеңінен қолданылады?

8. Соғылымды шойын қалай алынады?

9. Ағартылған құймалар құрамы

10. Соғылымды шойынның неше маркалары бар?

Глоссарий

1. Ақ шойын – көміртегі байланысқан түрінде болады, бұзғанда ақ түсті және металдық

жылтыр болып келеді.

2. Сұр шойын – барлық көміртегі және оның көп бөлігі бос күйінде графит түрінде болады,

ал 0,8 % көміртегі байланысқан түрінде болады. Графиттің көп мөлшеріне байланысты оның

сынығы сұр түс береді.

3. Графит – бұл көміртектің полиморфты модификациясы. Графит құрамында 100%

көміртегі болуына байланысты, сұйық фаза және аустенит құрамы бойынша графиттен гөрі

цементитке жақын. Сәйкесінше, цементиттің сұйық фазасының және аустениттің түзілуі

графитке қарағанда жеңіл жүруі керек.

66

4. Ағартылған құймалар – беткі қабаты ақ шойыннан, ал іші сұр немесе жоғары төзімді

шойыннан құралған шойын.

12 Дәріс

Металды термиялық өндеу түрлері. Болатты термиялық өндеудің негізгі

теориялары.

1. Металды термиялық өндеудің түрлері

2. Болатты қыздыру және салқындату кезіндегі құрлымы

3. Негізгі өзгеру механизмдері

4. Перлиттің аустенитке өзгеруы

5. Жай суыту кезіндегі аустениттің перлитке өзгеруы

6. Өзгеру заңдылықтары

7. Арлық өзгеруы

Металды термиялық өндеу түрлері

Қорытпаның құрамы оның құрылымына байланысты. Құрамын өзгерту, сонымен

қатар қасиетін өзгертудің негізгі түрі термиялық өндеу болып табылады. Негізгі термиялық

өндеуді Чернов Д.К. шығарған, әрі қарай Бочвар А.А., Курдюмов Г.В., Гуляевтің

еңбектерінде жетілдірілді.

Қорытпаның ішкі құрылымымен керек қасиетін алу үшін термиялық өндеу сатылап

орындалатын қыздыру және салқындату процестерінің негізі болып табылады(осьте

көрсетілген температура мен уақыт график түрінде көрсетілген, сур. 12,1 )

Сур.12.1.Термиялық өндеудің түрлерінің графигі: жасытудың (1,1а), шынықтыру(2,2а),

жиберу(3),нормальдану(4)

Термиялық өндеу келесі түрге бөлінеді:

1.Жасытудың I -ші типі– барлық металмен қорытпа үшін мүмкін.

Оның өтуі қатты күйдегі фазалық өзгеріске сәйкестірілмеген.

Атомдардың қозғалысын жылдамдатып, бірінші типті. жасытудың қыздыру кезінде,

химиялық біртекті еместілікті толық жояды, ішкі қуатты азайтады.

Негізгі мағынаны қыздыру температурасымен уақыт ұстамдылығы. Мінездемесі болып

жай салқындату табылады.

Бірінші типті жасытудың әртүрлігі бола алалы :

●Дифффузиялық

●Қайыра кристалдану (рекристаллизация)

●Соғылым, пісіру, құюдан кейін күштенуді жою үшін жасытуды қолдану.

67

2.Жасытудың II -ші типі – жасытуда металл және қорытпа қыздыру және салқындату

кезінде қатты фазалық өзгеріске ұшырайды.

Құрамында полиморфты және эвтектоидты өзгеріс және де аралық қатты компоненттердің

араласуы қорытпасы үшін өтеді.

Екінші типті жасытудың құрамын тепе-тендікте және әрі қарай өндеу мақсатында

жүргізіледі.

Жасытудың нәтижесінде дән ұсақталады, пластикалық қасиеті артады, төзімділігімен,

қаттылығы төмендейді.

Температурамен қоса алғанда, критикалық нүктеден жоғарылығы және жай

салқындауымен сипатталады(сур.12.1-1,1а).

