Металтану және термиялық өндеу

3.Қоспалардың әсер етуі.

4.Легирлеуші элементтерді тағайындау.

5.Болаттағы легирлеуші элементтердің таралуы.

6.Болаттардың таңбалануы мен жіктелуі.

7.Болаттардың жіктелуі.

8.Болаттардың таңбалануы.

9.Кәдімгі сапалы көміртекті болаттар (ГОСТ 380).

10.Сапалы көміртекті болаттар.

11.Сапалы және жоғары сапалы легирленген болаттар.

12.Легирленген құрылымдық болаттар.

13.Легирленген инструментальды болаттар.

14.Тез кескіш инструментальды болаттар.

15.Шарлы-подшипникті болаттар.

Болаттар едәуір көп тараған материалдар болып табылады. Құрамы жағынан техникалық

жақсы. Өнімдерді қысым мен кесу өңдеу барысында алады.

Өңдеу түрі мен құрамын өзгерте отырып, керекті жинақ аламыз, бұл оның негізгі

артықшылығы. Болаттарды көміртекті және легирленген деп ажыратамыз.

Көміртегі мен қоспалардың болат құрамына әсер етуі.

Көміртекті болаттар негізгі болаттар болып саналады. Олардың қасиеті көміртегінің

мөлшерімен және қоспалардың құрамымен темір көміртекпен әрекеттесетін анықталады.

Көміртегінің әсер етуі.

Көміртегінің болат құрамына әсер етуі 10,1 суретте көрсетілген.

56

Сур.10.1.Болаттың қасиетіне комиртектің әсері

Болаттағы көміртегі мөлшерінің өсу нәтижесінде оның құрамындағы цементит мөлшері

артып, сонымен қатар феррит мөлшері кеми түседі. Құрамдас бөліктерінің арақатынасының

өзгеруі пластикалығының азаюына, сонымен қатар беріктілігі мен қаттылығының артуына

әкеп соқтырады. Беріктілігі құрамындағы көміртек мөлшерінің 10 %-ға дейін болғанда ғана

өседі, содан кейін ол төмендейді, себебі екіншілік цементиттің бұзық торы түзіледі.

Көміртек тұтқырлыққа әсер етеді. Көміртегіні арттырған жағдайда морт сынғыштық артып

екпінді тұтқырлығы азаяды.

Электркедергісі мен коэрцитивті күш артып, магнит өтімділігі мен магнит индукциясының

тығыздығы азаяды.

Көміртек одан басқа технологиялық құрамына да әсер етеді. Көміртегі мөлшерінің артуы

болаттың литейлі құрамын нашарлатады ( құрамындағы көміртек мөлшері 0,4 %-ға шейін

болаттар қолданылады); мысалы қысыммен, балқығыштығымен және кесумен өңделуі. Тағы

да айта кететін болсақ, құрамындағы аз көміртекті болаттарда кесумен қатар өңделеді.

Қоспалардың әсер етуі.

1.Тұрақты қоспалар кремний, марганец, күкірт, фосфор. Марганец пен кремний болат

балқу процесінде қышқылсыздандыру мақсатында енгізіледі, олар технологиялық қоспалар

болып табылады.Марганец құрамы 0,5...0,8 %-дан аспайды. Марганец беріктілікті

арттырады, пластикалықты төмендетпейді, күкірттің әсерінен пайда болған болаттың морт

сынғыштығын азайтады. Күкіртпен марганец сульфидін MnS түзіп, темір сульфидінің FeS

құрамын азайтады. Марганец сульфидтері бөлек қоспалар ретінде орналасады, олар

деформацияланып прокатканың барлық ұзындығы бойына созылымды болып

келеді.Кремний құрамы 0,35...0,4 %-дан аспайды. Кремний, металды газсыздандырып,

құйманың тығыздығын арттырады. Кремний феррит құрамында балқып, болаттың

беріктілігін арттырады, сонымен қатар аққыштық шегі де артады. Бірақ кейбір кездерде

пластикалығының төмендеуі байқалады, бұл болаттың ұзаруын төмендетеды. Фосфордың

болат құрамындағы үлесі 0,025...0,045 % құрайды. Фосфор феритте еріп, кристалдық торды

тоздырады да аққыштық шегі мен беріктілік шегін арттырады, бірақ пластикалығы мен

тұтқырлығын азайтады. Фосфор құрамының әрбір 0,01 % өсуі морт сынғыштық шегін 20...25

°С арттыра түседі. Фосфор ликвацияға бейімділік қасиетіне йе, сондықтан да құйма

ортасында орналасқан аймақтарда тым төмендетілген тұтқырлыққа йе. Кейбір болаттар үшін

фосфор құрамын 0,10...0,15 % дейін арттыруға болады, себебі бұл кезде кесумен өңдеуге

оңай. S- пластикалық, балқығыштық және коррозиялық төзімділік төмендейді. Р- кристалл

торын бұзады.

