Қорытпалар күйі

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ СЕМЕЙ қаласының ШӘКӘРІМ атындағы МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

БӨЖ

Тақырыбы: Қорытпалар күйі диаграммасы. Темір көміртекті қорытпалардың фазалары мен компоненттері. Темір-цементит жүйесі күй диаграммасы.

Орындаған: Омаргазина Д. М.

ХН-221

Қарастырып отырған жүйедегі кез келген қорытпа күйін оның концентрациясы мен температураға байланысты графикалық бейнелеу күй диаграммасы деп аталады. Күй диаграммасы тепе-тең, орнықты күйлерді, яғни белгілі жағдай кезінде қайсысы ең кіші ішкі энергияға ие болатынын көрсетеді. Күй диаграммасының теориялық және практикалық маңызы өте үлкен.

Кез келген қорытпаны зерттеу алдымен жүйенің күй диаграммасын құру мен зерттеуден басталады, өйткені күй диаграммасы қорытпаның структуралық және фазалық құраушыларын зерттеуге мүмкіндік береді.

Сурет 1 - Құраушылары сұйық және қатты күйінде бірі екіншісінде шексіз еритін күй диаграммасын тұрғызу: а - салқындату қисықтары; б - күй диаграммасы.

Диаграмманы пайдаланып термиялық өңдеуді жүргізу мүмкіндігі мен оның режимдерін және қорытпалардың құйылу температурасы мен ыстық пластикалық деформациялану температураларын белгілеуге болады.

Диаграмманы тұрғызу эксперименттік тәсілмен іске асырылады. Ол үшін көбінесе термиялық анализді пайдаланады. Жүйеден компоненттерінің массасы әртүрлі қатынастағы бірнеше қорытпалар таңдап алынады. Қорытпаларды отқатөзімді тигельдерге салып, пеште қыздырады. Балқығаннан кейін тигельдерді қорытпамен бірге ақырын салқындатып, салқындау жылдамдығын белгілеп отырады.

Алынған мәліметтер бойынша уақыт - температура координатасына салқындау қисықтарын тұрғызады.

Эксперимент нәтижесінде бірнеше салқындау қисықтарын алады, онда фазалық түрлену температураларында қисықтың майысу нүктелері мен температура аялдамалары байқалады.

Фазалық түрленулерге сәйкес келетін температуралар аумалы нүктелер деп аталады.

Қорытпалар кристалдануы басталатын температуралар ликвидус, аяқталатын температуралар солидус нүктелері деп аталады.

Кез келген жүйеде тепе-теңдікте болатын фазалар саны ішкі және сыртқы жағдайларға байланысты болады. Жүйеде өтетін өзгерістердің барлық заңдылықтары фазалар ережесі немесе Гиббс заңы деп аталатын тепе теңдіктің жалпы заңына бағынады.

Фазалар ережесі. Күй диаграммасы мен қорытпалардың салқындату қисықтары Гиббс заңы немесе фазалар ережесі бойынша тексеріледі: С = К - Ф + 1 мұндағы: С - жүйе еркіндік дәрежесінің саны; К - жүйе құраушыларының саны; Ф - тепе-теңдік жағдайдағы фазалар саны; 1 - сыртқы факторлар саны.

Қорытпа күйі диаграммаларының ішінде Fе-С күйі диаграммасының маңызы зор. Өйткені көміртекті темір қорытпалар техникада өте көп қолданыс тапқан.

Көміртекті темір қорытпалардың компоненті мен фазалары. Темірдің балқу температурасы 1539оС. Темір-полиморфтік түрленетін элемент. Оның a және gмодификациясы бар. 911оС-дан төмен және 1392оС жоғары темірдің көлемді центрленген текше торы бар a модификациясы тұрақты. 1392-1539оС аралығындағы модификацияны Fеd деп те атайды. 911-1392оС аралығында жақты центрленген торы бар Fеg тұрақты. 768о С-ға дейін темір магнитті. 768оС Кюри нүктесі деп аталынады, бұл температурадан жоғары темір парамагнитті. Көміртек-металл емес, полиморфтік түрленетін элемент. Оның модификациясы - графит пен алмаз.

Көміртекті темір қорытпалардың фазалары мыналар: сұйық қорытпа, феррит, аустенит, цементит және графит.

