Металтану және термиялық өндеу

Төменгі температуралы термомеханикалық өңдеу (аусформинг).

Болатты аустениттік құрылымға дейін қыздырады.Сосын жоғары температурада

ұстайды да,кейін мартенситтік өзгерістің басталар температурасынан жоғары температурада

(400-6000С) салқындатады, бірақ бұл температура қайыра кристалдану(рекристаллизация)

температурасынан төмен болуы керек, және де кейін осы температурада қысыммен өңдеуді

және шыңдауды жүзеге асырады (16.1 б -сурет).

Төменгі температуралы термомеханикалық өңдеу болаттың беріктігін

жоғарылатқанымен, жасытылған сынғыштықты азайта алмайды. Сонымен қатар, ол жоғары

дәрежелі деформацияда (75...95%) жүзеге асырылатын болғандықтан, оған қуаты үлкен

қондырғы қолданылады.

Төменгі температуралы термомеханикалық өңдеуді орташа көміртекті легирленген

мартенситтік шыңдалған екілік аустенитті тұрақтанған болатта қолданады.

Термомеханикалық өңдеуде беріктіктің жоғарылауы деформация нәтижесінде

аустенитте дәндердің (блоктардың) ұсақталуына негізделген. Қарапайым шыңдалумен

салыстырғанда блоктардың өлшемдері 2-4 есе кішірейеді. Сонымен қатар дислокация

тығыздығы жоғарылайды. Шыңдалғаннан кейін аустенитте ұсақ мартенситтік пластинкалар

пайда болады, кернеу төмендейді.

Термомеханикалық түрлі өңдеуден өткен машина жасау болаттарының механикалық

қасиеттері келесідей сипатталады (16.1-кестені қараңыз).

16.1-кесте. Термомеханикалық өңдеуден кейінгі болаттардың механикалық қасиеттері.

88

В  , МПа Т  , МПа  , %  , %

ТТТМӨ 2400...2900 2000...2400 5…8 15…30

ЖТТМӨ 2100...2700 1900...2200 7…9 25…40

ТӨ 1400 1100 2 3

(қарапайым

шыңдалған болат 40)

Термомеханикалық өңдеуді басқа да құймаларда қолданады.

Болат бөлшектердің беткі қабаттарын беріктендіру.

Конструкциялық беріктік көбіне материалдың беткі қабатына тәуелді болады. Беттік

шыңдау – болат бөлшектердің беттік беріктенуінің бір әдісі болып табылады.

Беттік шыңдау нәтижесінде бөлшектердің беткі қабатының қаттылығы жоғарылайды.

Беттік шындалудың барлық түрлері үшін шыңдалу температурасына дейін бұйымның

беттік қабатының қызуы мен жедел кезекті суытылуы ортақ болып табылады. Бұл тәсілдер

детальді қыздыру әдісімен ерекшеленеді. Қыздыру тереңдігі арқылы беттік шыңдалу

кезіндегі шыңдалған қабат қалыңдығы анықталады.

Оттекті - газ әрі оттекті - керосин жалынды қыздыруымен, газжалынды шыңдалу

және бұйымдарды жоғары жиілікті токтармен (ЖЖТ) қыздыру, электротермиялық шыңдалу

көптеген таралуларға ие.

Жоғары жиілікті токтармен шыңдалу.

Әдіс совет ғалымы В.П.Вологдинмен зерттелген.

Негізі мынада, егерде ауыспалы магниттік өріске, индуктор - өткізгіштерден пайда болатын,

метальдық детальды орнатылса, оның ішіндегі индукцирленген құйын тәрізді токтар, металл

қызуын тудырады. Токтың жиілігі артқан сайын, шыңдалған қабат қалындығы жіңішкере

туседі.

Әдетте, 50…..15000 Гц жиіліктегі машиналық генераторлар және Гц-тен жоғары

жиіліктегі лампалық генераторлар қолданылады. Шыңдалған қабаттын қалындығы – 2 мм

дейін.

Индукторлар мыс түтіктен дайындалып олардың ішінде су айналымы жүреді және

олар оны қызып кетуден сақтайды. Индуктор пішіні біздің бұйымымыздың пішініне сәйкес

келеді, сол себепті бұйымның сыртқы қабатымен индуктор арасында бос саңылау

тұрақтылығы болуы шарт.

Шыңдалу процесінің технологиялық сұлбасы 16.2 – суретте көрсетілген.

16.2 – сурет. ЖЖТ шыңдалу процесінің технологиялық сұлбасы.

