Көміртекті аспапты болаттар
1-ДӘРІС.ПӘН МАҚСАТЫ МЕН МІНДЕТТЕРІ. НЕГІЗГІ ҰҒЫМДАРЫ
Дәріс жоспары:
1 Кіріспе.
2 Материалтану мәні
3 Конструкциялық материалдар технологиясы
1 Кіріспе
Пән мақсаты: пән зерттеуі нәтижесінде студент дағдыларды игереді және тауып алады, мамандардың кәсіпшілік дайындау деңгейі жоғарлауына жағдай жасайды, материалдардың сапа жақсарулары маңыздылыққа түсінумен қожалық етушілердің, оларды алуға үйрену, өңдеу және қолдану барлықтардың өмір сфераларында, сонымен қатар білімдер әдістері туралы және форманың құрылуының, инженерлік қызметте қажетті.
2 Материалтанудың мәні
Материалтанудегеніміз - бұл түрлі материалдардың құрылысы мен қасиеттерін зерттеп, олардың арасындағы заңдылықтарды анықтайтынғылым.
Металтану дербес ғылыми пән ретінде XIX ғасырдың алғашқы жартысынан кейін дами бастады. Ғылымның бұл саласының дамуы металдар құрылысын микроскоппен алғаш рет (1831) зерттеген ұлы орыс ғалымы П.П. Аносовтың атымен байланысты. Металдарды микроскоппен зерттеу әдісін 1863 жылы, яғни 30 жылдай уақыт өткен соң, ағылшын оқымыстысы Сорби қолданды.
Д.К. Чернов металдар мен қорытпалардың қасиеттерін зерттеп, кризистік нүктені ашты.
Металтану ғылымы металдардың, қорытпалардың құрылысы мен қасиеттерін зерттеп, олардың арасындағы заңдылықтарды анықтайды. Металл тану ғылымы, химия, математика және физика пәндерімен тығыз байланысты. Бүл ғылымның негізгі міндеті - техникада қолданылатын металдар мен қорытпалардың қасиеттерін зерттеу және жасанды жолмен өзгерту, халық шаруашылығының әр түрлі тарауларында қолданылатын жоғары сапалы, жаңа қасиетті жасанды материалдар алу.
3 Конструкциялық материалдар технологиясы
Конструкциялық материалдар технологиясы - конструкциялық материалдардың құрлысын, құрылымын, қасиеттерін, олардың беріктендірілу тәсілдерін және машина бөлшектері мен бұйымдар жасаудың технологиялық тәсілдерін зерделейтін пән. Бұйымдар мен бөлшектер алудыңнегізгі әдістері:металлургия, құю өндірісі, қысыммен өңдеу тәсілдері, пісіру өндірісінің технологиясы, дайындамалардымеханикалық өңдеу.
2-ДӘРІС. МЕТАЛДАР МЕН ҚОРЫТПАЛАРДЫҢ ҚҰРЫЛЫСЫ.КҮЙ ДИАГРАММАЛАРЫ
Дәріс жоспары:
1. Металдардың кристалдық құрылысы.
2. Кристалдану теориясы. Металдар аллотропиясы.
3. Қорытпалар теориясы негіздері.
4. Күй диаграммалары.Олардың түрлері.
5. Фазалар ережесі. Иіндер ережесі.
6. Темір-көміртекті қорытпалардың күй диаграммасы
1 Металдардың кристалдық құрылысы
Қатты заттар, кристалдық құрылысына байланысты, металдар және металл емес аморфты заттар болып екіге бөлінеді. Металдар мен металл қорытпаларының электр, жылу өткізгіштік, пластикалық қасиеттері жоғары, металдық жарқылы бар. Олар қатты күйде кристалл торлардан құралады. Кристалл торлары белгілі заңдылықпен орналасқан атомдардан құралады. Атом электрондары металда газ молекулалары сияқты тәртіпсіз қозғалыста болады. Металл электрондары атомдармен әлсіз байланысқандықтан оларды жылу, электр өткізгіштік қасиеттері мен пластикалық қасиеттері жоғары болады. Кристалл денелердің қатты күйден сұйық күйге немесе сұйық күйден қатты күйге өтуі белгілі бір тұрақты. температурада болады (2.1-сурет).
Таза металл ав учаскесінде біртіндеп суынып (2.1, а-сурет), вс учаскесінде біраз уақыт тұрақты температурада болады. Бұл участкеде металдың температурасы вс нүктесіне сәйкес tктемпературасына жеткенде металдың кристалдану процесі басталады. Металл толық кристалданып болғанша (вс учаске) оның температурасы өзгермейді. Өйткені кристалдану процесінде кристалл торларын бұзуға жұмсалған жылу, жасырын балқу жылуы түрінде металдан бөлініп, онын температурасын тұрақты жағдайда ұстайды. Металл сұйық күйден толық қатты күйге айналып болған соң, температура сd сызығы бойынша бір қалыпты төмендейді. Қорытпалардың суыну процесі 2.1, б-суретте көрсетілген. Қорытпалардың кристалдануы тұрақты температурада емес, белгілі температура аралығында жүреді. Кристалдану процесінің басталуына сәйкес температураны кристалдану процесінің бастапқы температурасы (tб), ал кристалдану процесінің аяқталуына сәйкес температураны кристалдану процесінің соңғы температурасы tсдеп атайды.).
Аморфты денелердің бір күйден екінші күйге өтуінің белгілі температурасы болмайды (2.1, в-сурет) .
Сонымен, таза металдар мен қорытпалардың суыну немесе қыздыру графигінде температура аялдамасы болады (в, сd учаскелері).
1860 жылы орыс кристаллографы Е. С. Федоров кристалды денелер атомдарынын, кеңістікте белгілі бір заңдылық бойынша орналасатындығы туралы пікір айтты. Кейіннен бұл пікір рентген сәулелерінің жәрдемімен тәжірибе жүзінде дәлелденді. Кристалды денелердід атомдары (иондары) кеңістік торларының түйіндерінде белгілі бір заңдылық бойынша орналасып, үздіксіз тербелмелі қозғалыста болады.
2.2- сурет. Суыну графиктері:
а - таза металдар үшін; б- қорытпалар үшін; в - аморфты денелер үшін
Атомдары (иондары) белгілі тәртіппен орналасқан заттарда әр уақытта кеңістікте орналасуы қайталанып отыратын атомдардың ең аз жиынтығын қарапайым кристалдық тор немесе кеңістік торы деп атайды. Әрбір кристалды элементтің өз торы болады. Nа, К, Ва, Ғеα элементтері көлемге центрленген кубтан, Си, Ag, РЬ, Ві, Со, Ғеγ элементтері қабырғаға центрленген кубтан, ал Mg, Ве, Zn, Са, Сd, Sn - элементтері гексогоналық тордан тұрады. Кристалдық торлардың түрі көп, солардың ішіндегі ең қарапайымы - текше тор.Металдарда көбінесе кристал торларынын үш түрі байқалады (2.2-сурет): а - кеністікте орталандырылған текше торы (ОЦК), б - жақтарда орталандырылған текше торы (ГЦК), в - гексоналды тығыз түйілген (ГПУ).
2.2- сурет. Кристалл торлары түрлері.