Болаттың құрамындағы күкірттің үлесі 0,025..0,06 % құрайды.

Күкірт – зиянды қоспа, болатқа шойын арқылы түседі. Темірмен әректтескенде химиялық

қосылыс – күкірт сульфидін түзеді FeS. Темірмен қосылып жеңіл қорытпалы эвтектика

түзеді, қайнау температурасы 988°С. Қыздырғанда не темірді соққанда эвтектика балқиды,

57

дәндер арасындағы байланыс үзіледі. Эвтектика орналасқан жерлерінің деформациялануы

кезінде жарықшалар мен тесіктер пайда болуы мүмкін, сондықтан жоғары температурадағы

дайындаманың бұзылуы байқалады. Красноломкость – жоғары

температурада мортсынғыш пайда болады.Күкірт механикалық қасиеті төмендетеді, әсіресе

соққы тұтқырлықты және пластикалылықты, сонымен қатар төзімділік шегін. Ол сонымен

қатар пісуді төмендетіп және де коррозиялық күйін төмендетеді.

2. Жасырын қоспалар – газдар ( азот, оттегі, сутегі) – темірге балқу кезінде түзеді. Азот

және оттегі болаттың құрамында сынғыш күйде, яғни металл емес күйде болып келеді:

қышқылдар ( FeO, SiO2, Al2O3) нитриттер ( Fe2N) қатты ерітінді түрінде немесе бос күйде,

дефекттарда жайғасады ( раковиндер, жарықтарда). Дайындама енгізу ( азот N4 ,оттегі О)

төменгі температурада мортсынғыштік (хладноломкость) табалдырығын жоғарлатып,

мортсынғыштың бұзылуына қарсы тұрады.

Болатта балқытылған сутегі өте зиянды болады, нәтижесінде болат сынғыш болып келеді.

Ол катанды дайындама және поковтың түзілуіне алып келіп соқтырады.

Флокендер – овальді немесе дөңгелек формадағы жұқа жарық, дақ түрінде келуі – күміс

түсті жапалақ.

Өндірісте металлды флокенмен қолдануға болмайды, сварка кезінде салқын жарықтар

тұрақты металда пайда болады.

Егер сутегі жоғары қабатта орналасса, онда ол 150...180 градуста жойылады, вакуумда

жақсырақ ~ 10~,, 10~ ммрт.ст..

Жасырын қоспаны жою үшін вакуумды қолданады.

3. Арнайы қоспалар – берілген қасиет алу үшін металға арнайы енгізіледі. Қоспалар

лигерлен элементтер дейміз, ал болат – легирленген болат.

Легирлинген элементтерді тағайындау

Хром негізгі легирлеуші элемент болып табылады (0,8... 1,2)%. Ол қыздырғандықты

(прокаливаемость) күшейтеді, есебінде жоғары дәрежелі және тұрақты қатты болат

алынады.Хромитті темірдің төменгі температурада мортсынғыштік (хладноломкость)

арттырады. +20...-60С

Марганец - қыздырғандықты үлкейтеді, бірақта дәннің өсуіне себеп болады, және де

төменгі температурада мортсынғыштік (хладноломкость) табалдырықты арттырады. +40...-

60С.

Титан ( ~0,1%) хромомаргенцті болатпен майдалау арқылы дәнді шығарады.

Молибденнің кіріспесі ( 0,15...0,46%) хромды болаттар қыздырғандықты арттырады,

төменгі температурада мортсынғыштік (хладноломкость) табалдырық төмендейді -20 дан... -

120С. Молибден статикалы үлкейеді, динамикалық және берікті болат шаршайды, ішкі

қышқылдану септігінен қорғайды. Сонымен қатар, никельдің қатысуымен молибден

болаттың мортсыну септігін төмендетеді.

Ванадий өз мөлшерінде ( 0,1...0,3)% хромды болатта дәнді майдалап отырып, олардың

беріктігімен және тұтқырлығын жоғарлатады.

Никельдің хромды темірінің кіріспесі, өз кезегінде беріктігімен және қыздырғандықты

жоғарлата отырып, төменгі температурада мортсынғыштік табалдырығын төмендетеді,

бірақта мортсынғыштың бейімделуін арттырады. Хромоникельді болат, өте жақсы қасиетке

ие. Бірақ никель таптыртпайтын элемент, сондықтан да оларды қолдану шегі бар.

