Металтану және термиялық өндеу

морт сынғыштыққа алып келеді. Тәжірибе кезінде цементтендіруді қатты және газды

карбюризаторда қолданады.Цементтендірілмеген бұйым беті алдын-ала мыс немесе сазбен

(электролиттік әдіспен) қапталады.

Қатты карбюризаторда цементтендіру.

Толықтай дайын емес бұйымдарды темір жәщіктерге салып, қатты карбюризатормен

жабады.10-40% мөлшерде BaCO3, Na2CO3 көмірқышқыл тұздарымен қосылған ағаш көмір

қолданылады. Жабық жәшіктерді пешке салып, 930-9500С температурада ұстайды. Оттегі

әсерінен көмір толық жанбай СО көміртек оксиді пайда болады, реакциясы нәтижесінде

атомарды көміртек бөлініп шығады. 2СО→СО2 + Сат

Пайда болған көміртек атомдары бұым бетімен адсорбцияланып, металл түбіне

диффузияланады.

Бұл әдістің кемшіліктері:

-Уақыттың көп жұмсалуы (0,1мм тереңдікте цементтендіру үшін 1 сағат уақыт жұмсалады)

-Үрдістің өнімділігі төмен

Газбен цементтендіру.

Бұл үрдіс газбен толтырылған герметикалық камерасы бар пештерде іске

асады.Көміртекқұрамды газдар активті газдар болып табылатын газ-тасығыш, көміртегі

оксиді, метан және басқа да көмірсутек құрайтын азот, сутегі, су буынан тұрады.

Цементтендіру тереңдіг төзімділік ұзақтығы мен қыздыру температурасымен анықталады.

Әдістің артықшылығы:

-қабаттағы көміртегінің белгілі бір концентрациясын алу мүмкіндігі (құрайтын газдардың

қатынасын өзгерту арқылы көміртегі мөлшерін қадағалауға болады)

-жай термиялық өңдеу әсерінен үрдістің ұзақтығының қысқаруы

-үрдістің толық механикаландырылуы мен автоматтандырылуы

Бұл әдіс өнімді жаппай немесе көп сериялы өндірісте қолданылады.

Цементтендірілген қабаттың құрылысы.

Цементтендірілген қабаттың құрылысы 15,1 суретте көрсетілген.

83

Сур.15.1.Цементтерілген қабаттың құрылымы

Бұйымның бетінде перлиттен және цементиттен тұратын эвтектоидтан кейінгі шойын

қабаты пайда болады.Беткі қабаттың жойылуына байланысты көміртегінің мөлшері азаяды

және келесі бет перлиттен ғана құралады. Содан кейін ферриттік түйіршіктер пайда болады,

олардың мөлшері бетті қабаттың жойылуына байланысты көбейеді. Сонында, бұйымның

құрлымы бастапқы құрамға сай келеді.

Цементтендіруден кейінгі термиялық өңдеу.

Цементтендірудің нәтіжесінде кескін жерінде көміртек тиімді үйлестіріледі.

Цементтендірілген бұйымның құрамын келесі термиялық өңдеуден кейін толығымен

түзіледі.Барлық бұйымдар төмен жұмсартумен шынықтыруға ұшырайды.

Шынықтырылғаннан кейін цементтерілген бұйым жоғары қаттылыққа, тозуға төзімді

болады, және контакты шыдамдылығтың шегі өседі және тұтқырлығын сақтап иілу кезіндегі

шегі жоғарлайды. Термиялық өңдеудің комплексі материалдын және бұйымның

қолдануынан тәуелді болады. Әртүрлі термиялық өңдеудің комплексті графиктері 15.2-

суретте келтірілген.

Сур.15.2.Цементтендірілген бұйымның термиялық өндеудің режимі

Егер болат үсақ дәнді немесе бұйым жауапсыз қолданылатын болса, бір ретте шынықтыру

820-8500 С t арасында жүргізіледі.

Сонымен қатар,цементтендірілген қабатта жоғары көміртекті мартенсит алынады және де

бөлшектеп қайта кристалдандыруын және дәннің өзегінің ұсақталуын қамтамасыз етеді.

84

Газбен цементтендірілген кезде мына процесс біткенде осы температураға дейін суытады,

кейін шынықтыру жүргізіледі.

Цементтендірілген бұйымдардың жоғары механикалық қасиеттеріне жеткізу үшін 2-рет

шынықтыу қолданады:

-Бірінші шынықтыру 880-9000 С температура аралықында құрылым өзегін түзеу үшін

жүргізіледі.

