Аустениттің түзілуі

Пән: Құрылыс
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 11 бет
Таңдаулыға:

Жоспары

КІРІСПЕ . . . 3

НЕГІЗГІ БӨЛІМ . . . 4

1. Аустениттің түзілуі . . . 4

2. Aустениттің феррит пен цементит қоспасына ыдырауы . . . 7

3. Аустениттің изотермиялық ыдырау диаграммасы . . . 9

Қорытынды . . . 12

Пайдаланылған әдебиеттер . . . 13

Кіріспе

Изотермиялық өзгеріс диаграммасы тұрақты температурада аустениттің перлитке айналу уақытының сыну температурасына байланысты екендігін көрсетеді. Диаграмма температура және уақыт координаталары бойынша созылып, өзгеріс уақыты (ыдырау) секундтан сағатқа дейін созылатындықтан, уақыт логарифмдік шкала бойынша салынады. Аустениттің изотермиялық өзгерістерінің нәтижесінде (өзгерістік барлық температураларында) феррит-цементитті қоспа түзіледі. Өзгеріс температурасына байланысты бұл қоспаның дисперсиясы (түйіршіктерінің мөлшері) әр түрлі болғандықтан, оның механикалық қасиеттері де әр түрлі болады. Изотермиялық өзгеріс температурасы төмендеген сайын перлиттің дисперсиясы жоғарылайды.

600 - 700 ⁰ С температура аралығында (изотермиялық ыдырау сызығының иілу нүктесінен жоғары аумақта) алынған болаттың кұрылысындағы феррит-цементит қоспасын (перлит) микроскоппен көруге болады.

600 - 500 ⁰ С температура аралығында сорбит деп аталатын, қаттылығы НRС-30-ға тең, феррит-цементит қоспасы түзіледі. Сорбит құрылысындағы перлитті микроскоп арқылы ұлғайтып көруге болады.

500 - 350 ⁰ С температура аралығында (изотермиялық ыдырау сызығының иілу нүктесіне дейінті аймақ) троостит дtп аталатын дисперсиялы, қаттылығы НRС-40-қа тең, феррит-цементит қоспасы түзіледі. Перлит, сорбит және трооститтің табиғаты бір, барлығы да цементит пен ферриттің қоспасы болып табылады, олардың айырмашылығы тек құраушыларының дисперсиясында ғана болғандықтан олардың механикалық касиеттері әр түрлі болып келеді. Изотермиялық ыдырау қисығының иілу нүктесінен төмен аумақтарда болаттың құрылысы өрбуі шектелген ине тәрізді пластикалар мен кристалдардан тұрады. Феррит пен цементиттің ине тәрізді қоспасы бейнит немесе ине тәрізді троостит деп аталады. 550 ⁰ - 300 ⁰ С температура аралығында түзілген бейттит жоғары бейнит, температура аралығында түзілген төменгі бейнит деп аталады.

Жоғары бейниттің қаттылығы НRС-45, микроскоппен қарағанда ол қауырсын тәрізді, ал төменгі бейниттің қаттылығы НRС-55, құрылысы ине тәрізді. Сонымен суыну жылдамдығы аз болса, дисперсиясы әр түрлі феррит- цементит қоспасы түзіледі, ал суыну жылдамдығы жоғары болса, аустенит ыдырамастан мартенситке айналады. Аустенитті мартенсит өзгерісінің температурасына дейін жеткізетін ең аз суыну жылдамдығын «шекті» шынықтыру жылдамдығы деп атайды. Кризистік шынықтыру жылдамдығын көрсететін сызық (V _к ) аустениттің зотермиялық өзгеріс сызығына жанама болады. Мартенсит деп көміртегінің α-Ғе-дегі аса қаныққан ерітіндісін айтады. Мартенсит тетрогональды тордан тұрады, қаттылығы НRС-65.

Аустениттің изотермиялық ыдырауы

1. Аустениттің түзілуі. Темір - цементит күйі диаграммасы (1. 1 сурет) бойынша ақырын қыздырған кезде құрамында 0, 8% көміртек бар болаттың фазалық түрленуін қарайық. Болаттың бастапқы құрылымы перлит диаграмманың PSK сызығына (А ₁ нүктесі) дейін түрленбейді. Ақырын қыздыру кезінде Ас ₁ нүктесінде (727 ^o C) перлит тұрақсызданып, аустенитке түрлене бастайды. Перлиттің аустенитке түрленуі кристалдану үрдісі болғандықтан, өскіндер пайда болып, олар өседі. Түрлену үрдісі феррит пен цементиттің бөліну шекарасында аустенит өскіндерінің пайда болып (1. 2, а-сурет), оның өсуі нәтижесінде болады (1. 2, б, в-сурет) . Түрленіс қатар жүретін екі үрдістен тұрады: α 🡪 γ полиморфтік ауысуы және Fe _γ -де цементит кристалдарының еруі.