Көп мөлшерлі никельдің орнына мысты қолдануға болады, ол тұтқырлықты

төмендетпейді.

Хромомарганецті болатпен кремнийді лигерлеу кезінде сильхром болат алынады ( 20ХГС,

30ХГСА). Болат өз кезегінде үйлесу жағынан өте беріктігімен және тұтқырлығымен белгілі,

жақсы қайнатылады, штамталып және кесілуімен өңделеді. Кремний соққы тұтқырлықпен

және температуралық артық тұтқырлықты жоғарлатады.

Корғасын қосып, кальций –кесуді өңдеумен жақсартады. Термиялық өңдеу кезінде

нығайту арқылы комплексті механикалық қасиетті жақсартады.

Болатта легирлеуші элементтерді реттеу.

58

Көбінесе легирлеуші элементтер теміроксидінің фазасында ериді (феррит, аустенит,

цементит), немесе арнайы карбид түзейді. Легирлеуші элементтердің еруі, негізінде темір

атомдарымен сол элементтердің атомдарымен араласуы кезінде жүзеге асады. Бұл атомдар

торда қуат береді, сондықтан олардың периоды өзгереді. Тор көлемінің өзгерісі феррит

қасиетінің өзгеруіне алып келіп соғады – беріктік жоғарлайды, пластикалылығы төмендейді.

Хром, молибден және вольфрам беріктігін азайтады,кремний, марганец,никельге қарағанда,.

Молибден және вольфрам, сонымен қатар кремний және марганец белгілі мөлшерде

тұтқырлықты төмендетеді.

Болатта карбиттер металл болып келеді, Менделеев кестесіндегі темірдің сол жағында

орналасқан (хром, ванадий, титан), электронды жолақты құрастырып үлгерген.

Процесте карбид құраушы оттегі өзінің валенттік электронын металл атомындағы

электрон жолағының толуына береді, содан кейін металдың валенттік электроны металдық

қатынас орнатады, сондықтан карбидтердің металдық қасиеттеріне себеп болады.

Көміртегі мен темірдің атомдық радиусының қатынасы 0,59 артық болса химиялық

қосылысты береді: Fe3C, Mn3C, Cr23C6, Cr7C3, Fe3W3C~ бізге қиын кристалдық торды береді

және аустенитте балқиды.

Көміртегі мен темірдің атомдық радиусының қатынасы 0,59 кем болса еңгізу фазаларды

береді: Mo2C, WC, VC, TiC, TaC, W2C – бізге жай криталдық торды беріп, аустенитте қыин

балқиды.

Барлық карбидтер жоғары қаттылығымен және температуралық балқуымен ерекшеленеді.

Классификация және болатты маркілеу. Болат классификациясы

Болаттар көп түрімен классификацияланады.

1.Химиялық құрамымен: комиртекті және лигерленген

2.Көміртегі құрамымен:

-төменгі көміртекті, көміртегі болуының 0,25-ке% дейн

-орташа көміртекті , көміртегі болуының 0,3...О,б% дейн

- жоғарға көміртекті, көміртегінің болуы 0,7% астам

3.Тең құрылысымен: эвтектоидқа дейін, эвтектоидты, эвтектоидтан кейінгі.

4.Сапасы бойынша:сапалы мөлшер көрсеткіші жағынан зиянды қоспа: күкірт және

фосфор:

-0,04S , P< 0.08% - комиртекті болатты жай сапалы

- 0,03 S , P< 0,04%- сапалы болат

5.Балқыту тәсіліне қарай:

-мартен пештерде;

-ауа конверторларында;

-электр пештерінде: электр доғалық, индукциондық және т.б.

6.Мақсатына қарай:

-конструкциондық-машиналардың бөлшектері мен механизмдерін жасау үшін

қолданылады;

-құрал-жабдықтық-әр-түрлі құрал-жабдықтарды жасау үшін қолданылады;

-арнайы-ерекше қасиеттері бар болаттар: электротехникалық, ерекше магниттік

қасиеттерімен және т.б.

Болаттардың маркіленуі

Болаттардың қабылдалған әріптік-сандық белгіленуі қарапайым сапалы көміртекті

болаттар(ГОСТ 380).

Болаттарда күкірт пен фосфордың көп мөлшері кездеседі: СТ.2кп.,Ст.3кп.,Ст.4сп.