Кристалдық тордағы атомдардың ара қашықтығы өте жақын (10~8см) болғандықтан, олардың орналасуын, яғни кристалдық тордың түрін (типін) рентгендік-структуралық анализ бойынша анықтайды. Кристалдық торды сипаттайтын мынадай негізгі шамалар бар: тор параметрі немесе периоды, базисі, координациялық саны, жинақтылық (компактілік) коэффициенті.
Торпараметрі деп оның жақын жатқан екі атомының арасындағы кашықтықты айтады. Әрбір қарапайым торға тиісті атом санын тордың базисі деп атайды
Берілген атомға ең жақын орналасқан атомдар саны тордың координациялық саны деп аталады. Бұл шама тор атомдарының өз ара байланыстарын сипаттайды. Көлемге центрленген текше тордың координациялық саны 8, қабырғаға центрленген текше тордікі12 тең. Тордағы атомдар көлемінің жалпы тор көлеміне қатынасын тордың жинақтылық (компактілік) коэффиенті деп атайды. Жинақтылық коэффициенті тор атомдарының орналасу тығыздығын сипаттайды.
Аморфты денелердің атомдары ретсіз орналасып, кез келген бағытта киылған жазықтықтарға келетік атомдар саны бірдей болғандықтан, олардың физика-химиялық қасиеттері барлық бағытта бірдей, яғни изотропты болады.
2 Кристалдану теориясы.Металдар аллотропиясы.
Металдардың сұйық күйден қатты күйге өту процесі кристалдану процесі деп аталады. Д. К. Чернов кристалдану процесін екі кезеңге бөледі:
1) кристалдану орталығының пайда болуы;
2) кристалдану орталығынан кристалдардың жан-жаққа тарауы.
Табиғатта өздігінен жүретін барлық процестер системаның бос энергиясының кему жағына қарай жүреді. Өйткені бос энергия қоры аз болғандықтан, системаның жаңа күйі түрақты деп есептеледі. Сұйық күйден қатты күйге өткенде металдың бос энергиясы кемиді.
Кристалдану процесінің теория жүзінде анықталған температурасы мен нақты температурасының айырмасы (ТS-Тn) металдың суыну дәрежесі деп атайды. Кристалдың таралуының сызықтық жылдамдығы мен кристалдану орталығының саны металдың суыну дәрежесіне байланысты болады. Әдетте қалыптың ішкі беті мен металл емес қоспалар металл орталығынын, кристалдануына мүмкіндік береді.
Жоғарыда металдар белгілі геометриялық формасы бар кристалдық торлар жиынтығынан тұратындығын көрдік. Егер металдар дұрыс формалы кристалдық торлардан тұрса, олардың сынығынан дұрыс формалы кристалдарды көрер едік. Шынында, металл сынығында дұрыс формалы кристалдық торлар орнына кез келген формалы металл түйірлерін - кристаллиттерді көреміз.
Кристаллиттер дегеніміз- дұрыс формасыз кристалдар. Кристалдану процесінде кристалдану орталығы бір жерде емес, балқыған металдың көп жерінде пайда болады.
Кристалдану орталықтарынан кристалдар таралып, бір-біріне тірелген кезде сығылып, формасы өзгереді. Кристалл формасы тарамдалған ағаш бұтақтары сияқты болып келуі де мүмкін. Мұндай кристалдар дендрит деп аталады.
Металдар аллотропиясы.Әдетте кейбір металдарға (Ғе, Zn т. б) қатты күйінде әр түрлі температура аралықтарында түрлі кристалдық торлар тән. Суыну процесінде температура белгілі өту температурасына жеткеннен кейін металл өзінің бір модификациясынан екіншісіне өтеді.
Темір, қалайы, марганец, кобальт, титан сияқты элементтердің кристалдық торларының өзгеруі (түрі, периоды) қатаю температурасынан төмен температураға дейін суытылғаннан кейін жүреді. Аллотропиялық түр езгеріс қатты күйде жүретіндіктен, оны металдың екінші рет кристалдануы деп атайды. Элементтердің түр езгерістері гректің α, β, γ, δ сияқты әріптерімен белгіленеді.
Темірдің екі аллотропиялық модификациясы бар: α және γ.
Ғеαмодификациясы температураның екі аралығында: 911°С-қа дейін және 1392°С-тан 1539°С-қа дейін болады, сонымен бірге бөлме температурасында көлемдік центрленген текше (ОЦК) торы да болады.
Ғеγ модификациясы 911°С-таң 1392°С аралығында өтеді де, 911 °С-та қырлық центрленген текше (ГЦК) торға ие болады . Қырлық центрленген кубтық (ГЦК) тор көлемдік центрленген кубтық (ОЦК) торға қарағанда ықшамды. Осыған сай Ғеα-дан Ғеγ -ға өту кезінде көлемдік центрленген текше (ОЦК) тор қырлық центрленген текше (ГЦК) торға ауысқанда, темірдің көлемі шамамен 1 %-ке кемиді. Ғеγ парамагнитті, ягни магнитсіз болып табылады.
3 Қорытпалар теориясы негіздері
Халық шаруашылығының түрлі салаларында таза металдарға қарағанда қорытпалар жиі қолданылады. Қорытпа деп металдар немесе металл мен металлоидтардың әрекеттесуінен пайда болған, құрамы күрделі қосылыстарды айтады. Құрамындағы элементтерінің санына байланысты қорытпа екі, үш және одан да көп компонентті болуы мүмкін. Түрлі металдардың қорытпа түзгіштік қасиеттері әр түрлі. Қорытпалардың, таза металдарға қарағанда, мынадай артықшылықтары бар:
а) механикалық қаттылығы, серпімділігі, тұтқырлық коэффициенті, беріктік шегі т. б. жоғарылығы;
б) технологиялық қасиеттерінің (құю, қысым және жылу арқылы өңдеу т. б.) жоғарылығы;
в) таза металдарда кездеспейтін ерекше қасиеттерінің болуы;
г) қорытпалардың физика-химиялық қасиеттерін қалауымызша өзгертуімізге болатындығы.
Қорытпалар сұйық күйінде біртекті, бір фазалы болады, ал сұйық күйден қатты күйге өткенде олардың фаза саны езгереді. Кейде металдар сұйық күйінде бірі екіншісінде ерімейді.
Мысалы, қорғасын мен темір, қорғасын мен мыс т. б. элементтердің қоспалары. Мұндай металдар сұйық күйінде бірі екіншісінде араласпай, меншікті салмағына байланысты қабат түзеді. Қөптеген металдардың қоспаларының сұйық күйінде бірі екіншісінде ерігіштігі шекті болып келеді.
Егер бір металдың қоспадағы концентрациясы сол металдың екінші металдағы ерігіштік шегінен асып кетсе, онда қоспа екі қабатқа (бөлікке) бөлінеді. Ерігіштігі шекті металдардың кристалдық торларының параметрлері мен балқу температураларының айырмашылығы әдетте көп болып келеді.
Құйма қатайған кезде оның құрылымдағы компанеттері бір-бірімен әректтесіп, екі немесе бірнеше фазадан тұратын қатты ерітінді, химиялық қосылыс және механикалық қоспа түзеді.
