Шойындар және оның түрлері

 

      Металды термиялық өңдеу тәжірибесі.

Термиялық  өңдеудің  кез келген түрі болатты белгілі  температураға  дейін қыздыруды  қажет етеді. Болат мұнай немесе  газбен  жағылатын  пештерде, кедергілі электр пешінде, балқытылған  қорғасын немесе тұз  құйылған  астауларда қыздырылады. Соңғы кезде  металдарды  қыздыру үшін  жоғары  жиілікті айнымалы  токты пайдаланып жүр. Термиялық  өңдеудің жұмыс өнімділігі қыздырғыш  пештердің  қыздыру  жылдамдығына  байланысты. Қыздыру  жылдамдығы  жоғары пештерге жататындар:индукциялы пештер, қорғасын астауы, тұз астауы, газ немесе мұнай пештері, ең  соңында –кедергілі электр пештері.

Термиялық өңдеу  мынадай  түрлерге  бөлінеді. 1.Күйдіру, 2.Нормальдау. 3.Шынықтыру (закалка), 4.Жұмсарту (отпуск). 5.Химия-термиялық өңдеу.

1. Күйдіру. Күйдірудің өзі мынадай  алты түрге бөлінеді:а)рекристализациялық күйдіру (қайта  кристалдау үшін),б)толық күйдіру,в)шала күйдіру,г) түйіршікті перлитке күйдіру, д)изотермиялық күйдіру, е)диффузиялық күйдіру.

а) Суық күйде өңделген (прокаттау, шпамтау,  созу т.б.) детальдардың  ішкі кернеулерін жою, тұтқырлығы  мен пластикалық қасиеттерін арттыру үшін оларды рекристалдық  күйдіру (қайта кристалдау)арқылы өңдейді.Рекристалдық  күйдіруде  металды рекристалдау   температурасынан (tº ) жоғары температураға  дейін (650-700ºC) қыздырып, біраз уақыт  сол температурада  ұстағаннан кейін  белгілі  жылдамдықпен суытады.

б)  Толық күйдіру эвтектикаға дейінгі  болаттарды толық өңдеу  үшін қолданылады.Толық  күйдіруде  металды Ас (GS сызығы) температурадан 20-40ºC жоғары  қыздырып, сол температурда  белгілі уақыт ұстағаннан  соң  аз жылдамдықпен(әдетте пешпен  бірге) суытады.Мұндай әдіспен өңделген  металдың структурасы  майдаланып, ішкі  кернеуі жойылады және  жұмсарып, механикалық  өңделгіштік қасиеті артады.

  в) Шала күйдіру арқылы өңдегенде  металды Ас мен Ас -тің аралығындағы  температураға біраз уақыт ұстағанннан соң аз жылдамдықпен  суытады.Термиялық  өңдеудің  бұл түрінде қайта кристалдану процесі толық цементит (эвтектоидқа дейінгі болаттығы) өзгермейді.

г) Түйіршікті  перлитке күйдіруде болатты 750-780ºC-қа дейін қыздырып, сол температурада біраз уақыт ұстағаннан  кейін  баяу  жылдамдықпен суытады.Термиялық өңдеудің бұл әдісі эвтектоидқа дейінгі және одан кейінгі болаттардың структурасын  түйіршікті  перлитке  айналдыру, пластикалық қасиетін арттырып, қаттылығы мен беріктігін  кеміту  үшін қолданылады.Бұл әдіспен құрал-саймандар  жасауға  арналған  болаттар өңделеді.

д) Изотермиялық  күйдіреуде болатты Ас  нүктесінен 20-40ºC жоғары  қыздырғаннан  соң, Аz  нүктесінен 500-200ºС температураға   дейін тез суытып, сол температура аралығында  белгілі уақыт ұстап, белгілі жылдамдықпен суытады.Өңдеудің  бұл  түріне  кететін уақыт  толық күйдіруге  қарағанда  әлдеқайд аз.