1. 1-сурет. Темір цементит күй диаграммасы

Полиморфтік түрленіс үрдісінің жылдамдығы цементит еру үрдісіне қарағанда жоғарырақ келгендіктен, түзілген аустенит әлі көміртек бойынша біркелкі емес. Бұрын цементит пластинкалары орналасқан жерлерде әлі көміртек мөлшері жоғары. Диффузиялық үрдіс аяқталып, аустенит біркелкі болу үшін уақыт керек.

Темір - цементит күйі диаграммасы бойынша перлиттің аустенитке ауысуы өте ақырын қыздыру кезінде ғана орын алады. Нақты жағдайда түрленіс диаграммада көрсетілгеннен жоғарырақ температурада өтеді. Қыздыру дәрежесіне байланысты перлит әр түрлі жылдамдықпен аустенитке түрленеді. 1. 3-суреттегі 1-қисық сызық перлиттің аустенитке түрленуінің басталуын көрсетсе, 2-қисық сызық үрдістің аяқталуын көрсетеді. Бірақ құрылған аустенит біркелкі емес. Аустенит біркелкі болу үшін болатты Ас ₁ нүктесінен жоғары қыздырып және диффузиялық үрдістер аяқталу үшін осы температурада біраз уақыт ұстау керек.

а) б) в) г)

1. 2-сурет - Қыздыру кезінде перлиттің аустенитке түрлену сұлбасы

Фазалық түрленіс перлиттің жоғалып, аустенит түйіршіктерінің түзілуімен аяқталады (1. 2, г-сурет) . Әрбір перлиттік колонияда бірнеше аустениттің туындау орталығы пайда болатындықтан, перлиттің аустенитке түрленісінде болат түйіршіктері ұсақталады. Осы түйіршіктер өлшемі аустенит түйіршігінің бастапқы өлшемін сипаттайды.

1. 3-сурет - Перлиттің аустенитке изотермиялық түрленуі

Қыздыру жылдамдығының перлиттің аустенитке түрлену уақытына әсері υ ₁ және υ ₂ сәулелері арқылы сипатталады. Егер υ ₂ >υ ₁ десек, онда қыздыру жылдамдығы неғұрлым жоғарылаған сайын, перлиттің аустенитке түрлену уақыты азаятынын және түрлену жоғарырақ температурада орын алатынынын көреміз.

Түрленістің басталу және аяқталу қисық сызықтары 727 ^o C-ны көрсететін А ₁ сызығына бірте-бірте жақындап, түбінде бір нүктеде қиылысады. Сонда перлиттің аустенитке түрленісі тұрақты бір температурада өтеді. Міне, осы температура және болатты өте ақырын қыздыру жылдамдығы, темір - цементит күйі диаграммасы бойынша орын алатын перлиттің аустенитке тепе-теңдік жағдайда түрленісі болып табылады. Ал нақты жағдайда перлиттің аустенитке түрленуі тепе-теңдік жағдайға қарағанда А ₁ нүктесінен жоғары, екі температура аралығында өтеді және болатты қыздыру жылдамдығы неғұрлым артқан сайын, соғұрлым бұл температуралар жоғарырақ орналасады.

Феррит пен цементит пластинкалары ұсақталған сайын, олардың шекарасында пайда болатын аустенит өскіндерінің саны арта түседі. Жұқа пластинкалы перлиттен аустениттің құрылуы үлкен пластинкалы перлитке қарағанда тезірек жүреді. Болаттың қыздыру дәрежесі артқан сайын перлит пен аустенит Гиббс энергиясының айырмасы артып, перлиттің аустенитке түрленуі тезірек болады. Сонымен қатар диффузиялық үрдістер үдейді. Неғұрлым бастапқы феррит-цементиттік құрылымның біркелкі еместігі артқан сайын, соғұрлым перлиттің аустенитке түрлену температурасы төменірек келеді және үрдіс қарқынды өтеді.

Аустениттің құрылуын көміртек те үдетеді, өйткені цементит түйіршіктері артып, феррит пен цементит арасындағы бөліну беті ұлғайып, аустенит өскіндерінің саны артады.