Қатты ертінділер. Көптеген металл қоспалары сұйық күйінде бірі екіншісінде еріп, сұйық ертінді түзеді. Металдар бірі екіншісінде тек сұйық күйінде ғана емес, катты күйінде де еріп, катты ертінді түзеді. Катты ертіндіде қорытпа компоненттерінің бірі өзінің кристалдық торын сақтайды, ал екіншісінің кристалдық торы бұзылады. Бірінші компонент - еріткіш, екіншісі - ерігіш, ал пайда болған қорытпа қатты ертінді деп аталады. Егер қорытпа компоненттерінің кристалдық торлары бір типтес және олар бірі екіншісінде шексіз еритін болса, онда қорытпа кұрамында мелшері 50 %-тен артық болатын компонент ерігіш деп аталады. Бірі екіншісінде шексіз еритін компоненттердің кристалдық торлары типтес болады және шексіз қатты ертінді олардың параметрлерінің арасындағы айырмашылық 8 %-тен аспаған жағдайда түзіледі. Қорытпадағы металл атомдарының кристалдық тордағы орналасуына байланысты қатты ертінділер алмасушы, енуші, шеғеруші ертінділері болып негізгі үш түрге бөлінеді. Шегеруші қатты ертіндісі сирек кездесетін болғандықтан оны қарастырмаймыз.
Алмасушы қатты ертіндісінде, ерігіш элементтің атомдары еріткіш элементтің кристалдық торындағы атомдардың орнын басады. Мүндай қатты ертінділер компоненттері бірі екіншісінде шекті және шексіз еруі мүмкін.
Енуші катты ертіндісінде ерігіш элементтін атомдары еріткіш элементтің атомдарының кристалдық торының ішіне орналасады, яғни ішіне енеді.
Егер қорытпа компоненттерінің кристалдық торларының параметрлеріндегі айырмашылық 8 %-тен аспаса, компоненттерінің бірінін, екіншісінде ерігіштігі шексіз болады, яғни алмасушы қатты ертінді, ал айырмашылық 8-15 % болса, онда компоненттерінің бірініқі екіншісіндегі ерігіштігі шекті, яғни енуші қатты ертінді түзіледі; 15 %-тен асып кетсе, қатты ерітінді түзілмейді.
Химиялық қосылыс. Кристалдық торларының түрлері бірі-біріне ұқсамайтын және торларының параметрлерінің айырмашылығы үлкен элементтер химиялық қосылыс түзеді. Бүл қосылыстар қорытпа компоненттерінің қатынасы белгілі мелшерге жеткенде түзіледі.
Әдетте, мұндай косылысты Д. И. Менделеевтің периодтық системасындағы бір-бірінен алшақ жатқан элементтер немесе кристалдық торлары мен тор параметрі әр түрлі, бірі-біріне жақын жатқан элементтер түзеді. Көбінесе химиялық қосылысты металдар мен металлоидтар түзеді. Мысалы, карбидтер - металл мен көміртегінің химиялық қосылыстары (темір, хром карбидтері), нитридтер - азотпен металдардың химиялық қосылыстары (темір, алюминий нитридтері т. б.).
Әдетте химиялық косылыстың физика-химиялық қасиеттеріоларды кұраушы компоненттердің физика-химиялық қасиеттерінен тіпті өзгеше болып келеді (қаттылығы, морттығы, электр кедергісі жоғары болады. Себебі химиялық қосылыс нәтижесінде күрделі жаңа кристалдық тор түзіледі.
Механикалық қоспа. Егер қорытпаның компоненттері балқыған күйде бірі екіншісінде шексіз еріп, қатты күйде өз ара ерімесе, онда қорытпа қатайғанда механикалық қоспа (эвтектика) құрайды. Механикалық қоспада компоненттер өз кристалдық торларын өзгертпей сақтайды. Механикалық қоспа таза компоненттерден, қатты ертінділерден, химиялық қосылыстардан т. б. тұруы мүмкін. Егер қорытпа компоненттерінің кристалдық торларының параметрлеріндегі айырмашылық 15 %-тен асып кетсе, онда мұндай қорытпа қатайғанда механикалық қоспа құрайды.
4 Күй диаграммалары
Қорытпа құраушылары мен олардың концентрациясының температураға байланысты өзгерістерін күй диаграммасы сипаттайды.
Күй диаграммасының ордината осіне қорытпалардың температурасы, абсцисса осіне концентрациясы салынады. Абсцисса осінің әрбір нүктесіне белгілі концентрациялы қорытпа сәйкес келеді, ал шеткі нүктелері 100 %-тік корытпа компоненттерін анықтайды. Диаграмманың кез келген нүктесі белгілі бір температурадағы белгілі концентрациялы қорытпа күйін сипаттайды. Абсцисса осіне перпендикуляр түзудің бойында жатқан нүктелер белгілі концентрациялы қорытпалардың температураға байланысты күйін, ал ордината осіне перпендикуляр сызықтың бойында жатқан нүктелер тұрақты температурадағы әр түрлі концентрациялы қорытпалар күйін сипаттайды.
Күй диаграммаларының түрі қорытпа құраушыларының өз ара әрекеттесуіне, температурасы мен концентрациясына байланысты әр түрлі болып келеді. Қорытпалар олардың құрамындағы құраушы элементтер санына байланысты екі-үш және онан да көп құраушыдан тұрады. Қос құраушыдан тұратын қорытпалар диаграммасы жазықтықта, ал үш құраушыдан тұратын қорытпалар диаграммасы кеңістікте жатады. Қос құраушыдан тұратын қорытпаның күй диаграммасын сызу үшін, осы құраушылардың концентрациясы әр түрлі болып келген қорытпаларының термиялық анализін, яғни температура мен уақыт арасындағы байланысты (суыну графигін)сызады. Суыну графигін сызу үшін балқыған қорытпаға температураға градуирленген гальванометрмен жалғасқан термопара салып, қорытпа температурасының уақытқа байланысты өзгерісін бақылаймыз. Енді ордината өсіне температураны (Т), абсцисса өсіне уақытты (τ) салып, сол екі параметр арасындағы байланысты график бойынша кескіндесек, қорытпаның суыну графигін аламыз (2-сурет).
Күй диаграммасын металдарды зерттеудің термиялық анализінен басқа олардың микроструктуралық, рентгеноструктуралық және физикалық қасиеттерін зерттеу әдістерімен де салуға болады.
Күй диаграммасының теориялық және практикалық маңызы зор. Өйткені бүл диаграмма бойынша көптеген практикалық мәселелерді тез және тәжірибе жасамай-ақ шешуге болады. Мысалы, кез келген көміртекті темір қоспаларының (болат, шойын) әр түрлі қасиеттерін анықтауға болады.
2-сурет.Cu-Ni системасының күй диаграммасы және қоспалардың суыну графиктері.
5 Фазалар ережесі.Иіндер ережесі
Гиббстың фазалар ережесі күй диаграммасының дұрыстығы мен заттардың кристалдану процесін түсіндіреді. Фазалар ережесін бастаудан бұрын металл тану ғылымында қолданылатын бірнеше терминдерге анықтама берейік. Белгілі бір температура, қысым жағдайында белгілі бір көлемге ие болатын қатты, сұйық, газ күйіндегі заттар (фазалар) жиынтығын жүйе (система) деп атайды. Ал жүйе қарапайым және күрделі, біртекті (гомогенді) және әр текті (гетерогенді) болып екіге белінеді. Жүйені құрайтын элементтер немесе тәуелсіз химиялық қосылыстар құраушылар деп аталады. Әр текті жүйенің белгілі шекарамен шектелген біртекті бөлігін фаза деп атайды. Фазалар ережесі тепе-теңдік күйіндегі жүйенің құраушылары мен фазаларынын арасындағы заңдылық-тарды анықтайды. Жүйенің тепе-теқдік шарттары температура, қысым, көлем параметрлерімен анықталады. Әдетте қорытпа қалыпты жағдайда зерттелетіндіктен, қысым атмосфералық қысымға тең болады.
