Металтану және термиялық өндеу

қайта кристалданған күйдіру 600...700 Стемпературада аз көміртекті болаттардға

өткізеді,латун және бронза үшін – 500...700 С,алюминий қорытпалары үшін –

350...450 С,титан қорытпалары үшін – 550...750 С.

Бақылау сұрақтары.

1.Конструкциялық беріктікке қандай факторлар әсер етеді?

2.Конструкциялық беріктікті анықтайтын жалпы қағидалар

3. Поликристалдық дененің форма өзгерісі қандай форма өзгерісінен құралады?

4.Деформация қандай түйіршікте басталады?

5.Қайта кристалдаудағы анықталатын металл түйіршігіндегі басты шама қандай?

Глоссарий

1.Деформациялық қатайту немесе тойтару пластикалық деформация үрдісінде

металдардың механикалық, физикалық және басқа құрылысының өзгеруінің өзіндік құны.

2.Қайта кристалдау –тудыру процесі және қыздырудағы анықталған температураға дейінгі

тойтарылған металдың жаңа деформацияланған түйіршіктерінің өлшемі.

3.Өміршеңдік - белгілі бір жағдайға дейін детальдардың жұмыс істеу қабілетінің сақталуы.

4.Өміршеңдікті анықтайтын критерий болып саналатындар шаршау беріктігі, тозуға

төзімділік, тоттануға қарсы тұру, ұласқан беріктік.

9 Дәріс

Теміркөміртекті қорытпалар. Теміркөміртек күй диаграммасы

1.Теміркөміртекті қорытпалардың құрылымы.

2.Теміркөміртекті қорытпалардың компоненттері мен фазалары.

3.Теміркөміртекті қорытпалардың құрылым түзулуіндегі үрдістер.

4.Теміркөміртектің қорытпаларының құрылымдары.

Теміркөміртекті қорытпалардың құрылымдары.

Теміркөміртекті қорытпалар болат пен шойын казіргі заманның техникадағы маңызды

металдық қорытпалары болып табылады. Болат пен шойын өндірісінің көлемі басқа барлық

металдар өндірісін бірге алғанның өзінде 10 есе басым болады.

Теміркөміртек күй диаграммасы – темір көміртекті қорытпалардың болат пен шойын

құрылымы бойынша тура негізгі түсінік береді.

Теміркөміртек диаграммасының негізін қалаған 1968 ж. Д.К.Чернов болып

табылады.Чернов ең бірінші болып болатта критикалық нүктелердің барын және көміртегі

мөлшері бойынша олардан орналасуының тәуелділігін көрсетті.Темір көміртек диаграммасы

темірден көміртекке дейін таралуы тиіс. Темір көміртекпен химиялық қосылыс түзеді -

Fe3C.Әр тұрақты химиялық қосылысты компонент түрінде, ал диаграмманы бөлімдермен

қарастыруға болады. Практика жүзінде көміртегі мөлшер 5% дейінгі металдың қорытпалар

қолданылғандықтан, құрамында 6,67% көміртегі бар цементитті күй диаграммасын

қарастырамыз.

51

Сур.9.1.Темир-цементит жүйелі диаграммасы

Теміркөміртекті қорытпалардың компонеттері мен фазалары.

Теміркөміртекті қорытпалардың компонеттері, көміртегі және цементит болып

табылады.

1.Темір – өтпелі, ашық, күміс түсті металл. Жоғарғы балқу температурасына ие -15390С±50С.

Қатты күйде темір екі модификацияға ие бола алады. Полиморфты түрленулер 9110С және

13920С температураларында өтеді. 9110С төмен көлемдік центрленген кубтық торы

КЦК(ОЦК) Feα орналасқан. 9110С және 13920С температуралар араларында қырлық

центрленген кубтық ҚЦК(ГЦГ) торлы Feγ тұрақты болып келеді. 13920С температурадан

жоғары темір көлемдік центрленген кубтық торға ие және Feδ деп аталатын немесе жоғары

температуралы Feα.

7680С ден төмен температурада темір ферромагнитті, ал жоғары температурада

парамагнитті. 7680С температурада темірдің Кюри нүктесі G деп белгіленеді. Техникалық

таза темір жоғары емес қаттылық (80НВ) пен беріктікке (беріктік шегі – 38, аққыштық шегі

σт = 20МПа ) және жоғары пластикалық қасиетке ие. Бидайдың үлкендігіне байланысты

кейбір шектеулерде қасиеттері өзгеруі мүмкін.

