Жалпы мәлімет

Кө міртекті болаттар – технологиялық жә не арзан, ә рі аса зә ру емес материал. Олар қ ажетті механикалық қ асиеттерін белгілі бір физикалық қ асиеттерімен ұ штастыра алады (магниттік қ асиеттері, электр ө ткізгіштері). Бұ л берілген болаттарды алу ү шін мынадай жылу ө ң деу тү рлері жасалады: жасыту, қ алыпты кү йге тү сіру, сондай-ақ шынық тырып тү сіру.

Метеллургиялық зауыттар кө міртекті болаттарды қ алыпқ а тү сіріп жасытқ аннан кейін ә ртекті прокат тү рінде шығ арады. Қ ұ йылғ ан не қ ақ талғ ан ө німдерді дайындағ анда олар ө ндіруші зауыттарда алдын-ала жылумен ө ң деуден ө теді. Кейбір ө німдер ү шін (ө ткізгіштер, электромагниттердің кіндіктемірлері, трансформаторлар) олардың пайдалану қ асиетін анық тауғ а жасыту жылумен ө ң деудің соң ғ ы операциясы болып табылады. Ал қ алыпты кү йге тү сіру аса кө п салмақ кү шін қ ажетсінбейтін аспаптар тетіктері ү шін қ олданылады. Беріктігі жоғ ары, мығ ым, тозуғ а тө зімді материалдардан жасалғ ан аспаптар тетіктері, сондай-ақ жоғ ары магниттік кү шті талап ететін тұ рақ ты магниттер қ осымша жылумен ө ң деуге - шынық тырып тү сіруге ұ шыратылады. Қ ұ рышты жылумен ө ң деу арқ ылы белгілі бір қ асиеттерін пайдалану мү мкіндігі олардағ ы полиморфтық тү рленудің барлығ ымен тікелей байланысты.

Болаттарды жылумен ө ң деудің барлық тү рлері қ ыздырудан, тағ аттық тан жә не суытудан тұ рады. Қ ыздыру белгілі бір қ ұ рылымды алуды қ амтамасыз етуге тиіс, сондық тан қ ыздырудың температурасы қ ұ рыштың шарық тау нү ктелері мә ндерімен анық талады (1-сурет).

1 сурет. Болаттың жылу ө ң деу кестесі

Эвтектоидқ а дейінгі болаттағ ы біркелкі қ ұ рылым (феррит жә не перлит) ₁ температурадан жоғ ары қ ыздырғ анда ішінара қ айта қ атқ ылдануғ а ұ шырайды, бұ л жағ дайда перлиттік колония ұ сақ аустенит дә ндер тобына тү рленеді. Қ ұ рылымның толық тай аустенитке қ атқ ылдануы температурадан жоғ ары қ ыздырғ ан кезде мү мкін. жә не 30⁰-50⁰С-ден жоғ ары қ ыздырғ анда аустенит ұ сақ кү йде сақ талады. Бұ дан жоғ ары қ ыздыру аустенит дә ндерінің ө суіне ә келіп соқ тырады. Эвтектоидқ а дейінгі болатта температурадан жоғ ары қ ыздырғ анда перлиттің цементит торымен біркелкі қ ұ рылымы да жартылай қ атқ ылданады. Бір фазалық аустениттік қ ұ рылым алу -нан жоғ ары қ ыздырғ ан кезде мү мкін. Қ ыздыру кезіндегі тағ аттық толық жылытуды жә не ө німнің тұ тас қ имасы бойынша қ ажетті қ ұ рылымыды алуды қ амтамасыз етеді.