Перлит 0, 025% көміртек бар феррит пен 6, 69% көміртек бар цементиттен тұратындықтан, аустениттің құрылуында көміртектің диффузия арқылы қайта бөлінуі орын алады. Түрлену кезінде құрылған аустениттің ұсақ түйіршіктері (бастапқы) қыздыру температурасы жоғарылаған кезде ірілене бастайды. 1. 4-суретте аустенит түйіршігі өсуінің температураға байланысы көрсетілген. Ас ₁ температурасына дейін перлит тұрақты. Ас ₁ нүктесінде феррит пен цементиттің шекарасында аустениттің ұсақ түйіршіктері түзіледі. Сонымен, перлит аустенитке ауысқанда болат түйіршіктері ұсақталады. Болатты қыздыруды әрі қарай жалғастырғанда аустенит түйіршіктері ірілене бастайды.

а - перлит түйіршігінің өлшемі; б - аустенит бастапқы түйіршігінің өлшемі;

в, г - аустениттің тектік түйіршігінің өлшемі

1. 4-сурет-Қыздыру температурасының аустенит түйіршігінің мөлшеріне әсері

Болат табиғи ұсақ түйіршікті және табиғи ірі түйіршікті болып екіге бөлінеді. Табиғи ұсақ түйіршікті болатты қыздырғанда аустенит түйіршіктерінің өсу бейімділігі аз (2-қисық), ал табиғи ірі түйіршікті болатты қыздырғанда аустенит түйіршіктерінің өсу бейімділігі жоғары (1-қисық) болып келеді 1. 4-суретті қараңыз) .
Табиғи ірі түйіршікті болатты марганец және кремниймен оттегісіздендіреді, ал табиғи ұсақ түйіршікті болатқа марганец, кремнийден басқа алюминий немесе ванадий және т. б. қосады. Алюминий мен азот әрекетінен түзілген алюминий нитриді AlN түйіршік шекарасында орналасып, түйіршіктердің бір-бірімен қосылып, үлкеюіне кедергі келтіреді. Жоғары температураға қыздырған (1000-1050 ^o C) кезде, нитридтер аустенитте еріп, түйіршік өсуі қарқынды болады. Қоспалаушы элементтер де (Mn басқа) аустенит түйіршігінің өсуін баяулатады, әсіресе Ti, Zr, V сияқты карбид түзгіш элементтер.

Болатқа карбид түзгіш элементтер (Cr, Mo, V және т. б. ) қосу, аустенит түзілуін баяулатады. Өйткені қоспалаушы элементтердің карбидтері цементитке қарағанда қыздыру кезінде еруі баяу.

Болатты қыздыруда қалыптасқан аустенит түйіршіктерінің өлшемі, оны салқындатқанда сақталады. Болатты термиялық өңдеу нәтижесінде қалыптасқан түйіршікті аустениттің нақты түйіршігі деп атайды. Нақты түйіршік мөлшері, оның қыздыру кезінде өсуге бейімділігі, қыздыру температурасы және уақытымен анықталады. Термиялық өңдеу үрдісінде керекті температураға тез көтеру және сол температурада аз уақыт ұстау, ұсақ түйіршікті қорытпа алуға мүмкіншілік тудырады.

Табиғи ұсақ түйіршікті болатты термиялық өңдеу және басқа технологиялық үрдістер (штамптау, соғу) үшін 1000-1100 ^o C-ға дейін қыздыра беруге әбден болады.

2. Aустениттің феррит пен цементит қоспасына ыдырауы. Болатты салқындату кезінде А ₁ температурасынан төмен аустенит тұрақсызданады, өйткені оның Гиббс бос энергиясы перлитке қарағанда жоғары (1. 5-сурет) . А ₁ - М _δ температура аралығында аустенит ыдырайды тек феррит пен цементит қоспасына, өйткені мартенситтің бос энергиясы аустенит пен перлитке қарағанда жоғары.

1. 5-сурет - Аустенит, перлит және мартенит бос энергиясының температураға тәуелділігінің сұлбасы

М _δ нүктесінің температурасынан төмен аустениттің бос энергиясы мартенситке қарағанда жоғары болғандықтан, аустенит мартенситке түрлене алады. Бірақ осы температурада ең аз энергия перлитке тән болғандықтан, ең тұрақты құрылым перлит болып табылады.

Болатты диаграмманың PSK сызығынан (Ar ₁ нүктесі) төмен салқындатқан кезде аустениттің феррит пен цементит қоспасына ыдырауы екі үрдістен тұрады:

1) цементит құру үшін көміртектің диффузиялық қайта бөлінуі;

2) Fe _γ -дің жақты центрленген текше торының Fe _α -дің көлемді центрленген текше торына қайта құрылуы.

Аустенит түйіршіктерінің шекарасында көміртек диффузиясы арқылы цементит өскіндері пайда болып, олар өседі. Цементитке жанасқан көлемдегі көміртек мөлшері өте төмендеп, γ 🡪 α полиморфтік түрленісі орын алып, аустенит перлитке ыдырайды.