е) Диффузиялық күйдіруде болатты Ас  немесе Ас  нүктелерінен 30-50º жоғары температураға  дейін  қыздырып, сол температурада  ұзақ  уақыт ( ондаған сағат ) ұстап, 800-850ºC-қа дейін  пешпен бірге, сонан соң ауада суытады.

2.Нормальдау.Металды Ас  немесе  Ас  нүктелерінен 30-50ºCжоғары  температураға  дейін қыздырып, сол температурада  белгілі уақыт ұстағаннан  кейін  ауада  суыту  арқылы өңдеуді  нормальдау  дейді. Қыздырған  кезде болаттың структурасы аустенитке айналып, суынғанда, күйдіргендегі сияқты, оның структурасындағы  көміртегінің  мөлшеріне байланысты ферритперлитке  немесе  перлит-цементитке айналады.

Нормальдау процесінде  болаттың суыну температурасының дәрежесі жоғары  болғандықтан  жоғары  дисперциялы  перлит  түзіліп, эвтектоид  ертісіндегі  перлиттің мөлшері артады.Сондықтан нормальданған болаттың  күйдірілген болатқа қарағанда қаттылығы мен беріктігі жоғары  болады.Нормальдау болаттың  тығыздығы мен ішкі кернеуін  жою үшін,  орташа  мөлшерлі  көпіртекті  болатттардың  механикалық қасиеттерн  арттыру   және  болатты одан әрі өңдеуге (термиялық өңдеу, штамтау, механикалық өңдеу т.б.) дайындау үшін  қолданы

3.Шынықтыру (суару). Металды кризистік нүктеден 30-50ºC жоғары  қыздырып,  сол температурада  біраз  уақыт  ұстағаннан  кейін үлкен жылдамдықпен  суытуды  шынықтыру  дейді.Осының  нәижесінде  болаттың  структурасы мартенситке  айналып, қаттылық, беріктік, үйкеліске  беріктік  қасиеті  артады.

Шынықтыру толық шынықтыру  және шала  шынықтыру  болып екіге  бөлінеді.Қыздыру  температурасы  болаттың  құрамындағы  көміртегінің  мөлшеріне  байланысты  болады. Эвтектоидқа дейінгі болаттардың структурасы феррит пен перлиттен трады. Осы болаттың Ас нүктесінен жоғары температураға дейін қыздырсақ, оның структурасы аустенитке, ал кризистік жылдамдықпен суытсақ мартенситке айналады. Металды термиялық жолмен осылайша өңдеу әдісін толық шынықтыру деп атайды.

Термиялық өңдеуде суытқыш  орта ретінде су, ауа, майлар және тұздар ерітіндісі пайдаланады. Көміртекті шойындардың кризистік суыну жылдамдығы жоғары болғандықтан, аустениттің тұрақсыз күйіне сәйкес, температура аралығында оларды үлкен жылдамдықпен суыту үшін суытқыш орта ретінде су қолданылады. Суда шынықтырылған  шойынның кемшілігі оның майысатындығында және онда сызаттар мен ішкі кернеулердің пайда болуында. Осы кемшіліктерге жол бермеу үшін шойынды суыту жылдамдығы әр түрлі ортада суытады.

Шынықтыру әдісі мынадай  түрлерге бөлінеді: бір суытқыш ортада шынықтыру, үзілісті шынықтыру, сатылы шынықтыру изотермиялық шынықтыру, жергілікті шынықтыру.

Бір суытқыш ортада шынықтыру  термиялық өңдеудің басқа түрлеріне  қарағанда техникада жиі қолданылады. Термиялық өңдеудің бұл түрінде болат белгілі температураға дейін қыздырылып, сол температурада біраз уақыт ұсталғаннан соң, белгілі ортада (су, май) кризистік жылдамдықптан жоғары жылдамдықпен суытылады.

Металды бірден әр түрлі  суыту орталарында шынықтыру  арқылы өідеуді үзілісті шынықтыру  деп атайды. Шынықтыру температурасына дейін қыздырылған болатты аустениттің тұрақсыз күйіне сәйкес температура интервалынан тез өткізу үшін мартенситті өзгеріс температурасынан жоғары температураға дейін майда суытады.