89

Қыздырылғаннан кейін 3….5 с аралығында индуктор (2) деталь (1) тез арада арнайы

суытқыш қондырғылар – скреперге (3) ауыстырылады да, саңылау арқылы қыздырылған

қабатқа шыңдалған сұйықтық шашырайды.

Жоғары қыздыру жылдамдығы аса жоғары температура аймағында фазалық ауысуын

араластырады. Шыңдалу температурасын жоғары жиілікті токтармен қыздырғанда кәдімгі

қыздырумен салыстырғанда жоғары болуы қажет.

Дұрыс қыздырылу режимінде суытылғаннан кейін ұсақ ине тәріздес мартенсит құрылысы

пайда болады. Қаттылығы кәдімгі шыңдалумен салыстырғанда 2….4 HRC өседі және тозуы

мен төзімділік шегі артады.

Шыңдалу алдында ЖЖТ бұйымдар нормализациялауға ұшырайды, ал төменгі

шыңдалудан соң 150….200 С температурада өздігінен жүмсартылады.

Құрамында 0,4% жоғары көміртегі бар болаттан жасалған бұйымдар үшін бұл әдісті қолдану

әлдеқайда пайдалы.

Әдістің артықшылығы:

●Жоғары үнемділігі, барлық бұйымдарды қыздырудың қажеті жоқтығында;

●Механикалық қасиеттері әлдеқайда жоғары;

●Көміртексіздендірудің жоқтығы мен детальдың беттің тотықсыздануында;

●Шыңдалған жарықтардың пайда болуы мен брактардың азаюы.

●ЖЖТ шыңдалуды қолдану легирленген болаттарды тым арзан көміртектіге ауыстыруға

мүмкіндік береді.

●Бұйымның белгілі бір аумағында шыңдалу жүргізуге мүмкіндік береді.

Әдістің ең басты кемшілігі – индукторлармен индукциялық қондырғылардың жоғары

құндылығы.Жалпы және жеке өндірісте мақсатқа сай қолданылуы.

Газ жалынды шыңдау.

Қыздыру 3000......3200 С температурада ацетелиндікоттегімен, газдыоттекпен және

керосинді – оттегі жалынының көмегімен іске асырылады.

Шыңдалудан кейінгі беттік қабаттың құрылысы мартенситтен, мартенсит пен ферриттен

тұрады. Шыңдалған қабаттың қалыңдығы 2....4 мм, ал қаттылығы 50...56 HRC.

Бұл әдіс күрделі құрылысқа ие болатты және шойынды, прокатты валдық шыңдалу

үшін және ірі бұйымдарды шыңдауға қолданылады. Бұлар жөндеу жұмыстарымен қатар,

жалпы және жеке өндірісте қолданылады. Ірі бұйымдарды қыздыру кезінде

қыздырғыштармен, салқындатқыш қондырғылар бұйымның ішкі бетіне орнатылады, немесе

– керісінше.

Әдістің кемшіліктері:

●Өнімділігі төмен;

●Қыздыру температурасымен шыңдалған қабат қалыңдығын реттеуі қолайсыз (шамадан тыс

қыздырылуы мүмкін).

Тозу

Жасыту – шыңдалуға ұшыраған полиморфтық ауыстырулары бар құймаларға

қолданылады.

Полиморфтық ауыстырулары жоқ шыңдалуға қолданылатын материалдар – тозулер.

Полиморфтық ауыстырулары жоқ шыңдалу – тым төмен температуралық жағдайда

бақылайтын, тым жоғары температурадағы құймаға сәйкес келетін, термиялық

өңдеу.(қаныққан қатты ерітінді).

Тозу – басты процесі қаныққан қатты ерітіндіні ыдырату болып табылатын,термиялық

өңдеу.

Тозу нәтижесінде шыңдалған құйма қасиеттерінде өзгерістер өтеді.Жүмсартумен

салыстырғандағы ерекшелігі, тозуден кейін қаттылығы мен беріктігі артып, пластикалығы

(майысқақтығы) төмендейді.

90

Тозу ауыспалы артық фазалы ерігіштігі бар құймамен, ал беріктенуы тозу кезіндегі

дисперсионды бөліну нәтижесінде қаныққан қатты ерітіндінің ыдырауы мен осы кездегі ішкі

кернеудің пайда болуымен байланысты.

Ескірген құймаларда қатты ерітінділерді бөліп шығыуы келесідей негізгі формада кездеседі:

●Жұқапластинка тәрізді ;

●Біркелкі (сфералық немесе кубтық);

●Инетәрізді;

Бөлінулер формалары бәсекелес факторлармен анықталады: беттік энергия және

минимумға ұмтылатын серпінді деформация энергиясымен.