-Екінші рет шынықтыру 760-7800 С температура аралығында беткі қабатта ұсақ ине тәрізді

мартенситті алу үшін жүргізіледі.

Термиялық өндеудің соңғы операциясы ретінде 150-1800C аралығында жүргізілетін төменгі

жұмсарту болып саналады.

Жұмсарту соңында беткі қабатта жасытылған мартенситті құрылым алынады және аз ғана

мөлшерде кернеуді азайтады.Цементтендіруге ұшырайтындар:тісті дөңгелектер, поршеньді

сақиналар, червяктар, осьтер, роликтер.

Азоттандыру.

Азоттандыру- беткі қабаты азотпен қанықтыратын химико- термиялық өңдеу. Ең бірінші

рет азоттандыруды Чижевский И.Л.өндірісте 20 жылдары қолданды. Азоттандыру кезінде

тек қана қаттылық пен тозуға төзімділік жоғарламайды,сонымен қатар коррозияға төзімділігі

өседі. Азоттандыру кезінде бұйымды белгілі бір жылдамдықпен аммиак NH3 келетін

герметиялық пешке салады.Қыздыру кезінде аммиак мына реакция бойыша диссоциаланады:

2NH3=2N+3H2. Атомдық азот бұйым беті сіңіріп және түбіне диффундіріледі. Көміртекті

болаттардың азоттандырылган қабатта алынған фазалар жоғары қаттылықты қамтамасыз

етпейді және морт сынғыш қабат түзеді. Азоттандыру үшін құрамды

алюминий,молибден,хром,титан бар болаттар құрылады. Бұл элеметтердің нитридтері

дисперсті және жоғары қаттылық пен термиялық тұрақтылыққа ие болады. Типтік

азоттандырылған болаттар:38 ХМЮА, 35ХМЮА,30 ХТ2Н3Ю.

Азоттандырылған қабаттың тереңдігі мен беткі қаттылығы кейбір факторларға

байланысты оның ішінде негізгілері: азоттандыру температурасы,азоттандыру ұзақтығы

және азоттандырылатын болаттың құрамы.

Детальдардың жұмыс істеу шартына байланысты азоттандыру келесілерге бөлінеді:

1.Бетінің қаттылығын және тозуға төзімділігін жоғарлату

2.Коррозияға қарсылығын жақсарту (антикоррозиялық азоттандыру)

Бірінші жағдайда үрдіс 500...560°С температурада 24...90 сағат бойы жүргізіледі,себебі

азоттандыру жылдамдығы 0,01мм/сағ құрайды.Беткі қабаттағы азоттың құрамы 10...12%

құрайды,ал қабат қалыңдығы(Һ)-0,3...0,6мм.Бетінің қаттылығы шамамен 1000 HV.Салқындау

пешпен бірге аммиак ағынында жүргізіледі.

Иондық азоттандыру кезінде азоттандырудың уақыты барынша

қысқарады.Катод(детальмен) және анод иондарының арасында бықсу разряды пайда

болады.Азотқұрамдас газдар иондалады,және иондар катодтың бетін бомбылайды,оны

қанығу температурасына дейін қыздырады.Катодтық шаңдану 1100...1400 В қысыммен

5...60мин бойы орындалады және қысымы 0,1...0,2 мм рт.ст, ал жұмыстық қысым 400...1100

В,үрдістің ұзақтылығы 24 сағатқа дейін.

Антикоррозиялық азоттандыру легирленген және көміртекті болаттарда жүргізіледі.

Азоттандыру температурасы 650...700°С,үрдіс ұзақтығы -10 сағат.Бетінде коррозияға қарсы

жоғары төзімділікке ие ε- фаза қалыңдығы 0,01...0,03 мм қабат пайда болады (ε-фаза-

гексагональді торға ие, темір нитридінің Fe3N негізіндегі қатты ерітінді).

Азоттандыру ақырғы механикалық және термиялық өңдеуден өткен дайын бұйымда

жүргізіледі.

Азоттандырудан кейін бұйым өзегінде жоғары беріктікке және тұтқырлыққа ие сорбит

құрылымын сақтайды.

Цианирлеу және нитроцементтендіру.

Цианерлеу- беті бір уақытта көміртек және азотпен қанығатын химия- термиялық

өңдеу.Ол цианисті тұз балқытылған ваннада жүргізіледі,мысалы NaCN-тың NaCL,BaCL

85

тұздарының қосылуымен және т.б.Цианисті натрийдің тотығуында атомдық азот және

көміртек тотығы түзіледі: 2NaCNO +O2 → Na2CO3 +CO +2Nат

Қабаттың тереңдігі және ондағы көміртек пен азоттың концентрациясы үрдістің

температурасына және оның ұзақтылығына байланысты.