Суыну жылдамдығ ы аустенитті қ айта суыту дә режесін анық тайды, бұ л – оның фазалық тү рлену температурасы болғ андық тан қ ұ рыштың соң ғ ылық ты қ ұ рылымы мен қ асиетін айқ ындайды. 45 эвтектоидқ а дейінгі кө міртектіік болаттың суыну шапшаң дығ ына байланысты ә ртү рлі қ ұ рылымның пайда болуы жылу кинетикалық диаграммамен кө рсетіледі (2-сурет). Суынудың тө менгі жылдамдық тарында (кө міртектіік болаттардың пештің ө зінде не ауалық кең істікте суынуы) тү рлену 500⁰жоғ ары температурада болады, мұ нда аустениттік перлиттік тү рленуі байқ алады. Бұ л процесс алдында эвтектоидқ а дейінгі болатта- феррит, ал эвтектоидтан кейінгі болатта- цементит бө лініп шығ ады. Егер суыну температурасы шарық тау шегінен жоғ ары болса(мә селен кө міртектіік болаттың суда суыну) тү рлену температурадан тө мен болғ анда іске асады, бұ л кезде аустениттің мартенисттік тү рленуі байқ алады. Егер суыну температурасы шарық тау шегінен біршама тө мен болса(мә селен кө міртектіік болаттың майда суыну) мартенисттік тү рлену алдында аустенитті 500⁰С- аралығ ында бейнетке айналуы іске асады.

Аустениттік перлиттік тү рленуі кө міртегімен байытылғ ан орындар мен дә ндер шекарасында цеменит шекарасында цеменит ө скіндерінің пайда болуымен басталады. Цементит кристалды дә ндердің терең дігі шекарасынан пластинка тү рінде ө сіп шығ ады. Цементит ө суі диффоздың бө лігіне жайылуын жә не аустенит учаскелерін қ амтуын тудырады, осының нә тижесінде қ алыпты механизм бойынша феррит тү зілетін полиморфтық тү рлену басталады. Қ алыпты механизмдегі полиморфтық тү рленуде кристалл бейберекет, бір-бірімен байланыссыз атомдардың атомаралық қ ашық тық тарда алмасуы нә тижесінде ө сіп отырады. Пайда болғ ан фазалардың екеуі де (феррит жә не цеменит) пластинка тә різдес жә не аустениттік дә ндер аумағ ынан ө сіп, перлиттік колонияларды қ ұ райды.

2 сурет. Аустенит салқ ындатқ ан айналуынның жылу кинетикалық диаграммасы:

а – эвтектоидті болат; б – 0, 39% С, 1% Сг; 0, 15% МҚ бар, эвтектоидқ а дейінгі қ оспалы болат. Эвтеткоидті болат ү шiн салқ ындатқ ан аустенит изотермиялық айналу диаграммағ а сә йкес, диаграммадағ ы нә зiк сызық тар

Суыну жылдамдығ ының кө терілуі мен аустениттік тү рлену температурасы тө мендейді, мұ нда колониядағ ы пластинкалық аралық қ ашық тық азайып, қ аттылық пен беріктік артады.

Аустениттік мартенситтік тү рленуі кө міртегі атомдарының диффузиондық алмасуынсыз ө теді. -мен араласқ ан бар кө міртегі торда қ алып қ ояды. Кү штілігі мол қ атқ ыл ерітінді тордың бұ зылуын туғ ызады. Мұ ндай мү мкіндік дә режесі жоғ ары ерітіндісі алу кө міртегі араласуының -мен салыстырғ анда -да едә уір тө мен болуымен байланысты.

Полиморфтық тү рлену мартенисттік механизм бойынша жү реді. Кристалл қ озғ алыс кезіндегідей атомаралық қ ашық тық тан аз мө лшердегі реттелген кооперативтік атомдар алмасуы нә тижесінде артып отырады. Атомдар бұ л жағ дайда салыстырмалы тү рде қ асындағ ыларғ а қ арағ анда аз орындарын ө згертпейді.