3.Қорытпаларға, қатты күйде қыздырғанда және салқындатқанда фазалық өзгеристерге

ұшырайтын, шынықтыру жүргізіледі. Мақсаты- тепе–тендікте емес пайда болған

құрылымдардың (сорбит, троостит мартенсит) қаттылығын және беріктігін арттыру үшін.

Жоғары критикалық нүкте және жоғары жылдамдықпен сипатталады.

4.Жұмсарту – ішкі кернеуді жойып және қаттылығын төмендетіп, шыныққан болаттың

пластикалығын арттыру үшін жүргізіледі.

Төменгі критикалық Ас1 нүктесіне дейін қыздырумен сипатталады(12,1). Салқындату

жылдамдығы маңызды емес. Шыныққан болаттың құрылымындағы теңсіздік дәрежесін

азайту үшін өзгеріс жасалады.

Термиялық өңдеуді алдын ала және соңғыға бөледі.

Алдын ала – металдың құрылымы мен қасиетін дайындау техналогиялық операцияны

қажет етеді.

Соңғы – дайын өнім қасиетін қалыптастырады.

Қыздыру және салқындату кезіндегі болат құрылымының

аққыштығының өзгерісі.

Әрбір термиялық өндеу төрт негізгі комбинациялық өзгеристерден тұрады, осының негізінде

жүйенің минималды бос энергияға ұмтылысы жатыр(сур.12,2)

Сур.12.2.Болаттың құрылымының құрастырушы бос энергияның температурадан

байланысы:аустениттің(FA),мартенситтің(Fм), перлиттің(Fп)

1.Перлиттің аустенитке айналуы (П→А), А1 критикалық нүктесінен жоғары қыздырғанда

болады,аустенит минимальды бос энергиядан тұрады.

Feα(C)+Fe3C→Feγ(C)

2.Аустениттің перлитке айналуы (А→П), А1 нүктесін төмен температурада салқындату

жүргізіледі,минималды бос энергия перлитте болады.

Feγ(C)→FeαC+Fe3(C)

3.Аустениттің мартенситке айналуы жүреді (А→М), тұрақсыз тепе-тендік температурадан

төмен тез салқындату кезінде жүреді.

68

Feγ(C)→Feα(C)

4.Мартенситтің перлитке айналуы (М→П), әр бір температурада жүре береді, себебі

мартенситтің бос энергиясы, перлиттің бос энергиясына қарағанда көп болады.

Feα(C) → Feα(C) + Fe3C

Негізгі өзгеру механизмі

1.Перлиттің аустенитке өзгеруі .

Өзгеруі көміртегінің диффузиясына негізделген, полиморфты өзгеруімен жүргізіледі -Feα

Feγ, сонымен қатар цементиттің аустенитке өтуі.

Процесті зерттеу үшін аустениттің изотермиялық құрылуы мен диаграмма құрылады

(12.3).

Ол үшін дайындамаларды А1 нүктесінен жоғары температураға дейін қыздырады,

басталуы мен аяқталу уақытын қадағалайды.

Сур.12.3.Аустениттің изотермиялық түзілу диаграммасы:1-аустениттің түзілуінің

басталуы;2-перлиттің аустенитке ауысуының аяқталуы; 3-цементиттің толық еруі

Қайта қыздыру мен қыздыру жылдамдығына байланысты ұзақтылығы азаяды.Өзгеру

механизмі 12.4 сур. көрсетілген.

Сур.12.4.Перлиттің аустенитке ауысу механизмі

Аустенит дәнінің ортасында, феррит цементит бетінде түзілуі басталады, Feα кристалдық

торы Feγ кристалл торына өзгереді.

Өзгеру уақыты температураға байланысты,себебі қыздыру дәрежесінің өсуімен

аустениттің дәніңің критикалық өлшемі кішірейеді, дәндердің түзілу жылдамдығы және өсу

жылдамдығы арттады .