Тең өсті бөлінулер үшін беттік энергия төмен болады. Жұқа пластинка тәрізді бөлінулер

үшін серпінді бүлінулер энергиясы төмен болады.Тозудың негізгі бағытталуы – беріктікті

жоғарлату және қасиеттерді тұрақтандыру.

Тозудың табиғи, қолдан жасалған және пластикалық деформациядан кейінгі деген

түрлері болады.

Табиғи тозу деп қалыпты температуда ұстаған кездегі шымдалған қорытпаның

өздігінен беріктігінің жоғарлауы мен пластикалыгының төмендеуін айтады.

Қорытпаны қыздыру атомдардың қозғалысын тездетеді, ал бұл жағдай үрдісті үдетеді.

Беріктікті жоғары температуларда ұстау арқылы жоғарлату қолдан жасалған тозу деп

аталады.

Тозудың ұзақтығы артқан сайын қорытпаның беріктік шегі, аққыштық шегі және

қаттылығы жоғарлайды, максимумына дейін жетіп одан соң төмендейді(қайта тозу

құбылысы).

Табиғи тозу кезінде қайта тозу болмайды. Температура жоғарлаған сайын қайта тозу

тезірек жетіледі.

Егер құрылымы аса қаныққан қатты ерітіндіге тән шымдалған қорытпаны

пластикалық деформацияға ұшыратса, онда бұл тозу кезінде жүретін үрдістерді үдетеді – бұл

деформациялық тозу .

Тозу аса қаныққан қатты ерітіндідегі барлық үрдістерді қамтиды: бөлінуді

дайындайтын үрдістерді және сол бөліну үрдістерінің өздерін.

Тәжірибе үшін инкубациялық кезең үлкен маңызға ие - бұл жоғары пластикалық

сақталып, шымдалған қорытпада дайындық үрдістері орындалатын уақыт ағымы.

Бұл шымдаудан кейін суық деформация жүргізуге мүмкіндік береді.

Егер тозу кезінде тек қана бөліну үрдісі жүретін болса, онда құбылыс дисперсионды

тозу деп аталады.

Аз көміртекті болаттарда тозудан кейін беріктік жоғарлайды және пластикалық

төмендейді, бұл ферриттегі үшіншілік цементит пен нитридтердің дисперсті бөлінуі

нәтижесінде болады.

Тозу алюминий және мыс қорытпаларын, сонымен қатар көптеген ыстыққа төзімді

қорытпаларды беріктендіретін негізгі әдіс болып табылады.

Болатты суықпен өңдеу

Жоғары көміртекті және көптеген легирленген болаттар мартенситтік өзгеруінің (Мк)

аяқталу температурасының 0○С төмен мәніне ие. Сондықтан шымдаудан кейін болат

құрылымында бұйымның қаттылығын төмендететін, сонымен қатар магниттік қасиеттерін

нашарлататын қалдықтық аустениттің елеулі көлемі байқалады. Қалдықтық аустенитті жою

үшін бұйымды Мк (-80○С) температурасынан төмен болатын төменгі температуралар

аймағында қосымша салқындатудан өткізеді. Әдетте бұл үшін құрғақ мұзды қолданады.

Мұндай өңдеуді болатты суықпен өңдеу деп аталады.

Суықпен өңдеуді аустениттің қалыптануын болдырмау үшін, шымдаудан кейін дереу

жүргізу қажет. Суықпен өңдеуден кейінгі қаттылықтың өсуі әдетте 1... 4HRC құрайды.

Суықпен өңдеу ішкі кернеуді төмендетпейтіндіктен, суықпен өңдеуден кейін

болатты төменгі жүмсартуға ұшыратады.

91

Суықпен өңдеуге шарикті подшипниктер, дәл механизмдер, өлшегіш аспаптар

бөлшектерін ұшыратады.

Пластикалық деформация әдісімен беріктендіру

Бетті механикалық беріктендірудің әдістерінің негізгі нұсқаулануы – шаршау

беріктігін жоғарлату.

Механикалық беріктендірудің әдістері – беттік қабатты 0,2-0,4 мм тереңдікке дейін

тойтару.

Ал өзге түрлеріне – бытыра ағынымен өңдеу және роликтермен өңдеу жатады.

Бытыра ағынымен өңдеу – дайын бөлшектердің бетін бытырамен өңдеу.