Темір көп элементтермен ерітінділер түзеді: металдармен- орын алмасу ерітіндісін;

көміртегімен, азотпен, сутегімен -енгізу ерітінділерін.

2.Көміртек металл еместерге жатады. Полиморфтық түрленулерге ие. Түзілу жағдайына

байланысты гексагональды кристалдық торлы графит түрінде болады (балқу t -35000 С,

тығыздығы – 2,5 г/см3) немесе координациялық саны 4-ке тең күрделі кубтық торлы алмаз

түрінде болады.

Темірдің көміртекпен қортпалардың көміртек темірмен қатты ерітінді күйде және химиялық

қосылыс – цементит (Ғе3С )түрінде, сондай –ақ бос күйінде графит түрінде (сұр шойында)

болады.

3.Цементит (Ғе3С) – темірдің көміртекпен химиялық қосылысы (темір карбиді) құрамында

6,67% С бар. Аллотропиялық түрленулері болмайды. Цементиттің кристалдық торы бірқатар

октаэдрден тұрады.

Цементиттің балқу температурасы нақты белгіленбеген (1250,1550oС).Төмен температурада

цементит аз ферромагниттелген, шамамен 2170С температурада магниттік қасиетін

жоғалтады. Цементит жоғары қаттылыққа ие, ( 800НВ – дан жоғары әйнекті жеңіл жырады),

52

өте төмен, тіпті болар болмас пластикалық болып келеді. Мұндай қасиеттер кристалдық

тордың күрделі құрылысынан болады. Цементит орын алмасу қатты ерітінділерін түзе алады.

Көміртектің атомдары металл еместермен алмаса алады: азотпен, оттегімен; темір атомдары

металдармен : марганецпен, хроммен, вольфраммен, т.б. Мұндай қатты ерітінділер

легирленген цементит деп аталады.

Цементит тұрақсыз қосылыс, және белгілі бір жағдайларда графит түріндегі бос көміртектің

түзілуінен бөлінеді. Бұл процесс шойынның құрылымдық түзілуінде маңызды практикалық

рөл атқарады.

Темір көміртекті күйде келесідей фазалар болады: сұйық фаза, феррит, аустенит, цементит.

1.Сұйық фаза – сұйық күйінде темір көміртегімен кез –келген пропорцияда әрекеттесіп,

біркелкі сұйық фаза түзеді.

2.Феррит – көміртектің темірге енгізілген қатты ерітіндісі.

Ферриттің өзгергіш шекті ерігіштік бар: минимальды 0,006 % бөлме температурасында (Q

нүктесі), максимальды -0,02% 7270 С температурада (Р нүктесі) көміртегі тор ақауларында

орналасады.

температурадан жоғары болса, жоғары температуралық феррит деп аталады.

Ферритің қасиеті темірдің қасиетіне жақын болып келеді. Ол жұмсақ (қаттылығы 130НВ,

беріктік шегі 300МПА) және майысқақ (салыстырмалы ұзаруы -5-30%). 7680С дейін

магнитті.

3.Аустенит (А) (С) – көміртектің γ темірге енгізетін қатты ерітіндісі.

Көміртек қырлық центрленген кубтық тордың ортасында орналасады.

Аустениттің өзгергіш шекті ерігіштігі: минимальды – 0,8%, 7270С температурада (S

нүктесінде) минимальды,максимальды 11470 С температурада 2,14% (Е нүктесі)

Аустениттің қаттылығы 200...250 НВ, пластикалығы (салыстырмалы ұзарады – 5-40%,50%),

4.Цементит – мінездемесі жоғарыда берілген.

Темір көміртекті қорытпаларда келесідей фазалар бар: I реттік цементит(Ц1), IІ реттік

цементит (Ц11), ІІІ реттік цементит (Ц111). Бұл фазалардың химиялық физикалық қасиеттері

бірдей.

І реттік цементит сұйық фазадан ірі пластикалы кристалдар түрінде бөлініп шығады. ІІ реттік

цементит аустениттен бөлініп шығады, аустенит түйіршіктерінің айналасында тор тәріздес

болып орналасады.(салқындату нәтижесінде – перлит түйіршіктеріне айналады). ІІІ реттік

цементит ферритпен бөлініп, ұсақ қосулар түрінде феррит түйіршіктерінің айналасында

орналасады.

Теміркөміртекті қорытпалардың құрылым түзулуіндегі үрдістер.