Жүйенің фаза санын өзгертпей, күйін өзгерте алатын ішкі және сыртқы себептер (температура, концентрация, қысым) санын жүйенің варианттылығы немесе еркіндік дәрежесінің саны деп атайды.
Фазалар ережесіжүйенің тепе-теңдік күйінің математикалық өрнегін береді. Ол мынау:
С = К - Ф + 1,
мүндағы С- еркіндік дәрежесінің саны, К - кұраушылар саны,Ф - фаза саны.
Еркіндік дәрежесі (С) құраушылар саны мен фаза санының айырмасына 1- ді қосканға тең.
Иіндер ережесі екі фазалы жүйе фазаларының арасындағы қатынасты анықтайды.
Мысал үшін Cu-Ni системасының күй диаграммасын қарастырайық (2-сурет).
Құрамында 50 % Ni бар қорытпаны суытайық. Қорытпаның температурасы О нүктесіне жеткенде, осы нүктеге қатысты алғанда абцисса өсіне параллель түзудің ликвидус және солидус сызықтары мен қиылысқан нүктелерін т, п әріптерімен белгілейік. Иіндер ережесі бойынша (процент есебімен):
=; =,
яғни қорытпа фазаларының қатынасы сәйкес иіндерінің кері қатынасына тең болады.
Мұндағы:Q - қорытпаның жалпы мөлшері;
Qс - қорытпаның сұйық бөлігінің (фазаның) мөлшері;
Qк - қорытпаның қатты күйдегі бөлігінің мөлшері.
Жоғарыда айтылғандардан мынадай теңдік жазуымызға болады:
Q = Qс + Qк
Бұл теңдік өзінен-өзі түсінікті.
Қорытпаның температурасы темендеген сайын т нүктесі (сүйық фазаның, құрамының өзгеруін көрсетеді) L нүктесіне ұмтылады. Ал п нүктесі В нүктесіне ұмтылады және қатты фазаның құрамының қалай өзгеретінін көрсетеді. D нүктесінде тек қатты фаза қалады.
6 Темір-көміртекті қорытпалардың күй диаграммасы
Металл корытпалардың күй диаграммаларының ішінде темір-көміртегі күй диаграммасының үлкен маңызы бар. Өйткені, техникада металл материалдардың ішінде көміртекті темір қорытпалары аса кең қолданылады.
Темір-көміртекті қорытпалардың күй диаграммасының екі түрі бар: темір-темір карбиді (Ғе3С) жүйесіндегі түрлендірулерді сипаттайтын түрі тұрақсыз және темір-графит жүйесіндегі түрлендірулерді сипаттайтын түрі тұрақты деп аталады.
Барлық аз көміртекті қорытпалар (болат) үшін кристалдану кезіндегі түрлендірулер тұрақсыз диаграмма бойынша өтеді. Жоғары көміртекті қорытпаларда (шойын) алғашқы кристалдану кезінде түрлендірулер көбінше тұрақты диаграмма бойынша, ал одан әрі қатты күйде салқындату барысында тұрақсыз диаграммамен өтеді.
Қорытпалардың басым көпшілігі үшін түрлендірулер темір-темір карбиді күй диаграммасы бойынша өтетіндіктен, бұл күйдің маңызы айрықша деп есептелінеді. Ғе3С - темір карбидінцементитдеп айтады,сондықтан, темір-кеміртекті қорытпалардың тұрақсыз диаграммасын темір-цементит (Ғе-Ғе3С) күй диаграммасы деп атауға болады.
Темір-цементит күй диаграммасыныңкомпоненттері мен фазалары
Темір-көміртегіжәне темір-цементит күйдиаграммаларының компоненттері болып темір мен көміртегі табылады.Темір-көміртегі күйдиаграммасының фазалары мен қүрылымын қүраушылары:сұйық ерітінді, феррит,аустенит,цементит,перлит,лед ебуритжәне графиттүріндегі бос көміртек.
Темір-цементит күйдиаграммасының фазалары мен қүрылымын қүраушылары тура сондай, тек графит кездеспейді. Демек, барлық көміртегі цементит түріне айналып бос түрінде болмайды.
Феррит (Ф немесе α түрінде таңбаланады) - Ғеα-ға көміртегі енгізілген қатты ерітінді. Жұмсақ, пластикалық фаза. Оның көлемдік центрленген текше (ОЦК) торы болады да, көміртегінің ерігіштігі төмен болып келеді.Феррит көміртегінен басқа да элементтерді ерітеді. Егер феррит құрамында Si, Мn элементтері болса, онда ол оны нығайта түседі.Ферриттің төменгі және жоғары температуралы түрлері бар. Төменгі температуралы ферритте көміртектің шекті концентрациясы 0,006 %, ал жоғары температуралы ферритте 0,1 % болады.ФерритКюри нүктесі деп аталатын 768 °С температураға дейін магниттікқасиетін сақтайды. Темір тазалығы жоғарылаған сайын қасиеті арта түсетін жұмсак магнитті материал болып табылады.Ферритт қаттылығы НВ80-100.
Аустенит (А немесе γ түрінде таңбаланады) - Ғеγ-ға көміртек енгізілген катты ерітінді. Оның атомаралық саңылаулары көлемдік центрленген текше (ОЦК) тормен салыстырғанда 2 есе үлкен келеді, әрі кырлық центрленген текше (ГЦК) торы болады. Ғеγ -да көміртектің ерігіштігі жоғары, ол 2,14 % жетеді. Аустенит феррит тәрізді баска элементтерді еріте алады, бұл жағдайда металдар орын басу қатты ерітіндісін түзеді. Аустенит пластикалы, ферритпен салыстырғанда біршама берік келеді (қаттылығыНВ 160-200).
Цементит (Ц) - құрамында 6,67 % көміртегі бар, күрделі торлы темірдің көміртегіменхимиялық қосылысы (Ғе3С). Атомдары тығыз орналасқан күрделі ромбылық (ГЦК) торына ие. Қалыпты жағдайда цементит металдық жарқылы бар, электр, жылу өткізгіштік, қаттылық қасиеттері жоғары морт корытпақатты (НВ800) және морт сынғыш болады. Цементитте темірді марганец, хром тағы басқа металдар, ал көміртекті ара-тұра азот алмастыра алады.
Перлит құрамында 0,8 % көміртегі бар, феррит пен цементиттің эвтектоидтық қоспасы. Микроскоппен қарағанда ол меруерт сияқты құлпырып көрінетіндіктен, бұл қоспаға перлит-меруерт деген ат қойылған. Микроқұрылысы ферритті негізге орналасқан дисперсиялы цементит пластинкалардан немесе цементит түйіршіктерінен тұрады.