Цианирлі қабат жоғары қаттлыққа 58...62HRC ие және тозуға жақсы

қарсыласады.Коррозияға төзімділігі және беріктігі жоғарлайды.

Үрдістің ұзақтығы 0,5...2 сағат.

Жоғары температуралы цианирлеу – 800...950°С температурасында,және 0,6%...1,2%

көміртегі бар болаттың қанығуымен жүргізіледі(сұйық цементтелу).Цианерлеу қабатындағы

азоттың құрамы 0,2...0,6%, ал қабаттың қалыңдығы 0,15…2 мм.Бұйым цианирленгеннен

кейін төмен жұмсаруға және шынықтыруға ие болады.Жобаланған қабаттың ақырғы

құрылымы Fe2(C,N) карбониттердің жуқа қабатынан,сосын азоттық мартенситтен құралады.

Цементтендіруді жоғары температуралы цианерлеумен салыстырғанда жоғары

жылдамдықпен жүреді,бұйымды аз деформацияға әкеліп соқтырады, тозуға қарсыласады

және жоғары қаттылыққа ие.

Төменгі температуралы цианерлеу- 540...600°С температурасында болаттың азотпен

қанығуымен жүргізіледі.Бұл үрдіс бұйымдарға тезкезкіш,жоғары хромды болаттардан

жасалады.Ақырғы өңдеу болып табылады. Цианирлеудің негізгі кемшілігі болып цианисті

тұздардың ұлы болып келуі.

Нитроцементтендіру- цементтендірілетін газдан және диссоциацияланатын аммиактан

тұратын газ тәріздес құймада жүргізілетін цианерлеу.

Газдың құрамы және үрдіс температурасы жоспарланған қабатта көміртек пен азоттың

қатынасымен анықталады.

Жоғары температуралы нитроцементтендіру- 830...950°С температурасында

жүргізіледі.Құрамында аммиак мөлшері жоғары көміртекті және аз легирленген болаттардан

жасалатын бұйымдар машина жасауда қолданылады.Шынықтырудың төменгі жұмсаруымен

жүруі ақырғы термиялық өңдеу болып табылады.Қаттылығы 56...62 HRC.

ВАЗ-да бұйымның 95% нитроцементтендіруге ұшырайды.

Төменгі температуралы нитроцементтендіруге термиялық өңдеуден кейінгі тезкескіш

болаттардан жасалатын бұйымдар ұшырайды.Үрдіс 530...570°С температурада 1,5...3 сағат

бойы жүреді.Қаттылығы 900...1200 HV, қалыңдығы 0,02...0,004 мм болтын беткі қабат

түзіледі.

Диффузионды металдандыру.

Диффузионды металдандыру болаттан жасалатын бұйымның беті әртүрлі:алюминимен,

хроммен, кремниймен, бормен және т.б. элементтермен қанығатын химия-термиялық

өңдеу.Хроммен қанықса үрдіс- хромдандыру, алюминиймен- алитирлендіру, кремниймен-

силицендіру, бормен – борландыру деп аталады.

Диффузиоды металдандыруды қатты, сұйық және газ тәрізді ортада жасауға болады.

Қатты диффузионды металдандыруда металдаушы болып құрамында хлорлы аммониясы

бар ферроқорытпа болып табылады(NH4CL).Металдаушының НСl реакциялану

нәтижесінде хлордың металмен қосылысы (ALCL3,CrCL2,SiCL4 )пайда болады.Бетімен

қатынас кезінде бос атомдардың байда болуымен диссоциациялайды.

Сұйық диффузионды металдандыру балқыған металға металдардың салынуымен

жүреді.Газ тәріздес диффузионды металдандыру әртүрлі металдардың хлоридтары болып

есептелінетін газ тәрізді ортада жүреді.

Металдардың диффузиясы өте баяу жүреді,себебі орын басу ерітіндісі пайда

болады.Сондықтан, бірдей температураларда диффузиондық қабат цементация кезіндегіге

қарағанда он және жүз есе жұқа болып келеді.

Диффузионды металдандыру- ұзақ уақыт бойы және жоғары температуралар

аралығында(1000...1200°С) болатын,қымбат тұратын үрдіс болып саналады.