Көміртек пен басқа элементтердің a-темірдегі ену қатты ерітіндісін феррит деп атайды. Оның көлемді центрленген текше торы бар. Жоғары температуралық ферритте 1499 оС-да 0, 1 көміртек ериді, ал төменгі температуралық ферритте 727оС-да - 0, 025%С. Бөлмелік температурада ферриттегі көміртек мөлшері 0, 006%-ға дейін азаяды. Феррит - коррозияға төзімсіз, магнитті келген, беріктігі төмен, жұмсақ фаза: sв = 300 МПа, НВ 800 - 1000 МПа, d = 40%, y = 70%, КСU = 25 MДж/м2.

Аустенит көміртек пен басқа элементтердің g - темірдегі ену қатты ерітіндісі. Оның жақты центрленген текше торында 1147оС-да 2, 14% көміртек ериді, ал 727оС-да - 0, 8%С. Аустенит магнитті емес, ферритке қарағанда коррозияға төзімділеу және беріктеу: sв = 550 МПа, НВ 2000 МПа, d = 50%.

Темір мен көміртектің химиялық қосылысын - темір карбидін Fе3С цементит деп атайды. Цементиттың күрделі ромбылық торы бар, көміртек мөлшері 6, 69 %. Цементиттың қаттылығы жоғары (HB 8000) және морт. Балқу температурасы ~ 1260оC. Цементит метатұрақты фаза болғандықтан, жоғары көміртекті қорытпалардың тепе-теңдік жағдайында графит түзіледі.

Графит - көміртекті темір қорытпаларында жеке бөлініп шыққан көміртек. Оның гексагониалық торы бар. Графит жұмсақ, беріктігі төмен, химиялық төзімділігі жоғары фаза.

Көміртекті темір қорытпаларда екі жоғары көміртекті фаза - цементит пен графит болғандықтан, метатұрақты темір - цементит күйі диаграммасы және тұрақты темір-графит күйі диаграммасы болады.

Темір-цементит күйі диаграммасы. Бұл диаграмма (4. 1-сурет) көміртекті темір қорытпаларын (болат және шойын) өте баяу қыздыру немесе салқындату кезіндегі фазалық өзгерісті көрсетеді.

Диаграмманың А нүктесі темірдің балқу немесе кристалдану температурасын көрсетсе, N және G нүктелері оның полиморфтік түрлену a gтемператураларын көрсетеді.

Диаграмманың АВСД сызығы - ликвидус сызығы. Ликвидус сызығынан жоғары барлық қорытпа сұйық күйде болады.

Диаграмманың AHJECFД сызығы - солидус сызығы. Ликвидус пен солидус сызықтарының арасында қорытпалар екі фазалы (сұйық және қатты) . АВ сызығы сұйық қорытпадан ферриттің кристалдануын көрсетсе, ВС және СД сызығы сұйық фазадан аустенит пен бірінші реттік цементиттің кристалдануын көрсетеді.

Ликвидус сызығы барлық қорытпаның алғашқы кристалдану үрдісінің басталу нүктелерін көрсетсе, солидус сызығы аяқталуын көрсетеді.

Темір-цементит жүйесінде үш изотермиялық түрленіс бар:

1) перитектикалық;

2) эвтектикалық;

3) эвтектоидтық.

HJB сызығы - перитектикалық түрленіс сызығы

Lв + Фн à АJ.

Бұл реакция көміртек мөлшері 0, 1-0, 5% болып келген қорытпаларда ғана болады.

ECF сызығы - эвтектикалық түрленіс сызығы

Lc à AE + Ц.

Қорытпаны салқындату кезінде 1147оС-да сұйық фазадан бөлініп шыққан аустенит пен цементиттің эвтектикалық қоспасын ледебурит деп атайды. Көміртек мөлшері 2, 14%-дан жоғары келген барлық қорытпада бұл реакция орын алады.

Ледебуриттегі көміртек мөлшері 4, 3%. Оның қаттылық (НВ 6000 МПа), морттық және аққыштық қасиеттері жоғары.

PSK сызығында эвтектоидтық түрленіс болады

As à Фр + Ц.

Қорытпаны салқындату кезінде 727оС-да аустенит феррит пен цементитке ыдырайды, құрылған эвтектоидты перлит деп атайды.

Перлитте 0, 8% көміртек бар. Перлит берік (sB=800-900 МПа), айтарлықтай қатты (HB 1800-2000 МПа), пластикалық қасиеті орташа (d=16%, y=10%) .