болып маркіленеді. СТ-берілген болат тобының индексі. 0-ден 6-ға дейінгі сандар-бұл болат

маркісінің шартты нөмірі. Маркі номірінің ұлғайған сайын болаттың төзімділігі

жоғарылайды, ал икемділігі төмендейді.

Жеткізу кепілдігіне қарай болаттың 3 тобы белгілі: А, Б және В топтары. А тобы

болаттары үшін жеткізу кезінде механикалық қасиеттеріне кепілдік беріледі, ал А

тобындағы белгілеуде индекс көрсетілмейді. Б тобындағы болаттар үшін химиялық

59

құрамына кепілдік беріледі. В тобы болаттары үшін механикалық қасиеттерине де, химиялық

құрамына да кепілдік беріледі. кп, пс, сп индекстері болаттың қышқылдану дәрежесін

көрсетеді: кп-қайнау дәрежесі, пс-жартылай қалыпты, сп-қалыпты.

Сапалы көміртекті болаттар

Механикалық қасиеттері мен химиялық құрамы бойынша кепілдендірілген сапалы болаттар

жеткізіледі(В тобы). Қышқылдану дәрежесі, негізінен қалыпты. Конструкциондық-

сапалық көміртекті болаттар. Екі таңбалы санмен, яғни құрамындағы жүздік пайыздық

үлесіндегі көміртекпен маркіленеді. Қышқылдану дәрежесі көрсетіледі, егер ол қалыптыдан

ерекшеленсе ғана.

Болат 08 кп, болат 10 пс, болат 45. Көміртектің үлесі, сәйкесінше, 0,8%, 0,10%,0,45.

Құрал-жабдықтық-сапалық көміртекті болаттары У әрпімен және құрамындағы көміртегі

пайыздың жүздік үлесіндей(көміртекті құрал-жабдықтық болат) болатын санмен

маркерленеді. Болат У8, болат У13. Көміртектің үлесі, сәйкесінше, 0,8% және 1,3%.

Құрал-жабдықтық-жоғары сапалық көміртекті болат. Құрал-жабдықтық-сапалық көміртекті

болат тәрізді маркіленеді, тек маркі соңында (болаттың жоғары сапалы екендігін көрсету

үшін А әрпі көрсеіледі) Болат У10А.

Сапалы және жоғары сапалы легирленген болаттар. Сандық-әріптік түрде

таңбаланады. Легирленетин элементтер шартты түрде таңбаланады. Орыс алфавитіндегі

әріптермен белгіленеді. Легирленетин элементтердің белгіленуі: Х-хром, Н-никель, М-

молибден, В-вольфрам, К-кобальт, Т-титан, А-азот(маркінің ортасында көрсетіледі), Г-

марганец, Д-медь,Ф-ванадий, С-кремний, II-фосфор, Р-бор, Ц-цирконий, Ю-алюминй.

Легирленген конструкционды болаттар.

Болат15Х25Н19ВС2. Маркінің басында екі таңбалы сан, құрамындағы көміртегі

пайыздың жүздік үлесін көрсетеді. Одан әрі легирленетін элементтер көрсетіледі. Элементке

шамалы ғана жетер жетпейтін сан оның пайыздағы құрамын білдіреді. Егер сан болмаса,

онда элемент құрамы 1,5%-дан аспайды. Көрсетілген маркіде болаттың құрамында

көміртегінің 0,15%, хромның 25%, никельдің 19%, вольфрамның 1,5%, кремнийдің 2 % бар

екенін көрсетеді. Жоғары сапалы легирленген болаттарды белгілеу үшін маркі соңында А

символы қойылады.

Легирленген құрал-жабдықтық болаттар.

Болат 9ХС, болат ХВГ.Маркі басындағы біртаңбалы, құрамындағы көміртегі

пайыздың жүздік үлесін көрсетеді. Құрамындағы көміртегі 1%-дан аспайды. Одан әрі

легирленетін элементтер көрсетіледі. Кейбір болаттар стандартты емес болып таңбаланады.

Тез кесілетін құрал-жабдықтық болаттар. Болат Р18. Р-берілген болат тобының

индексі(rapid-жылдамдық). Құрамындағы көміртегі 1%. Бұл сан негізгі легирленетін

элементті-вльфрамды көрсетеді. Көрсетілген болат құрамындағы вольфрам-18%. Егер

болаттар құрамында легирленетін элементтер болса, олардың құрамда болуы сәйкесінше

элементтің белгіленуінен кейін ғана көрсетіледі. Шар тәрізді подшипникті болаттар. Болат