Аустениттің перлитке ыдырауы А ₁ нүктесіне таяу орын алған кезде, көміртек диффузиясы жоғары болғанмен, құрылымдардың бос энергиясының айырмасы аздықтан, бұл температураларда аустениттің тұрақтылығы әлі жоғарылау келеді (1. 6-сурет) .

Аустенит ыдырағанда алдымен көміртек бөлініп, цементит түзіледі. Содан кейін көміртегі азайған аустенит ферритке түрленеді.

Эвтектоидты болаттың салқындау температурасы 500-600 ^o C-ға төмендегенде көміртек диффузиясының жылдамдығы баяулағанмен, құрылымдардың бос энергиясының айырмасы ұлғайғандықтан, аустениттің тұрақтылығы өте азаяды (5. 6-сурет) . Салқындату температурасын әрі қарай төмендету көміртек диффузиясын едәуір азайтып, аустенит тұрақтылығын арттырады. Егер болаттың салқындау дәрежесі өте төмен болып, көміртек диффузиясы орын алмаса, онда Fe _γ Fe _α -ге диффузиясыз түрленеді.

1. 6-сурет - Аустениттің ыдырау жылдамдығына (υ) диффузия (D) мен құрылым бос энергиясы айырмасының (ΔG) әсері

Ar ₁ нүктесінен төмен салқындату кезінде аустениттің түрлену үрдісі туралы толық мағлұматты аустениттің изотермиялық ыдырау диаграммалары береді.

3. Аустениттің изотермиялық ыдырау диаграммасы. Аустениттің изотермиялық ыдырау үрдісін білу үшін, болатты аустениттік күйге дейін қыздырып, содан кейін Ar ₁ температурасынан төмен салқындатып, айталық 700, 600, 500, 400, 300 және т. с. с. тұрақты бір температурада ыдыратады. Болат үлгінің аустенитін тұрақты бір температурада ыдырату кезінде, үрдістің басталу және аяқталу уақытын анықтайды. Әр ыдырау температурасында анықталған түрленудің басталу және аяқталу уақытын температура - уақыт координатына проекциялап, аустениттің изотермиялық ыдырау диаграммасын салады (1. 7-сурет) .

Диаграмманың бірінші С тәріздес сызығы аса суыну температураларында аустениттің феррит пен цементит қоспасына түрлену үрдісінің басталуын көрсетеді. Ординат өсінен бірінші С тәріздес сызыққа дейінгі уақыт аралығы аустениттің аса суыну температураларындағы тұрақтылығын көрсетеді. Бұл инкубациялық уақыт деп аталады. Аустениттің изотермиялық түрленуінде ыдырау үрдісі инкубациялық уақыт өткен соң ғана басталады.

1. 7-суреттен 650-700 ^o C және 250-300 ^o C аралығында аустенит тұрақтылығының артатынын, ал 500-550 ^o C аралығында керісінше азаятынын көреміз. Диаграмманың екінші С тәріздес сызығы аса суыну температураларында аустениттің феррит пен цементит қоспасына ыдырау үрдісінің аяқталуын көрсетеді. Сонымен, бірінші сызықтан солға қарай аустенит әлі сақталып тұрақты, ал екінші сызықтан оңға қарай аустенит феррит пен цементитке ыдырайды.

1. 7-сурет - Эвтектоидты болат аустенитінің изотермиялық ыдырау диаграммасы

Екі С тәріздес сызықтар арасында аустенитпен қоса феррит және цементит қоспасы орын алады.

Аустениттің ыдырау температурасына байланысты феррит-цементит қоспасы пластинкасының қалыңдығы, яғни дисперсиялығы өзгереді. Сонымен, қандай құрылым түзілуі аустениттің ыдырау температурасына байланысты.

Аса суыну дәрежесі аз болғанда (700-650 ^o C), перлит деп аталатын, феррит пен цементиттің қалың пластинкалы қоспасы түзіледі. 650-600 ^o C-да пластинкалары жұқалау келген, сорбит деп аталатын, феррит-цементит қоспасы құрылады. Ал ыдырау температурасы 600-550 ^o C болғанда ең жұқа пластинкалы феррит пен цементиттің қоспасы, троостит түзіледі.

Аса суынған аустениттің Ar ₁ -550 ^o C арасында феррит-цементит қоспасына ыдырауынан түзілетін перлит, сорбит және троостит атты құрылымдар перлиттік түрленіске жатады (1. 7-суретті қараңыз) .

Аустенитті ~500 ^o C-дан төмен салқындатқанда бейнит атты құрылым түзіледі. Ферриті көміртекпен біраз қаныққан, феррит пен карбидтің қоспасын бейнит деп атайды.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.