Мартенисттік тү рлену аустенит дә ндері шегінде дамып отырады жә не қ алың дығ ы 10^{-3 мм пластилин формасындағ ы жаң а кристалдардың тү зілуіне ә келіп соқ тырады.}

Мартенсит-перлиттік қ ұ рылымдардан жоғ ары беріктігімен жә не нә зіктігімен ерекшеленеді.Бұ л қ асиеттері кристалл қ ұ рылымдардың кө п ө згерістерімен қ атты ерітіндісінің кө міртегі атомымен толық тырылуымен, сондай-ақ тү рленудің мартенисттік механизмінің ерекше сипаттарымен тү сіндіріледі (тығ ыздығ ы жоғ ары ө ре ұ сақ кристалдардың тү зілуі кө міртегі атомының дислокация маң ына шоғ ырлануы).

Кө міртектіік болаттарды жылумен ө ң деуде саналуын жасыту тү рлері қ олданылады (3 сурет). Қ ұ растырмалы болаттар ү шін қ айта кристалдандырулық жасыту ә дісі кең тарағ ан. Бұ л жасыту ыстық прокат, қ ақ тау, фасондық қ ұ ю жә не дә некерлеу жіктеріндегі дә нді ұ сақ тау, сондай-ақ барынша мығ ымдық пен пластинканы қ амтамасыз ететін біркелкі қ ұ рылымдар (феррит жә не перлит) алу ү шін қ олданылады. Бұ л ө з қ ысыммен кесу арқ ылы суытумен ө ң деуді жең ілдетеді. Сонымен қ атар мұ ндай жылумен ө ң деу қ ысыммен ыстық тай ө ң деуден кейін пайда болатын тапсырма іздерін жояды, сондай-ақ қ ұ ймалар мен дә некерлерін тектіктердегі қ алдық кернеуді тү сіреді.

3 сурет. Кү йдiрулердiң ә р тү рлi тү рлерiн сұ лбасы

Қ айта кристалдандырулық жасыту жоғ ары 30⁰-50⁰С қ ыздыру жолымен жү ргізіледі, содан кейін оны ұ стай отырып артынша баяу суытады (пешпен қ атар).

Қ алыппен кү йгетү сіру жылумен ө ң деу, ол- қ ұ растырмалы болаттарды (прокат, қ ұ йма) жасалғ ан полуфабрикаттар ү шін қ олданылады. Ө ң деу кристалдық жасытудағ ы температура мө лшеріндей қ ыздыру жолымен жү ргізіледі, бірақ кейінгі суыту ауада болады. Мұ ндай ө ң деуден кейінгі болаттар қ ұ рылымының сипаты мен қ асиеті ондағ ы кө міртектіер қ ұ рамына байланысты. Қ ұ рамында 0, 3 %-дан аз кө міртегі бар болаттар ү шін қ алыпты кү йге тү сіру жасытудағ ыдай қ ұ рылымды тү зеді, бірақ ө ң деу едә уір ү немді, себебі процестің жалпы ұ зақ тығ ы қ ысқ арады. Қ ұ рамында 0, 3-0, 7 % кө міртегі бар болаттар ү шін қ алыпты кү йге тү сіндіруден кейінгі қ ұ рылым, жасытудан гө рі едә уір ерекшеленеді. Еркін қ ұ рылымды, феррит ә рқ илы жағ дайдағ ы тү рлену нә тижесінде аз кө лемде жә не торкө з тү рінде бө лініп шығ ады. Болаттар кө міртегі қ ұ рамының артуымен бө лініп шық қ ан феррит саны азаяды. 0, 7 %-дан кө п кө міртегі қ ұ рамды болаттарда ауада суыту кезінде феррит мү лдем бө лінбейді.

Қ алыпты кү йге тү сірудегі суыту жылдамдығ ының артуы нә тижесінде аустенит ө німдерінің тарауы жасытуғ а қ арағ анда едә уір диспертті болады. Сондық тан да қ алыпты кү йге тү скен қ ұ рылымы орташа кө міртектіік болаттар жасытудағ ыдан гө рі ә лдеқ айда мығ ым ә рі берік болып келеді.