86

Металдандырылған беттің негізгі қасиеттерінің бірі болып ыстыққа төзімділігі болып

табылады.Жұмыстық температура үшін 1000...1200°С ыстыққа төзімді металдар қарапайым

көміртекті металдардан жасалады.

Бақылау сұрақтары.

1. Химия –термиялық өңдеу дегеніміз не?

2. Химия – термиялық өңдеудің негізгі параметрлері

3. Химия –термиялық өңдеу үрдістері

4. Цементтендіру

5.Қатты карбюризаторда цементтендіру

6. Газбен цементтендіру

7. 2-рет шынықтыру не үшін қолданылады?

8. Шынықтыру қандай температураларда жүреді?

9. Азоттандыру дегеніміз не?

10. Цианерлеу, оның түрлері

11. Нитроцементтендіру және оның түрлері

12. Диффузиондық металдандыру

Глоссарий

1.Цианерлеу- беті бір уақытта көміртек және азотпен қанығатын химия- термиялық өңдеу.

2.Диффузионды металдандыру болаттан жасалатын бұйымның беті әртүрлі:алюминимен,

хроммен, кремниймен, бормен және т.б. элементтермен қанығатын химия-термиялық өңдеу

3.Азоттандыру- беткі қабаты азотпен қанықтыратын химико- термиялық өңдеу.

4.Цементтендіру - болат детальдардың беткі қабатын 900...950 0С температураға дейін

көміртекпен диффузиялык қанықтыру үрдісі.

5.Химия- термиялық өңдеу дегеніміз - детальдардың беткі қабаттарының қасиеттерін,

микроқұрылымын және химиялық құрамының өзгеру үрдісі.

16 Дәріс

Металдарды беріктендіру әдістері.

1.Болатты термомеханикалық әдісімен өңдеу;

2.Болат бөлшектердің беткі қабаттарын беріктендіру;

3.Жоғары жиілікті токтармен шыңдау;

4.Газды жалынды шыңдау;

5.Тозу

6.Болаттың тозуы;

7.Болатты салқынмен өңдеу;

8. Пластикалық деформация әдісімен беріктендіру.

Болатты термомеханикалық өңдеу

Беріктендіріп өңдеу технологиялық процесстерінің бір түрі - термомеханикалық өңдеу

(ТМӨ) болып табылады. Термомеханикалық өңдеу материалдардың құрылысы мен

құрылымын өзгертудің комбинациялық әдісіне жатады.

Негізінен пластикалық деформация және термиялық өңдеу термомеханикалық өңдеу

әдісіне кіреді (алдын-ала деформацияланған аустениттік құрылымдағы болаттың шыңдалуы).

Термомеханикалық өңдеу негізінен металлдың беріктігін арттырғанда оның

пластикалығының төмендуіне және соғылымды тұтқырлығы шыңдалудан кейінгі

соғылымды тұтқырлықпен салыстырғанда 1,5-2 есе жоғарылауына негізделген.

Деформация жүретін температураға байланысты термомеханикалық өңдеу жоғары

температуралы термомеханикалық өңдеу (ЖТТМӨ) және төменгі температуралы

термомеханикалық өңдеу (ТТТМӨ) болып бөлінеді.

87

Жоғары температуралы термомеханикалық өңдеудің негізі болатты аустениттік құрылымға

дейінгі температураға дейін (А3-тен жоғары ) қыздырумен сипатталады. Осы температурада

болат деформацияланып, аустениттік құрылымға өтеді. Осындай аустениттік құрылымдағы

болат шыңдалады (16.1 а –сурет).

Жоғары температуралы термомеханикалық өңдеу қауіпті температура

интервалындағы жасытылған сынғыштықты толығымен жояды және бөлме

температурасында соғылымды тұтқырлықты тез жоғарылатады. Салқынға сынғыштыққа

тепмпературалық өтуі төмендейді. Жоғары температуралы термомеханикалық өңдеу

сынғыштықты азайтады және термиялық өңдеу кезіндегі сынықтардың пайда болуына

сезімталдықты төмендетеді.

А) Б)

16.1-сурет. Болатты термомеханикалық өңдеуден өткізу схемасы: а – жоғары температуралы

термомеханикалық өңдеу (ЖТТМӨ); б – төмегі температуралы термомеханикалық өңдеу

(ТТТМӨ).

Жоғары температуралы термомеханикалық өңдеуді көміртекті, легирленген,

конструкциялық, серіппелі және инструментальді болаттарды өңдеуде жиі қолданады.

100-2000С температурада жасыту болаттың беріктігін сақтау үшін жүргізіледі.