Бұл өңделетін бөлшектің бетіне болат немесе шойын бытыра атқылайтын арнайы

қондырғылардың көмегімен жүргізіледі. Бытыра диаметрі – 0,2-4 мм. Бытыраның

соққылары 0,2-0,4 мм тереңдікте пастикалық деформация туындатады.

Бөлшектердің орлары мен томпақ жерлерін беріктендіруге қолданылады. Серппелер,

рессорлар, тізбек түйіндер, шынжырлар, гильзалар, поршеньдар, тісті дөңгелектер тектес

бұйымдарға қолданылады.

Роликтермен өңдеу кезінде деформацияға өңделіп жатқан бұйымның бетін қатты

металлдан жасалған роликтермен қысу арқылы қол жеткізіледі.

Өңделініп жатқан материалдың аққыштығын үзетіндей етіп роликке күш түсірілсе, онда

керекті тереңдіктегі тойтаруға қол жеткіземіз. Өңдеу микрогеометрияны жақсартады.

Сығудың қалдық кернеуі туындаса, шаршаудың шегі мен бұйымның мәңгілігі артады.

Роликтермен өңдеу біліктердің мойындарын, сымдарды, құбырларды калибрлегенде,

шыбықтарды өңдегенде қолданылады.

Арнайы жабдықтарды талап етпейді, токарлық және сүргілегіш станоктарды қолдануға

болады

Бақылау сұрақтары:

1.Термомеханикалық өңдеу қалай жүреді?

2.Төмен температурада термомеханикалық өңдеу

3.Беттік шыңдау нәтижесі?

4.Тозу дегеніміз не?

5.Газ жалынды шыңдау қалай жүзеге асады?

Глоссарий

1.Бытыра ағынымен өңдеу – дайын бөлшектердің бетін бытырамен өңдеу.

2.Беттік шыңдау – болат бөлшектердің беттік беріктенуінің бір әдісі болып табылады.

17 Дәріс

Конструкциялық болаттар. Легирленген болаттар.

1.Конструкциялық болаттар.

2.Легирленген болаттар.

3.Элементтердің темірдің полиморфизміне тигізетін әсері.

4.Легирленген элементтердің болаттағы өзгеристеріне тигізетін әсері.

5.Легирленген элементтердің перлиттен аустенитке ауысуына тигізетін әсері.

6.Легирленген элементтердің аса салқындатылған аустенитке ауысуына тигізетін әсері.

7.Легирленген элементтердің мартенситке ауысуына тигізетін әсері.

8.Легирленген элементтердің жүмсару өзгеристеріне тигізетін әсері.

9.Легирленген элементтердің классификациясы.

Конструкциялық болаттар

Конструкциялық болаттар әр түрлі машина детальдарын жасауға кеңінен колданылады және

келесідей міндеттерді орындайды:

92

●жоғары төзімділігін сынаумен және жеткілікті тұтқырлығымен;

●жақсы технологиялық қасиетімен;

●тиімділігімен;

●тапшы емес.

Болаттың жоғары төзімділігі термиялық өңдеудің режимдерімен, химиялық

құрамының рационалды жолын таңдау арқылы және металлургиялық сапасының

жақсартуымен жүзеге асады.

Конструкциялық болаттардың құрамында көміртек негізгі роль атқарады. Көміртек

болаттың беріктілігін арттырады, бірақ пластикалығы мен тұтқырлығын төмендетеді, суық

сынуын жоғарлатады. Сондықтан оның құрамы регламенттелген және 0,6%

аспайды.Конструкциялық беріктілікке легирленген элементтер әсерін тигізеді.

Конструкциялық беріктілігінің жоғарлауы шыңдалудың шекті жылдамдығына, дәннің

ұсақталуына байланысты.

Беріктігін арттыратын термиялық өңдеу кешенді түрде механикалық қасиетін

жақсартады.

Металлургиялық сапа конструкциялық болаттарға әсерін тигізеді.

Легирленген болаттар

Болатқа енгізілетін белгілі концентрацияда оның құрылуын және қасиетін өзгеруіне

байланысты элементтер легирленген элементтер, ал болаттар легирленген деп аталады.

Легирлеуші элементтер құрамы өзгеруі мүмкін: хром және никель - 1%, ванадий, молибден,

титан, ниобий – 0,1-0,5%, сондай-ақ кремний және марганец - 1%-тен көп. 0,1% легирлеуші

элементтер – микролегирленгендер.

Конструкциялық болаттарға легирлеушілер механикалық қасиетін (пластикалық,