Сатылы шынықтыруда  шынықтыру температурасына дейін қыздырылған болат  мартенситтің өзгеріс температурасынан шамалы жоғары температураға дейін қыздырылған ортаға салынып, біраз уақыт ұсталғаннан кейін, ауада баяу жылдамдықпен суытылады. Соның нәтижесінде болаттың структурасы аустенит мартенситке айналады.

Изотермиялық шынықтыру сатылы шынықтыруға ұқсас, айырмасы тек мынада ғана: аустенит цементит-феррит қоспасына ( сорбит, тростит) немесе ине тәрізді троститке ( бейнитке ) айналу үшін болатты қыздарған ортада, аустениттің изотермиялық өзгеріс температурасынан төменгі температура аралығында суытады. Изотермиялық шынықтыру 250-400ºС температурада жүреді. Изотермиялық әдіспен шынықтырылғын болаттың механикалық қасиеті оның структурасына байланысты.

Жергілікті шынықтыру  металдардың белгілі бөліктерін өңдеу үшін қолданылады. Термиялық өңдеудің бұл әдісінде болатты балқытылған қорғасында немесе жоғары жиілікті индукциялы пештерле қыздырады.

4. Жұмсарту. Болатты абсолют (723ºС) температураға дейін қыздырып, қайта суытуды жұмсарту дейді. Жұмсарту металдың түріне байланысты әр түрлі температураға дейін қыздыру арқылы жүргізіледі. Нәтижеде металлдың қаттылығы, беріктігі, үйкеліске беріктігі төмендеп, тұтқырлығы мен пластикалық қасиеттері жоғарылайды. Жұмсарту, қыздыру температураға байланысты төмен температурада (200Сº), орташа температурада (200-300ºС) және жоғары температурада (500-550ºС) жұмсарту болып үшке бөлінеді. Төмен температурада жұмсарту нәтижесінде болаттың ішкі кернеуі жойылады, орташа температурада жұмсартуда болаттың ішкі кернеуі жойылып, қаттылығы мен берікітігі  төмендеп, пластикалық қасиеттері жоғарылайды. Жоғары температурада жұмсартылған болаттың структурасы сорбитке айналады.

5. Химия-термиялық өңдеу. Химия-термиялық өңдеу деп болаттың беттің химиялық құрамы мен құрылысын және қасиетін өзгертетін термиялық өңдеуді айтады. Химия-термиялық өңдеуен өткен болат бетінің қасиеті ( қаттылығы, үйкеліске беріктік т.б. қасиеттері) артады.

Химиялық-термиялық өңдеу  цементтеу ( цементация ), азоттау, циандау  және диффузиялық металдау болып  бөлінеді. Төмен көміртекті болат  бетін   1123-1223ºК (850-950ºС ) температурада көміртекті ортада  (карбюризатор) көміртегімен қанықтыруды цементтеу деп атайды. Бұл процесс қатты, сұйық, газ тәрізді карбюризаторларда жүргізіледі.

Азоттау процесі 773-873ºК (500-600ºС) температурада аммиак (NH) атмосферасында жүргізіледі. Бұл температурада аммиак мына 2NH=2N+3H реакциясы бойынша ыдырайды, Нәтижеде бөлінген азот атомы болаттың бетіне енеді. Азоттау процесі шынықтыру, жұмсарту, механикалық өңдеу, кейде шлифтеу процестерінен кейін жүргізіледі.

Циандау  деп металдың бетін азот және көміртегімен қанықтыру процесін айтады. Бұл процесте циандалған металл қабатының қалыңдығы 0.1-0.2мм-ге жетіп, қаттылығы, үйкеліске беріктігі, серпімділік шегі артады. Металды циандау процесі қатты (60-80% ағаш көмірі, 20-40% сарықап тұзы), сұйық ( NaCO ,NaCl ,NaCN, Ca(CN) тұздары), газ тәрізді (70-80% табиғи газ, 20-30% аммиак қоспасы ) ортада жүргізіледі. Циандау процесі 1123-1173 ºK (850-900ºC) температурада жүргізіледі.