Ледебурит - құрамында 43 %-ды көміртегі бар цементит пен аустениттің эвтектикалық қоспасы. Ледебурит 1147 °С-та көміртекті темір қорытпасында көміртегінің концентрациясы 4,3 %-ға жеткенде түзіледі. Ледебурит микроқұрылысынан цементиттің ішінде дөңгелектеніп келген перлит түйіршіктерін көруге болады. Ледебурит ақ шойындар құрылысында кездеседі, ол морт және қаттылығы жоғары болып келеді.
Графит - темір-көміртекті қорытпаларда еркін күйде бөлінетін көміртегі. Оның гексагональдық кристалдық торы болады, тығыздығы 2,5 гсм3 тең. Графит электр өткізгіш, химиялық төзімді, беріктігі төмен, жұмсақ (НВ 3).
Темір-цементит күй диаграммасының сипаттамасы
Диаграмманың көлденең (абцисс) өсіне қорытпа құрамындағы көміртегі мөлшері 6,67 %-ға тең болғанда бітеді. Тік (ордината) өсі бойынша температура көрсетілім салынады.
Сурет бірі-бірінен белгілі шамаға ығысқан екі диаграммадан тұрады. Ғе-Ғе3С диаграммасы үздіксіз жуан сызықпен, ал Ғе-С диаграммасы пунктир сызықпен кескінделген.
Көміртекті темір қорытпалары тез суығанда, қоспада көміртегі химиялық қосылыс - цементит (Ғе3С) түрінде, ал баяу суығанда, графит (С) түрінде бөлінеді. Түзілген цементит тұрақсыз қосылыс, ал графит тұрақты қосылыс болып табылады. Көміртекті темір қорытналары баяу суығанда цементиттен графит мына реакция бойынша түзіледі:
Диаграмманың АВСД сызығы (ликвидус) - қорытпалардың бастапқы кристалдану процесі басталады. Бұл сызықтан жоғары барлық қорытпалар бір фазалы сұйық күйінде болады. Суытқанда сұйық қорытпадан АВ бойынша феррит, ВС - аустенит, СД - алғашқы цементит (ЦI)бөлініп шығады.
АНIEСҒ бойында кристалдану процесі аяқталады. Бұл сызықтан төменгі температурада барлық қорытпа қатты күйде болады, әрі қарай жүретін процестер қатты күйінде жүреді. 1492 °С температурада НІВ сызығында перитектикалық түрлену өтеді, оның нәтижесінде аустенит түзіледі. 1147 °С-да ЕСҒ сызығында С нүктесінде көміртегінің концентрациясы 4,3 %-ға жеткенде қорытпадан аустенит, бірінші реттік цементит кристалдары бөлініп, ледебурит эвтектикалық қорытпасы түзіледі.
АНІЕСҒ сызығы - солидусдеп аталады.
Темір-цементит жүйесінде изотермиялық мынадай түрлену өтеді:
ЕСҒ сызығындағы (1147°С) эвтектикалық түрлену:С(ұйық)с [Ае+ЦF];
PSKсызығындағы (727°С) эвтектоидты түрлену: АS[ФР+ЦК].
Солидус сызығынан төменгі аймақтарда көміртекті темір қорытпаларының бірінші реттік кристалдану процестері аяқталып, олардың екінші және үшінші реттік кристалдану процестерінің нәтижесінде мынадай құраушылар түзіледі:
1) 2,14% С 4,3% эвтектикаға дейінгі шойындар, құрылысы: А+ЦП+ Л(А+ЦI).
2) С=4,3% - эвтектикалық шойын, құрылысы: Л (ледебурит).
3) 4.3% С 6,67% эвтектикадан кейінгі шойындар, құрылысы: ЦI+Л(А+ЦI).
Кез келген концентрациялы болаттар бірінші рет кристалданғаннан кейін құрылысы аустенитті болады. Болаттың екінші рет кристалдануы GSЕ сызықтары бойынша жүреді. GS сызығы бойынша аустениттен феррит, ал SЕ сызығы бойынша екінші реттік цементит бөлінеді. GS сызығына сәйкес нүктелерді А3әрпімен, ал SЕ сызығына сәйкес нүктелерді Астәрпімен белгілейді.Sнүктесі (727 °С) температурадағы аустенитке сәйкес болады. S нүктесінде қорытпадағы көміртегінің концентрациясы 0,8 %-ға жеткенде аустенит феррит пен екінші реттік цементитке ыдырап, эвтектоидтық корытпа - перлит түзіледі. РSК түзуіне сәйкес температураны А1 әрпімен белгілейді. Р нүктесі көміртегінің α-Ғе-дегі максимум ерігіштігін (0,02 %) анықтайды. GР, РQ сызықтары көміртегінің α-Ғе-дегіерігіштігінің температураға байланыстылығын көрсетеді. GРQ сызықтарының сол жағына орналасқан барлық нүктелер ферриттің күйін анықтайды. РSК сызығынан төмен орналасқан диаграмма нүктелері мынадай болаттардың түрін анықтайды:
1) 0,02% С 0,8% - эвтектоидқа дейінгі болаттар, құрылысы: Ф+П(Ф+Ц).
2) С-0,8% - эвтекттоидты болат, құрылысы: П(Ф+Ц).
3) 0,8% С 2,14% эвтектоидтан кейінгі болаттар, құрылысы: П(Ф+Ц).
3-ДӘРІС.ТЕМІР-КӨМІРТЕКТІ ҚОРЫТПАЛАР: БОЛАТТАР МЕН ШОЙЫНДАР
Дәріс жоспары:
1 Конструкциялық шойындар.
2 Болаттарды жіктеу.
3 Кәдімгі сапалы көміртекті болаттар.
4 Сапалы көміртекті конструкциялық болаттар.
5 Конструкциялық легірленген болаттар.
6 Көміртекті аспапты болаттар.
7Легірленген аспапты болаттар
1 Конструкциялық шойындар
Құрамында 2%-тен 6,67 %-ке дейін көміртегіменбасқа тұрақты (марганец, кремний, күкірт, фосфор) және тұрақсыз қосалқы элементтер бар көміртекті темір қорытпалары шойын деп аталады. Құрылымына байланысты шойындар ақ және сұр шойын болып екіге бөлінеді. Сұр шойын құрамындағы графит пластиналы, үлпек тәрізді және сфералық болуы мүмкін.
1. Ақ шойынның құрамында көміртегі темірмен химиялық қосылыс (цементит) түрінде кездеседі. Бұл шойынның кристалдану процесі темір-цементит диаграммасы бойынша жүреді, оның қаттылық, беріктік, үйкеліске беріктік, морттылық қасиеттері жоғары болып келеді. Шойынның морттылық қасиеті құрамындағы көміртегі мөлшерінің артуына байланысты артатындықтан, өндірісте құрылымы перлит-ледебуритті эвтектикаға дейінгі шойындар қолданылады. Ақ шойын өңдеуге келмейтіндіктен олардан механикалық өңдеуді керек етпейтін қорытпалар алынады. Мұндай қорытпалардың сыртқы беті ақ шойын, ішкі жағы (өзегі) сұр шойын түрінде кристалдануы үшін сыртқы бетін тез, ал ішкі жағын баяу жылдамдықпен суытады. Бүйір беті ақ, ортасы сұр болып келетін шойын қорытпалары ағартылған шойын деп аталады. Ақ шойынды соқаның пышағын, прокаттаубіліктерін, диірменнің шарларын жасау және соғылғыш шойын (ковкий чугун) алу үшін пайдаланады.