Дә ндік перлитке жасыту-аспаптық болаттардың ыстық прокаты ү шін, кесіп ө ң деуге аса қ олайлы, сондай-ақ қ ұ рылымды шың дауғ а дайындау ү шін қ олданылады. Дә нді феррит кристалының ұ сақ тү рлерінің цементиттің дә нді формасына қ абысуынан пайда болады. Аспаптық болаттар прокатын жасытудан кейін дә ндік перлитке қ ояды.

Шынық тырудан кейінгі босату- ө німді берік етіп жылумен ө ң деу. Осыдан кейін бұ л- тү пкілікті механикалық ө ң деуге ғ ана жатады.

Шынық тыру - эвтектоидқ а дейінгі қ ұ рыштар ү шін қ ыздыруды жоғ ары 30-50 ⁰С температурағ а, ал эвтектоидтан кейінгі қ ұ рыштар ү шін -ден жоғ ары температурағ а дейін жеткізу жолымен алынады. Кейіннен оны шынық тырудың шекті жылдамдығ ынан жоғ ары шапшаң дық пен суытып ұ стайды. (4-суретті қ ара). Беріктік мартенсит немесе мартенсит-цеменит қ ұ рылымын алу есебімен жасалады.

4 сурет. Шынық тыру аралық тарын температураларының диаграммасы

Эвтектоидқ а дейінгі қ ұ рышты шынық тырудағ ы аталғ ан қ ыздыру ұ сақ дә нді аустениттік. Қ ырлымның алынуын қ амтамасыз етеді. АС -ден жоғ ары қ ыздыру аустенитпен қ атар ферритті біршама санын сақ тайды. АС -ден едә уір жоғ ары қ ыздыру аустенит дә ндерінің артуын туындатады. Екі жағ дайда да шынық тырылғ ан болаттың мығ ымдығ ы тө мендейді. 5.суретте болаттардың эвтеткоидтық қ а дейін арналғ ан қ ұ рылысты айналулардың жү йелі бейнелеуі келтірілген, толық шынық тыру жанында орын бар болушы (а) жә не толық сыз шынық тыру(б).

5 сурет. Болаттардың эвтеткоидтық қ а дейін арналғ ан қ ұ рылысты айналулардың жү йелі бейнелеуі келтірілген, толық шынық тыру жанында орын бар болушы (а) жә не толық сыз шынық тыру(б).

Аустенит қ атар цементті сақ тап қ алу ү шін эвтектоидтан кейінгі қ ұ рыш шынық тыру кезінде А -ден 30-50 -ке қ ыздырылады. Цементит мартенситтен гө рі қ атты (цементит ү шін НВ=7500, ал жоғ ары кө міртекті мартенсит ү шін НВ=6500), сондық тан шынық тырылғ ан қ ұ рыш мығ ымдығ ы барынша жоғ ары болады. Ас_m -нан жоғ ары қ ыздыру тө мендетілген мығ ымдық қ а ә келіп соқ тырады, себебі мұ нда цементит жойылып, қ алдық, аустенит саны артады да асыра жылыну салдарынан кү рделі мартенсит алынады. 6суретте эвтектойдтан кейінгі шынық тырудағ ы болат қ ұ рлымының ө згерісінің ү лгісі келтірілген.

Фазалық тү рденулерді А -ден тө мен температурада қ ұ рышты қ ыздыру оның қ ұ рылымы мен қ асиетін ө згеріске ұ шыратпайды. Шынық тырылғ ан қ ұ рыштың қ аттылығ ы жоғ ары, бірақ ө те нә зік болады. Оның ү стіне бұ йымның бұ зылуын, жарық шалар пайда болуын тудыратын ішкі қ алдық кернеулер сақ талады.

