Темір негізіндегі конструкциялы материалдар

Темір негізіндегі конструкциялы материалдар.

 

 

Темір және оның басқа элементтермен әрекеттесуі.

 

      Болат деген атау берілген темір негізіндегі құймалар машина жасау өндірісінде, құрылыста, металлургия мен басқа да өндңрңс технологияларында үлкен рөл атқарады. Ядролық энергетикада әр түрлі төмен, орташа, жоғары легирленген болаттар кеңінен қолданылады. Бұлардан твэл қабықщаларын, бірінші және екінші контур трубаларын, бу қыздырғыштары мен жылу алмастырушы құрылғыларын сонымен қатар корпустар мен ядролық реакторлар бөлшектерін жасайды.

Темір- Менделеев кестесінде VIII топта орналасқан элемент.  

Темір құймаларының Менделеев  кестесіндегі басқа элементтермен  легирленген күй диаграммалары  тәжірибеде кең қолданыс тапқан.

     Сонымен қатар болатқа Si, Mn, Al сияқты әр түрлі технологиялық қосылыстар енгізіледі. Бұл оның қышқылдануына мүмкіндік береді. Яғни, легирлеу үшін негізгі металы таза металл болып келетін түсті құймаларға қарағанда, болатта әрқашан легирлеуші бастапқы комплекс болады (<2%C+0.8%Mn+<0.5%Si).

Осындай комплексі бар  темір көміртекті болат деп аталады  және легирленген болаттардың негізі болып табылады.

Легирлеуші элементтер:

Азот  болаттың барынша  беріктік қасиетін жоғарылатады және жылумен өңдеген уақытта оның бұзылуы мен шытынауға шыдамдылығын кемітпейді. Сондықтан оны көміртек керексіз қоспа болатын болаттардың  беріктендіргіші ретінде қолданады.

Титан, цирконий мен ниобий көміртекпен тұрақты карбидін түзеді, мысалы біріншілік TiC, NbC, Ti(C,N) және т.б және қосымша беріктендіргіш болып табылады.

Қорғасынды әдетте  конструкциялы  болаттарда легирлеуші қоспа ретінде  қарастырмайды. Бірақ, ол антифрикционды қасиетті арттыратын және болаттың өндіргіштігін  жақсартатаын элемент ретінде танылуда. Осындай элементтерге  S, P, Se және Te жатады. Осы элементтер жай конструкционды болаттарда зиян қоспа болып табылады.

 

Болаттардың классификациясы  мен маркировкасы.

 

        Техникада әр түрлі материалдар қолданылады: жылуға тұрақты, және ыстыққа тұрақты, коррозияға тұрақты, радиацияға тұрақты. Осылардың арасында қолдану көлемі жағынан ең алдыңғы қатарда конструкциялық болаттар тұрады.

 

Конструкциялық болаттардың  әр түрлі классификациялары бар.

1. Біркелкі құрылымы жағынан: эвтектоидқа дейінгі, эвтектоидты, эвтектоидтан ары, және ледебуритті болып бөлінеді.
2. Ауада суыту кезінде алынатын құрылымы жағынан: перлитті, мартенситті, аустенитті болып бөлінеді.
3. Негіздің құрылымы жағынан: хромды, хромникельді, хромникельмолибденді, марганецті, хромникельмарганецті, никельді және т.б.
4. Химиялық құрылымы жағынан: көміртекті, төмен легирленген, орташа легирленген, жоғары легирленген және темір негізіндегі құймалар.

 

Ст0, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6 деп  белгіленген болаттар қарапайым  сапалы болаттар деп аталады. Егер Ст-дан  кейін сан неғұрлым көп болса, соғұрлым болаттағы көміртек үлесі көп болады, ал ол өз кезегінде болаттың сапасын біршама жақсартады, яғни беріктігін көбейтіп, пластикалығын төмендетеді екен. Қышқылдану үлесіне мен шартына байланысты болаттар жай болаттар (мысалы, Ст6сп), қайнағыш болаттар (мысалы, Ст2сп) және жартылай жай болаттар болып бөлінеді.

Көміртекті сапалы конструкциялық болаттар екі таңбалы санмен белгіленеді. Олар көміртектің үлесін анықтайды. Мысалы 08,10,...,85.

Төмен көміртекті болаттар (08-25) жұмсақ болаттарға жатады,  бөлшектерді штамповка мен терең сүзгіштің көмегімен дайындайтын өндірістерде қолданылады.

Орташа көміртекті болаттар (30-50) нормализация мен жақсартудан кейін (шынықтыру 820-880 Т-да) немесе әр түрлі бөлшектер мен түйіндер үшін (әр түрлі валдар, шестерня мен фрикциондық дисктер) қолданылады.

Жоғары көміртекті болаттар шынықтыру мен демалыстан кейін серіппе, рессор, жоғары берікті сымдар және т.б. дайындау үшін қолданылады. Жоғары көміртекті болаттар Mn-тің жоғары үлесімен 0,7-1,0 (15Г, 20Г, 50Г ) болады екен.

 

Легирленген конструкциялық болаттарды құрамына байланысты әріптер мен сандармен белгіленеді. Көміртек пен темірден басқа элементтер әріптермен белгіленеді.

 

Жылуға төзімді және ыстыққа  берік болаттар

 

Жоғары температурада  жұмыс істеуге арналған болаттар мен құймаларды 3 топқа бөлуге болады: жылуға тұрақты 600-650 Т-да жұмыс істеуге  арналған; ыстыққа берік болаттар белгілі бір уақыт аралығында жоғары температурада жұмыс істейді; ыстыққа төзімді болаттар 550 Т-дан  жоғары температурада жұмыс істейді  және химиялық бүұзылуларға тұрақты  болады.

 

 

Перлитті болаттардың  құрамының анализі Fe-C жүйесімен негізделеді, ол Cr, Ni, Mo, V сияқты элементтермен легирленеді.

Хром болаттың коррозияға тұрақтылығын арттыру үшін енгізіледі. Хромды енгізу болаттың шынықтыруын  жақсартады. Сонымен қатар хромды енгізу кезінде болаттың соққыға  тұрақтылығы біршама төмендеп қалады екен.

 

Никель болаттың аустенит шашырауымен болатын шынықтыруын  және болаттың беріктігін жоғарылатады. Белгілі шарттарда никель T_x біршама төмендетеді. 1,5-2 үлесті никельдің көбеюі кезінде болаттың сынғыштығы арта түседі.

 

Молибден ферритті фазаның  беріктендіргіші болып есептеледі. Ферритте ери түсіп, Мо атомдардың байланыс энергиясын арттыра түседі екен, ал ол ферриттік фазаны қатайтып, рекристаллизация температурасын жоғарылатады, беріктікті арттырады. Осылай болаттың беріктігі 15М 500Т-да және 90МПа-ға тең болады. Молибденмен легирленген феррит берік болады.