АВСД – ликвидус жүйесі АВ аймағында ферриттің кристалдануы басталады. (ВС аймағында

аустениттің кристалдануы, СД аймағында І реттік цементиттің кристалдануы басталады)

AHJECF сызығы – солидус сызығы. АН аймағында ферриттің кристалдануы аяқталады (6)

HJB сызығында тұрақты 14990С температурада сұйық фаза бұрын пайда болған феррит

кристалдарымен әрекеттесіп, нәтижесінде аустенит түзейтін перитектикалақ өзгеріс болады.

JE аймағында аустениттің кристалдануы аяқталады. ЕСҒ аймағында 4,3% С сұйық

аустениттен І цементиттің эвтектикалық қосылысына айналатын тұрақты 11470С

температурада эвтектикалық өзгеру жүреді.

Темір цементитті жүйесіндегі эвтектиканы ледебурит деп аталады. Құрамындағы көміртегі

мөлшері 4,3 % неміс ғалымы Ледебур атымен және перлит кіреді, оның өзгерген ледебурит

деп атаған.

HN сызығында ферриттің аустенитке айналуы аяқталады.GSсызығы бойынша аустениттің

ферритке айналуы, темірдің полеморфтық түрленуімен шартталған. PG сызығы бойынша

аустениттің ферритке ауысуы аяқталады. ЕS сызығы бойынша Ғе – С жүйесіндегі

аустениттің ІІ реттік цементиттің бөлінуі басталады, яғни критикалық нүктелер шартты

белгіленулерге ие болады.

А әріпімен белгіленеді (франц. Arret – тоқтау )

53

А1 - PSK сызығы (7270C)- П А

А2 – МО сызығы (7680С, Кюри нуктесі ) – магниттік түрленулер.

А3 –GOS сызығы (Көміртектің қортпадағы мөлшеріне байланысты ауыспалы температура) –

Ф А түрленуі.

Аст – SE сызығы (Көміртектің қортпадағы мөлшеріне байланысты ауыспалы температура) –

ІІ реттік цементиттің бөлінуінің басталуы (кейде А3деп белгіленеді)

Түрленулер қыздырғанда және суытқанда әртүрлі температурада орындалатындықтан, бұл

процестерді бір – бірінен ажырата білу үшін қосымша белгіленулер енгізеді. Қыздырғанда С

әріпін енгізеді, яғни Ас, суытқанда –r әріпімен, яғни Аr

Теміркөміртекті қорытпалардың құрылымы.

Темір – цементит жүйесіндегі барлық қорытпалар құрылымдық белгілері бойынша екі үлкен

топқа бөлінеді: болат және шойын

Құрамында 0,02% аз көміртектен тұратын қорытпалар ерекше топты құрайды, оларды

техникалық темір деп атайды. Қорытпалардың микроструктуралары 9.2 суретте көрсетілген.

Мұндай қортпалардың құрылымы кристализация аяқталған соң не феррит бидайларынан

(9.2а сур.) (көміртектің мөлшері 0,006% аз болғанда),не феррит бидайларынан және феррит

бидайларының қорларында орналасқан цементит кристалдарынан (көміртектің мөлшері

0,006% - дан 0,02% дейін болғанда) тұрады.

Көміртекті болаттар деп құрамында 0,02..2,14% көміртегі бар, кристалдану нәтижесінде

аустенит түзитін темір көміртекті қорытпа.

Көміртекті болаттар, әсіресе аустенит күйінде жоғары пластикалыққа ие.

Болаттардағы құрылымы аустениттің қайта кристалдануы нәтижесінде

қалыптасады.Болаттардың микроқұрылымы 9.3 суретте көрсетілген.

Көміртектің мөлшері мен болаттың құрылымы бойынша эвтектойдқа дейінгі

(0,02% 2,114%) құрылымы перлит + ІІ цементит (П+ЦІІ) болып бөлінеді. Цементитті тор

перлит түйіршіктерін айнала орналасады.

Перлит құрамында көміртек мөлшері 0,8%, цементитте 6,67%.

Осыларды ескере отырып қорытпалардың микроқұрылымы бойынша эвтектойдқа дейінгі

Сур.9.3.Болаттардың микроқұрылымы:а-(ф+П) эвтектоидқа дейнгі болат;б- эвтектоидті

болат(пластинкалы перлит);в- эвтектоидті болат(түйіршеті перлит);г- эвтектоидтан кейнгі

болат;

(0,02% 0,8%), құрылым Ф+П (Ф+77) (9.3 сур). Эвтектоидты (С 0,8%) құрылымы

перлит (П), перлит пластикалы және түйіршікті болуы мүмкін. (9.38 және 9.3 в сур.),

эвтектойдтан кейінгі (0,8% 2,14%) құрылымы перлит +ІІ цементит (П+ЦІІ), болып

бөлінеді. Цементитті тор перлит түйіршіктерін айнала орналасады.