2. Сұр шойынның құрамында көміртегі еркін күйінде, демек, графит түрінде кездеседі және сұр шойынның кристалдану процесі көміртегі-темір диаграммасы бойынша жүреді. Сұр шойынның құрамындағы графиттің түзілу табиғаты осы күнге дейін толық анықталмаған. Шойынның құрамындағы әдеттегі элементтер немесе белгілі мақсатпен енгізілген элементтер графит түзгіш және карбид түзгіш элементтер болып екіге бөлінеді. Кремний, никель, алюминий т. б. элементтер шойынның құрамындағы темір мен көміртегінің өз ара тартылыс күштерін әлсіретіп, графиттің түзілуіне жағдай туғызады. Сондықтан жоғарыдағы элементтерді графит түзгіш злементтер деп атайды. Марганец, хром, вольфрам элементтері карбид түзеді. Кремний шойынның кұрамында 0,5-4,5 %-ке дейін,марганец - 2 %-ке дейін кездеседі. Күкірт - марганец сияқты, карбид түзгіш элемент,оныңмөлшері 0,08-0,1 %-тен аспайды.
Қез келген сұр шойын маркасын металдық негізден (цементит, феррит) және металл емес бөліктен (графит) тұрады деп қарастыруға болады. Бұл бөліктер мөлшерінің бір-біріне қатысы көміртегінің графиттелу дәрежесіне байланысты. Көміртегінің графиттелу дәрежесі неғұрлым жоғары болса, шойында графит мөлшері көп, металдық негіз кұрайтын мөлшері аз болады. Сұр шойындардың қаттылық, беріктік, үйкеліске беріктік сияқты механикалық қасиеттері олардың структурасындағы металл негіздегі перлит кебейген сайын жоғарылай береді.
Сұр шойындар былайша белгіленеді (ГОСТ 1412-85): СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30,СЧ 35, мұндағы СЧ - сұр шойын (серый чугун) дегенді, ал бұл әріптерден кейінгі сан шойынның үзілуге беріктік шегін керсетеді, МПа*10-1.
3. Модификацияланғаншойын. Сұр шойындардыңмеханикалық қасиетін арттыру мақсатымен оларды балқытып, оларға модификатор деп аталатын, ұнтақталған (ферросилиций, феррокальций, ) қоспаларды модификацияланатын шойынғақосады, қоспаның мөлшері 0,5-1,0 % шамасында болуы тиіс. Модификатор балқыған шойынның құрамындағы оттегімен қосылып, кристалдану орталығынын қызметін атқарушы СаО, SіО2 тотықтарын түзуінің арқасында шойынның структурасы біркелкі орналасқан майда графитке айналады. Мұндай шойынды модификацияланғаншойын деп атайды. Әдетте құрамында көміртегі мен кремний элементтерінің мөлшері аз шойындар модификацияланады. Мысалы: 2,9-3,2 % С, 1-1,5 % Sі, 0,8-1,2 % Мn, 0,3 % Р, 0,12 % S.
Мұндай құрамды шойында модификацияланғанға дейінгі графит модификацияланғаннан кейін майда пластинкалы графит тузуге себепші болады.Соңғы кезде 65 % ферросилиций мен 35 % алюминийден тұратын қоспа күшті модификатор ретінде қолданылып жүр.
Шойынның бұл түрі машина жасау өндірісінде тісті дөңгелектер, тежеуіш барабандар, біліктер т. б. әр түрлі машинабөлшектерін жасау үшін колданылады.
Модификацияланғаншойындардың маркасы сүр шойындар маркасы сияқты.
4.Аса берік шойын сұйық сұр шойынды магний элементімен модификациялау арқасында алынады. Мұндай шойынның құрамындағы графит шар (глобуляр) түрінде болады. Шойындағы графиттің шар формалы болуы шойынның металлбөлігінің өз ара байланысын арттырып, олардың қасиетін болаттын механикалық қасиеттеріне жақындатады. Магний элементінің модификациялық әсері оның шойынның құрамындағы мөлшері 0,02 %-тен асқанда байқалады, Әдетте магний элементінің мөлшері0,05-0,08 %-тен аспайды.Аса берік шойынның құрылымы сұр шойындікі сияқты ферритті, феррит-перлитті,перлитті болып келеді.Бұл шойындардан иінді вал сияқтыжауапты бөлшектердің көптеген түрлері жасалып жүр.
Аса берік шойындар былайша белгіленеді: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ 45, ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100, ВЧ120. ВЧ - беріктігі жоғары шойын; сан - созуға беріктік шегін көрсетеді, МПа*10-1.
4.Соғылғыш шойынның серпімділігісұр шойындікінен жоғарырақ. Соғылғыш шойын ақ шойыннаналынады. Құрамындағы темірдің карбидін бөліп, еркін графит алу үшін (күйдіру көміртегін алу үшін) термиялық өңдеуден өткізеді. Мұндай графит үлпен тәрізді болып көрінеді. Бүл шойынның қасиеті беріктігі жоғары шойындар мен сұр шойындар қасиеттерінің аралығында болады.
Соғылғыш шойын құрылымына қарай перлитті және ферритті болып екіге бөлінеді.
1. Ферритті соғылғыш шойын алу үшін құрамында 1,7-2,7 % көміртегі бар ақ шойынды мынадай тәртіппен термиялық өңдеуден өткізеді:
а) құрамындағы сутегін бөлу үшін ақ шойынды алдын-ала қыздырады;
б) температурасын 950-1000 °С-қа жеткізеді, сонда ледебурит құрамындағы цементиттің графитке айналуының бірінші кезеңі басталады;
в) температурасын 950-780 °С-қа дейін төмендетеді, сонда екінші цементиттен графит бөлінуінің екінші кезеңі басталады.
г) температураны 720-730 °С-қа жеткізеді, сонда перлит құрамындағы цементиттің ыдырауы басталады.
Осындай термиялық өңдеудің нәтижесінде ақ шойынның структурасы феррит пен жапалақ қар тәрізді графитке айналады.
2. Перлитті соғылғыш шойын алу үшін ақ шойынды 950-1000 °С температураға дейін қыздырып, осы температурада ұзақ уақыт ұстайды, эвтектоидтық цементиттің графитке айналып кетпеуі үшін, эвтектоидтық өзгерістер аймағында ақ шойынды үлкен жылдамдықпен суытады. Осылайша ақ шойын термиялық еңдеуден өткен соң структурасы жағынан перлитке айналады.
Соғылғыш шойын алу технологиясының басты кемшілігі оны алуға көп уақыт (1000 сағат және одан да артық уақыт) кететіндігінде. Бұл шойынды алу уақытын кеміту үшін оған 0,01 % ақ шойын қосу арқылы модификациялайды.
Соғылғыш шойынның мынадай түрлері бар: КЧ30-6, КЧ33-8,КЧ305-10, КЧ 37-12, КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ55-4, КЧ60-3, КЧ65-3, КЧ70-2, КЧ80-1,5,мүндағы КЧ - соғылғыш шойын (ковкий чугун) дегенді, бірінші цифр - созуға беріктік шегін, МПа*10-1, екінші цифр - салыстырмалы ұзару коэффициентін, %-пен көрсетеді.