Пайда болған аустенит дәні бастапқыда дәл ферриттікіндей көміртегі концентрациясына

ие болады. Содан соң перлиттің екінші фазасы – цементит аустенитте ери бастайды, соған

байланысты көміртегі концентрациясы жоғарылай бастайды, Feα- ның Feγ- ке өзгеруы

69

жылдам түрде өте бастайды. Барлық цементит еріген соң, химиялық құрам бойынша біртекті

емес, сонымен қатар цементит пластинкасы орналасқан жерде көміртек концентрациясы

жоғары болады. Көміртегінің аустенитке орналасуы аяқталу үшін қосымша қыздыру керек.

Пайда болған аустенит дәнінің көлемі болат қасиетіне әсер етеді.

Аустенит дәнінің өсуі. Пайда болған аустенит дәні ұсақ болады. Температураның өсуі және

ұстамдылығы аустенит дәнінің өсуіне байланысты. Егер аустенит дәні температураны

шамалы көтергеннің өзінде өсе беретін болса, онда болат дәні ауқымдылығын көрсетеді.

Егер дән қатты қыздыру кезінде ғана өсетін болса, онда болат ауқымдылығына кіші

болады.Аустенит дәнінің өсуі біркелкілігімен сипатталады.

Металдық қосымшалардың мөлшеріне байланысты бірдей маркалы болаттардың

балқымасы әр түрлі болады.

Ванадий, титан, молибден, вольфрам, алюминий – аустенит дәнінің өсуіне кедергі

жасайды, ал марганец пен фосфор оның ауқымын жоғарылатады.

Эвтектойдтан кейінгі болаттар дәннің осуіне әсері аз.

Келесі салқындату кезінде аустенит дәні ұсақталмайды. Мұнда дән көлемі химиялық

қасиетіне байланысты. Үлкен дән соққы тұтқырлығын төмендетеді.Дән көлеміне байланысты

мұралық және дәлдік болып бөлінеді. Дән көлемін анықтау үшін, дайындаманы 9300С дейін

қыздырады. Сонан соң дән көлемі анықталады.

Дұрыс емес қыздыру режимі қызып кету немесе күйюге болаттың ұшырауы мүмкін.

Қызып кету. Эвтектойдқа дейін болат А3 нүктесінен жоғары температураға дейін

қыздыру аустенит дәнінің өсуіне әкеледі. Салқындату кезінде пластикалық және үнемі түрде

феррит бөлініп шығады.

Күйіктенудің өз орны болады, қыздыру температурасы балқыту температурасына

жақындаған кезде. Дәннің шекарасының қышқылдануы байқалады, осының негізінде

болаттың төзімділігін төмендетеді. Күйіктендіру – қайтарымсыз.

Жайлап салқындату кезіндегі аустениттің перлитке айналуы.

Feγ (C) → Feα(C) + Fe3C

Өзгеруі көміртегінің диффузиясына байланысты,Feγ→Feα полиморфты өзгеруімен

байланысты, аустениттен көміртегінің бөлінуімен сипатталады.

Салқындату дәрежесінен бөлек үш өзгеру облысына бөлінеді. Бастапқыда салқындату

әсерінің жоғарылауына байланысты өзгеру жылдамдығы жоғарылайды, содан кейін азаяды.

7270С және 2000С – тан төмен кезінде жылдамдығы нольге тең. 2000С температурасында

көміртегі диффузиясының жылдамдығы нольге тең.

Өзгеру заңдылықтары

Дайындама құрылымды біртекті аустенитке өткенше қыздырады. Содан кейін термостатқа

орналастырады. Аустениттің өзгеруын магниттік мазмұнын бақылау арқылы жеңіл тауып

алуға болады. Сонымен қатар аустенит магнитті, ал феррит және цементит магниттілік

қасиетіне ие.

Перлиттің мөлшерін көрсететін кинетикалық серия қисықтары пайда болады(сур.12.5 а).

70

Сур.12.5.а) Салқындатқанда аустениттің өзгеруіңің кинетиқалық кисықтары;б) аустениттің

өзгеруіңің изотермиялық диаграммасы

Бастапқыда инкубациялық дайындық кезеңі жүреді, осы уақытта аустениттің салқындылығы

сақталады. Өзгеру процесі әртүрлі жылдамдық әсерінен максималды 50% таратылатын өнім

пайда болады. Содан кейін жылдамдық азайып, бірте – бірте сөнеді.