Перлит құрылымында көміртек мөлшері 0,8%, цементитте 6,67%.

54

Осыларды ескере отырып, қорытпалардың микроқұрылымы бойынша қорытпа құрамына

кіретін көміртек мөлшерін жуықтап анықтауға болады. Феррит құрамындағы көміртектің аз

ерігіштігіне байланысты, оның құрамында көміртек жоқ деп есептеуге болады.

Құрамында көміртек мөлшері 2,14 % (6,67% дейін) жоғары кристалдану нәтижесінде

эвтектика (ледебурит) түзитін темір көміртекті қорытпа шойын деп атайды.

Құрамында тез балқығыш ледебурит шойынның литейные қасиетін жоғарлатады.

Сәкесінше темір – цементит күй диаграммасы мен кристалданатын шойындар. Морт

сынғыштыққа ие болып келеді. Олардың сынығының түсі – күміс тәрізді – ақ.

Мұндай шойындар ақ шойындар деп атайды.

Көміртектің мөлшері және құрылымы бойынша ақ шойындар келесідей болып бөлінеді:

эвтектикаға дейінгі (2,14% 4,3%) құрылымы перлит + ледебурит+ ІІ ретті цементит

(П+Л+ЦІІ), эвтектикалық (С 4,3%) құрылымы ледебурит (9.4 б сур.) эвтектикадан Ақ

шойынның микроқұрылымы 9.4 суретте көрсетілген.

Ақ шойынның микроқұрылымы 9.4 суретте көрсетілген.

Эвтектикаға дейінгі ақ шойындардың құрылымында суытқанда, аустениттің құрамының

өзгеруінен пайда болатын ІІ ретті цементит бар. (ES сызығы).

ІІ ретті цементит құрылымында ледебуриттің құрамына кіретін цементитпен араласады.

Қалыпты температурада болат пен шойынның фазалық құрамы бірдей, екеуі де феррит пен

цементиттен тұрады. Алайда болаттар мен ақ шойындардың қасиеттерінде бірдей

айырмашылықтар бар. Сонымен, Ғе3-С жүйесі қортпаларының қасиеттерін анықтайтын

негізгі фактор олардың құрылымы.

Бақылау сұрақтары:

1.Теміркөміртекті қорытпа дегеніміз не?

2.Теміркөміртекті қорытпа компоненттері

3.Теміркөміртекті қорытпа құрылымы

4.Техникалық таза темір дегеніміз не?

5.Болат пен шойын айырмашылығы

Глоссарий

1.Сұйық фаза – сұйық күйінде темір көміртегімен кез –келген пропорцияда әрекеттесіп,

біркелкі сұйық фаза түзеді.

2.Цементит (Ғе3С) – темірдің көміртекпен химиялық қосылысы (темір карбиді) құрамында

6,67% С бар.

3.Аустенит (А) (С) – көміртектің γ темірге енгізетін қатты ерітіндісі.

4.Феррит – көміртектің α темірге енгізілген қатты ерітіндісі.

5.Темір – өтпелі ашық күміс түсті металл. Жоғарғы балқу температурасына ие -

. Қатты күйде темір екі модификацияға ие бола алады.

55

6.Құрамында көміртек мөлшері 2,14 % (6,67% дейін) жоғары кристалдану нәтижесінде

эвтектика (ледебурит) түзетін темір көміртекті қорытпа шойын деп атайды.

7.Перлит құрылымында көміртек мөлшері 0,8%, цементитте 6,67%.

8.Көміртекті болаттар деп құрамында 0,02..2,14% көміртегі бар, кристалдану нәтижесінде

аустенит түзитін темір көміртекті бар, кристалдану нәтижесінде аустенит түзитін темір

көміртекті қорытпа.

9.Құрамында 0,02% аз көміртектен тұратын қортпалар ерекше топты құрайды, оларды

техникалық темір деп атайды.

10.Темір цементитті жүйесіндегі эвтектиканы ледебурит деп атайды. Құрамындағы

көміртегі мөлшері 4,3 % .

10 Дәріс

Болаттар. Болаттардың жіктелуі мен таңбалануы.

1.Көміртегі мен қоспалардың болат құрамына әсер етуі.

2.Көміртегінің әсер етуі.