Мұ ндай болаттың қ асиеттері тұ рақ сыз жә не уақ ыт ө ткен сайын ө згеріп отырады, сондық тан шынық тырылғ ан болат босатылады. Шынық тырылғ ан болаттың босатылуы А фазалық тү рленуден тө мен температурағ а дейін

6 сурет. Эвтектойдтан кейінгі шынық тырудағ ы болат қ ұ рлымының ө згерісінің ү лгісі келтірілген, толық шынық тыру жанында орын бар болушы (а) жә не толық сыз шынық тыру(б).

қ ыздыру жолымен, қ ұ рылымдық тү рлену толық аяқ талғ анша тұ стап, ауада суыту (кө міртектіік болаттар ү шін) арқ ылы жү ргізіледі.

Қ ыздыру температурасы мен алынатын қ ұ рылым сипатына байланысты ү ш тү рлі босатылу болады: тө менгі (120-250 С), орташа (350-450 С), жоғ ары (450-650 С).

Тө менгі босатылу мартенисттің босатылғ ан қ ұ рылымын алуды қ амтамасыз етеді. Бұ л - мығ ым (НВ ), берік, тозуғ а тө зімді жә не мартенистке қ арағ анда тұ рақ ты қ ұ рылым. Мұ ндай қ ұ рылым машина мен аспаптар тетіктерінің ү йкелетін қ абаттары, сондай-ақ тұ рақ ты магниттерде барынша магниттік қ уат алу ү шін ө те қ ажет.

Орташа босатылу - тростит деп аталатын ұ сақ дисперстік феррит-цементиттік қ оспа алуды қ амтамасыз етеді. Мұ ндай қ ұ рылымның қ аттылығ ы мен беріктігі тө мен, бірақ мартенисттік босатылудан гө рі пластикасы жоғ ары. Босатылудың бұ л тү рін ауыр жү ктермен жұ мыста сыналатын пружиналар ү шін қ олданады.

Жоғ ары босатылу сорбит қ ұ рылымын жасайды. Бұ л да феррит-цемениттік қ оспа, бірақ троститтан гө рі дисперстігі аз. Сорбит беріктік пен пластикалық ты жақ сы қ ұ рамдыстырады. Сорбиттің беріктігі мен мығ ымдығ ы (НВ=2500-3000) тростит пен мартенисттен гө рі тө мен, бірақ перлиттен гө рі жоғ ары.

Жылумен ө ң деу-шынық тыру жә не кезекті жоғ ары босатылу жақ сарту деп аталады. Бұ л- артық жұ мыс істеуге арналағ н машиналар мен аспаптар тетіктері ү шін қ олданылады. Жоғ арыда суреттелген босатылу кезіндегі тү рленулер эвтектоидқ а дейінгі болаттарғ а тә н.

Эвтектоидтан кейінгі болаттар босатылуындағ ы тү рленулер осығ ан ұ қ сас, бірақ қ алдық аустениттің жайылуымен толық тырылады. Бұ дан басқ а болатты шынық тыру, сондай-ақ босатылудың барлық тү рлерінде қ ұ рыштың мығ ымдығ ын арттыратын артық цементит сақ талады.

Кө міртекті қ ұ рық ша жұ мсарту элементтерді, мә селен хромды енгізу салқ ындатылғ ан аустениттің қ алыпты тұ тасуын арттырады. Бұ л суынудың шекті жылдамдығ ын азайтып, (1 кесте), жылумен ө ң деуден кейінгі механикалық қ асиетін арттырады жә не қ ұ рыштың шынық тырылуын кө бейтеді.

1 кесте

Бақ ылау сұ рақ тары:

1. Термиялық ө ң деуді не деп атайды?

2. Қ андай негізгі параметрлер термиялық ө ң деудің мінездемесін береді?

3.Қ айта кристалдандыру жасыту, нормалау, жасыту дә ндік перлит, шынық тыру жә не босатылу қ алай шығ арылады?

4. Перлиттік жә не мартенситтік тү рленудың аустенитті маң ызы неде?

5. Темірді суытқ анда Кюри нү ктесінің дең гейінде қ андай ө згеріс байқ алады?