Диффузиялық металдау процесінде болаттың беті алюминий, хром, кремний, бор, бериллий т.б. элементтерімен қанықтырылады. Мұндай өңдеуден өткен болаттың отқа, қышқылға төзімділігі, коррозияға, үйкеліске беріктігі артады.   

 

 

  

 

 

   Қорытынды

Шойынды жауаптылықты қажет  етпейтін детальдар жасау үшін қолданады. Шойынның бұл түрі машина жасау өндірісінде тісті дөңгелектер, тежеуіш барабандар, біліктер т.б. әр түрлі машина детальдар жасау үшін қолданылады. Шойындар қазіргі таңда ауыл шаруашылығындағы бірден  бір қажет қоспа.

Термиялық өңдеу деп  металдың беттің химиялық құрамы мен құрылысын және қасиетін өзгертетін термиялық өңдеуді айтады.Термиялық өңдеу ол осы шойындар немесе тағы да басқа металдардың  суыққа, ыстыққа, тозуға қасиеттерін жоғарыда айтылғандай әдістермен арттырады.

 Мұндай өңдеуден  өткен болаттың отқа, қышқылға төзімділігі, коррозияға, қаттылығы,  серпімділік шегі, үйкеліске беріктігі артады.   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Қолданылған әдебиеттер

   1. Смағұлов Д.Ұ. «Металлография» Алматы, 2001, 375б.

   2. Омаров А.Қ.  «Металдар мен конструкциялық материалдар технологиясы» Алматы, 1970, 306 б.

   3. www.google.kz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                  Глосаррий

Шойындар деп құрмында 2.14%-тен артық көміртегі болатын темір көміртекті қорытпаларды айтады.

Модификациялау-беріктігі жоғары шойын алу. 

Циандау  деп металдың бетін азот және көміртегімен қанықтыру  процесін айтады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қосымшалар

 

   

 

1-сурет. Шойынның түрлерінің микроқұрылымдарының ықшам сызбалары.

 

 

 

№ плавки	С	Si	Мn	Р	S	Mg	Ni	Mo	Сu	Температура аустенитного превращения, °С
1	3,29	2,67	0,24	0,062	0,010	0,047	-	-	-	900
2	3,50	2,66	0,60	0,062	0,010	0,042	-	-	-	900
3	3,43	2,46	0,97	0,060	0,009	0,055	-	-	-	900
4	3,49	2,69	1,23	0,041	0,005	0,061	-	-	-	900
5	3,47	2,56	0,27	0,032	0,009	0,054	0,65	-	-	880
6	3,49	2,42	0,28	0,061	0,010	0,058	0,97	-	-	880
7	3,50	2,55	0,27	0,061	0,011	0,062	1,90	-	-	875
8	3,46	2,64	0,25	0,060	0,010	0,060	3,82	-	-	855
9	3,44	2,63	0,42	0,042	0,009	0,065	-	0,19	-	880
10	3,56	2,69	0,43	0,040	0,007	0,065	-	0,36	-	880
11	3,46	2,69	0,45	0,041	0,006	0,056	-	0,63	-	890
12	3,36	2,74	0,42	0,042	0,009	0,050	-	0,74	-	890
13	3,47	2,76	0,34	0,031	0,017	0,043	-	-	0,74	900
14	3,44	2,68	0,36	0,031	0,013	0,056	-	-	1,58	900
15	3,58	2,78	0,55	0,031	0,014	0,037	0,54	-	-	900
16	3,50	2,78	0,34	0,030	0,012	0,043	0,53	0,17	-	900
17	3,41	2,12	0,34	0,017	0,015	0,057	1,38	0,32	-	850
18	3.66	2,51	0,53	0,028	0,015	0,059	1,34	0,26	-	880
19	3,75	2,63	1,14	0,033	0,013	0,049	-	-	1,04	880
20	3,58	2,52	0,51	0,031	0,008	0,057	-	0,21	0,53	900
21	3,53	2,44	0,50	0,030	0,011	0,056	-	0,25	1,37	900
22	3,48	2,76	0,45	0,032	0,016	0,050	0,53	0,27	0,63	900