Салқындау дәрежесінің өсуімен аустениттің тұрақтылығы кемиді, содан соң қайта

артады. Көлденең сызық Mн диффузионсыз мартенситтік өзгеру температурасының

басталуын көрсетеді. Мұндай диаграммалар изотермиялық аустениттік айналу диаграммасы

деп атайды.

Төменгі салқындату дәрежесі 727...5500С температура облысы кезінде өзгеру мақсаты

құрамына айырмашылығы бар аустенит кіретін ферритпен цементиттің механикалық

қоспасы пайда болуында.

Аустенит құрамында 0,8% көміртегі, ал құрылған фаза: феррит-0,02%, цементит – 6,67%

көміртегі.

Аустениттің ұстамдылық уақыты және өзгеру жылдамдығы салқындату дәрежесіне

байланысты. Өзгеру жылдамдығы А1 нүктесіндегі 150...2000С салқындату температурасына

сәйкес келеді, ол дегеніміз аустениттің минималды тұрақтылығын көрсетеді. Айналу

механизмі 12,6-суретте көрсетілген.

Сур.12.6.Аустенит перлитке өзгеру механизмы

71

Перлиттің аустениттен өзгеруы кезінде негізгі фаза цементит болып табылады. Цементиттің

кристалдық орталығының пайда болуы аустенит дәнінің шекарасына байланысты. Пайда

болған цементит пластинкасы өсе бастайды, созылып және бірігіп көрші облыстарды қоса

бастайды. Оның қасында феррит пластинкасы түзіледі. Бұл пластинкалар қалындығы

бойынша және ұзындығы бойынша өседі. Түзілген перлит колонияларының өсуі перлит

кристалдарымен түйіскенінше жалғасады, басқа ортада өсетін.

Аустениттік өнімінің қасиеті мен түзілуінің айналуы температуға байланысты, үрдіс

есебінен айырылуы пайда болады. Көрші феррит және цементит пластинкаларының

қалындығы дисперсия құрылымын анықтайды және Δ0 белгіленеді. Ол температураның

айналуына байланысты.

Дисперстікке қатысты айырылу өнімі әртүрлі атқа ие.

Δ0≈(0,5…0,7)0,001мм - перлит.

Қайта салқындау 650... 700 ˚С температурасында түзіледі, немесе V = 30...60 °С/сағ.

салқындату жылдамдығы. Қаттылығы 180...250 HВ құрайды.

Δ0=0,25*0,001мм--сорбит

Қайта салқындау 600...650 °С температурасында түзіледі, немесе V = 60 °С/сағ. салқындату

жылдамдығы. Қаттылығы 250...350 НВ құрайды. Құрылымы жоғары серпімділігімен,

аққыштығымен және төзімділігімен сипатталады.

Δ0=0,1*0,001мм--троостит

Қайта салқындау 550...600 °С температурасында түзіледі, немесе V = 150°С/сағ. Қаттылығы

350...450 НВ құрайды. Құрлымы өте жоғары серпіммен, төмен аққыштығымен және

пластикалығымен сипатталады. Феррит – цементиттік қоспасының қаттылығы феррит және

цементиттің арасындағы бөлім бетінің ауданына тура пропорционал. Егер қыздыру

температурасы А1 температурасынан аздап асып кетсе және пайда болған аустенит құрамы

бойынша әртекті болса, онда аздап салқындау дәрежесі кезінде дәнді леплит пайда болды.

Өтпелі өзгерім

5500С төменгі температурада өздік диффузия атомдары темірді практикалық түрде

дамымайды, ал көміртегі атомдары жеткілікті қозғалысқа ие болады. Механикалық

өзгерудың себебі, аустениттің ішінде өздігінен көміртегі атомдары пайда

болады.Көміртегімен байытылғандары цементиттке айналады. Механикалық қозғалыс

есебінен қосылған аустенит ферритке айналады, негізгі жолы ферриттің өсу тәртібінде.

Бұған қоса ине тәріздес кристалдар пайда болады. Мұндай құрылым цементит пен ферриттен