2 Болаттарды жіктеу
Болат - темірдің көміртегі (2 %-ке дейін) және басқа элементтермен қорытпасы. Өндіру технологиясынабайланысты, қорытпа құрамында көміртегінен басқа марганец, кремний, күкірт, фосфорқосалқы элементтер болады. Мұндай болатты көміртекті болат деп атайды.Болаттыі түрліқасиеттерін арттыру үшін, қорытпа құрамынахром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, марганец,кремнийт.б. элементтер қосылады. Мұндай қорытпа легірленген болат деп аталады.
Болаттың химиялық құрамы, атқаратын қызметі, сапасы, тотықсыздандыру дәрежесі және құрылымы бойынша жіктеледі.
Химиялық құрамы бойынша болатты көміртекті және легірленген болатқа топтастырады. Көміртегі концентрациясы бойынша бұл екеуі де аз көміртекті(С 0,3 %), орташа көміртекті (С =0,3-0,7 %) және жоғары көміртекті(С 0,7 %) болатқа бөлінеді.
Легірленген болаттардықҚұрамына енгізілген элементтердің мөлшері бойынша аз, орташа және жоғары легірленген деп ажыратып бөледі. Аз легірленген болаттағы легірлеуші элементтердің мөлшері 5 % аспайды, орташа легірленген болаттағы мөлшері 5-10 % дейін, жоғары легірленген болатта 10 %-тен көбірек болады.
Құрамына енгізілген элементтеріне қарай легірленген болат хромды, марганецті, хром-никельді, хром-кремний-марганецті және басқа да көптеген болаттарға бөлінеді.
Атқаратын қызметі(тағайындалуы)бойыншаболат конструкциялық, аспаптық және ерекше қасиеті бар арнайы жұмсалатын болаттарға жіктеледі. Конструкциялық болат құрылыстық ғимараттарды, машиналар мен приборлардың бөлшектерін жасауға арналған болаттың ең кең тараған тобы болып есептелінеді. Аспаптық болат кескіш және өлшеуіш аспаптарға, суықтай және ыстықтай деформациялау штамптарына арналған болаттарға бөлінеді. Арнайы жұмсалатын болаттарға коррозияға төзімді (тоттанбайтын), қызуға төзімді, қызуға берік, электртехникалық және басқа да болаттар жатады.
Сапасы бойыншаболатты құрамындағы зиянды қоспалар (S, Р) мөлщеріне қарай кәдімгісападағы (қарапайым, кәдімгісапалы), сапалы, жоғары сапалы және ерекше жоғары сапалы болаттарға айырады.
Болат тобы
S мөлшері, %
Р мөлшері, %
Кәдімгісападағы
= 0,06
= 0,07
Сапалы болат
=0,04
= 0,035
Жоғары сапалы
= 0,025
=0,025
Ерекше жоғары сапалы
= 0,015
=0,025
Қарапайым (қәдімгі)сапалыболаттан тек көміртекті (0,5 % С дейін) болат, сапалы және жоғары сапалы болаттан көміртекті және легірленген болат, ерекше жоғары сапалы болаттан легірленген болат қорытылады.
Тотықсыздандыру дәрежесі бойыншажәне қатаю сипаты бойынша болат тынық, жартылай тынық, және қайнаған болаттарға классификацияланады.
Тотықсыздандыру дегеніміз - сұйық металдан оттекті айдап шығатын процесс, олай етпегенде ыстықтай деформациялау кезінде болат морт сынып бүлінеді.
Құрылымы бойыншаболат жасытылған және нормальданған күйінде классификацияланады. Жасытылған (тепе-теңдік)күйдегі болатты құрамына байланысты алты класқа бөледі: 1) эвтектоидтыкқа дейінгі(құрылымында артық феррит болатын); 2)эвтектоидтық (құрылымы перлиттен құралатын); 3) эвтектоидтықтан кейінгі (құрылымында аустениттен белініп шығатын туынды карбид болатын); 4) ледебуриттік (құрамында алғашқы (эвтектикалық) карбид болатын; 5) аустенитті; 6) ферриттік болаттар.
Алғашқы үш класқа көміртекті болат, ал барлық кластар легірленген болат бола алады.
3 Кәдімгі сапалы көміртекті болаттар (ГОСТ 380-2005)
Көміртекті болаттар қорыту технологиясына байланысты қайнау (кп), жартылай тыныш (пс) және тыныш (сп) қорыту болаттары болып үшке бөлінеді. Көміртекті болаттарда тұрақты қоспалар болады: кремний, марганец, күкірт, фосфор, өттегі элементтер. Түріне қарай болаттың құрамында қоспа элементтер мынадай мөлшерде кездеседі: Si = 0,05-0,30 %, Мn = 0,25-0,80 %, Р 0,07%, S 0,06 %.
Осы болаттар міндет артуы жалпы деп саналады.Бұл барлық прокаттың 70 %-ы шығарылатын, қолданысы кең әрі қымбат емес болат. Одан циклды жүктемеме, интенсивті тозу, агрессивті орта т.б. жағдайларда жұмыс істейтін ауыржүктемелі бөлшектер дайындалады.
Стандарт бойынша 20 маркасы бар: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, ..., Ст6сп. Мұндағы Ст әріптері болат (орысша - сталь) дегенді, кейінгі сан - рет номірін білдіреді. Сл кп, пс, сп әріптері тотықсыздандыру дәрежесін сипаттайды. Ст0-ден Ст5-ке дейін болаттар аз көміртекті (С = 0,06-0,3 %), Ст6 болат орташа көміртекті(С = 0,38-0,49 %). Егер болат танбасында Г әрпі болса (Ст3Г, Ст5Г), ол құрмындағы марганецтің жоғарыланған мөлшерін (0,8-1,2 %) білдіреді.
4 Сапалы көміртекті конструкциялық болаттар (ГОСТ 1050-2013)
Сапалы көміртекті болаттаржоғары механикалық қасиеттерге ие болады.Көміртегі мөлшері бірдей кезде конструкциялық сапалы болат кәдімгі сапалы болатпен салыстырғанда аққыштық шегінің жоғарғы шамасына ие болады және иілгіштеу болады.Орташа көміртекті болатты көлік және жалпы машина жасаудың барлық салаларында әр түрлі бөлшектер дайындау үшін қолданады. Жоғары көміртекті болатты жоғары статикалық және вибрациялық жүктемелер бар болғандағы үйкеліс жағдайында жұмыс істейтін бөлшектерді дайындау үшін қолданады.
Сапалы болаттар құрамындағы көміртегі мөлшерінің процентпен алынған жүздік үлесі бойынша белгіленеді: 05кп, 08кп, 08пс, 08, 10, 15, 18, 20, ...,60 (25-тен бастап болаттар тек тынық болады). Мысалы, 15 маркалы болатгың құрамында 0,15 % көміртегі болады. Маркасына қарай болаттың құрамында қоспа элементтер мынадай мөлшерде кездеседі: кремний 0,03-0,30 %, Мn = 0,25-0,80 %, Р = 0,030 %, S = 0,035%. Алайда осы болаттар құрамында марганецтің жоғарыланған мөлшері болу мүмкін. Мұндай болат легірленбеген арнайы болат деп саналады. Орың маркасында көміртегінің мөлшерін анықтайтын саннан соң Г әрпі (марганец) қойылады: 15Г, 20Г, ..., 50Г; 10Г2, 30Г2, 35Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г2. Бұндағы 2 сан марганец мөлшері ~2 % шамасында екенін білдіреді. Егер болат таңбасында Г-дан кейін сан болмаса, онда марганец ~1 % шамасында, мысалы, 25Г: С = 0,25 %, Мn ~1 %.
Егер болат өқймалар жасау үшін арналатын болса сапалы көміртекті болат маркасының сонында Л әрпі жазылады да құю болат екенін білдіреді. Көміртекті құю болаттың маркалары мынадай: 15Л, 20Л, 25Л, 30Л, 35Л, 40Л, 45Л, 50Л.
5 Конструкциялық легірленген болаттар
Стандарт бойынша легірленген болаттар 14 топқа бөлінеді, олардың аттары құрамындағы элементтермен анықталады: хромды, марганецті, хроммарганецті және т.б. Легірленген болаттардың механикалық қасиеттері көміртекті болаттарға қарағанда жоғары (термиялық өңдеуден кейін). Аз легірленген болаттардың пісірілгіштігі, тот баспайтындығы жоғары болады. Бұл болаттар пісірілу конструкцияларын, құбырларды, ірі құрылыс бұйымдарын, көпірлерді, үйлердің, крандардың негізгі қаңқаларын жасау үшін қолданылады.
Орташа және жоғары легірленген болаттың физика-механикалық қасиеттері артады, бірақ өңделу қабілеті төмендейді.
Конструкциялық легірленген болаттар көміртегінің проценттің мөлшерін жүздік үлеспен сипаттайтын екі танбалы санмен, одан кейін легірлеуші элементтерді белгілейтін әріптермен маркаланады. Әрбір әріптің артында тұрған сан тиісті элементтің проценттік мөлшерінкөрсетеді. Егер легірлеуіш элементінің әрпі сансыз болса, оның мөлшері 1 % шамасында. Легірлеуіш элементтер белгілері:
Б - ниобий (Nb)
Н - никель (Ni)
Ф - ванадий (V)
В - вольфрам (W)
М - молибден (Mo)
Х - хром (Cr)
Г - марганец (Mn)
П - фосфор (P)
Ц - цирконий (Zr)
Д - мыс (Cu)
Р - бор (B)
Ч - сирек кездесетін
Е - селен (Se)
С - кремний (Si)
Ю - алюминий (Al)
К - кобальт (Co)
Т - титан (Ti)
А - азот (N) тек марка ортасында
Болаттың жоғары сапалы екендігін көрсету мақсатымен болат маркасының сонында А ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Дәріс жоспары:
1 Кіріспе.
2 Материалтану мәні
3 Конструкциялық материалдар технологиясы
1 Кіріспе
Пән мақсаты: пән зерттеуі нәтижесінде студент дағдыларды игереді және тауып алады, мамандардың кәсіпшілік дайындау деңгейі жоғарлауына жағдай жасайды, материалдардың сапа жақсарулары маңыздылыққа түсінумен қожалық етушілердің, оларды алуға үйрену, өңдеу және қолдану барлықтардың өмір сфераларында, сонымен қатар білімдер әдістері туралы және форманың құрылуының, инженерлік қызметте қажетті.
2 Материалтанудың мәні
Материалтанудегеніміз - бұл түрлі материалдардың құрылысы мен қасиеттерін зерттеп, олардың арасындағы заңдылықтарды анықтайтынғылым.
Металтану дербес ғылыми пән ретінде XIX ғасырдың алғашқы жартысынан кейін дами бастады. Ғылымның бұл саласының дамуы металдар құрылысын микроскоппен алғаш рет (1831) зерттеген ұлы орыс ғалымы П.П. Аносовтың атымен байланысты. Металдарды микроскоппен зерттеу әдісін 1863 жылы, яғни 30 жылдай уақыт өткен соң, ағылшын оқымыстысы Сорби қолданды.
Д.К. Чернов металдар мен қорытпалардың қасиеттерін зерттеп, кризистік нүктені ашты.
Металтану ғылымы металдардың, қорытпалардың құрылысы мен қасиеттерін зерттеп, олардың арасындағы заңдылықтарды анықтайды. Металл тану ғылымы, химия, математика және физика пәндерімен тығыз байланысты. Бүл ғылымның негізгі міндеті - техникада қолданылатын металдар мен қорытпалардың қасиеттерін зерттеу және жасанды жолмен өзгерту, халық шаруашылығының әр түрлі тарауларында қолданылатын жоғары сапалы, жаңа қасиетті жасанды материалдар алу.
3 Конструкциялық материалдар технологиясы
Конструкциялық материалдар технологиясы - конструкциялық материалдардың құрлысын, құрылымын, қасиеттерін, олардың беріктендірілу тәсілдерін және машина бөлшектері мен бұйымдар жасаудың технологиялық тәсілдерін зерделейтін пән. Бұйымдар мен бөлшектер алудыңнегізгі әдістері:металлургия, құю өндірісі, қысыммен өңдеу тәсілдері, пісіру өндірісінің технологиясы, дайындамалардымеханикалық өңдеу.
2-ДӘРІС. МЕТАЛДАР МЕН ҚОРЫТПАЛАРДЫҢ ҚҰРЫЛЫСЫ.КҮЙ ДИАГРАММАЛАРЫ
Дәріс жоспары:
1. Металдардың кристалдық құрылысы.
2. Кристалдану теориясы. Металдар аллотропиясы.
3. Қорытпалар теориясы негіздері.
4. Күй диаграммалары.Олардың түрлері.
5. Фазалар ережесі. Иіндер ережесі.
6. Темір-көміртекті қорытпалардың күй диаграммасы
1 Металдардың кристалдық құрылысы
Қатты заттар, кристалдық құрылысына байланысты, металдар және металл емес аморфты заттар болып екіге бөлінеді. Металдар мен металл қорытпаларының электр, жылу өткізгіштік, пластикалық қасиеттері жоғары, металдық жарқылы бар. Олар қатты күйде кристалл торлардан құралады. Кристалл торлары белгілі заңдылықпен орналасқан атомдардан құралады. Атом электрондары металда газ молекулалары сияқты тәртіпсіз қозғалыста болады. Металл электрондары атомдармен әлсіз байланысқандықтан оларды жылу, электр өткізгіштік қасиеттері мен пластикалық қасиеттері жоғары болады. Кристалл денелердің қатты күйден сұйық күйге немесе сұйық күйден қатты күйге өтуі белгілі бір тұрақты. температурада болады (2.1-сурет).
Таза металл ав учаскесінде біртіндеп суынып (2.1, а-сурет), вс учаскесінде біраз уақыт тұрақты температурада болады. Бұл участкеде металдың температурасы вс нүктесіне сәйкес tктемпературасына жеткенде металдың кристалдану процесі басталады. Металл толық кристалданып болғанша (вс учаске) оның температурасы өзгермейді. Өйткені кристалдану процесінде кристалл торларын бұзуға жұмсалған жылу, жасырын балқу жылуы түрінде металдан бөлініп, онын температурасын тұрақты жағдайда ұстайды. Металл сұйық күйден толық қатты күйге айналып болған соң, температура сd сызығы бойынша бір қалыпты төмендейді. Қорытпалардың суыну процесі 2.1, б-суретте көрсетілген. Қорытпалардың кристалдануы тұрақты температурада емес, белгілі температура аралығында жүреді. Кристалдану процесінің басталуына сәйкес температураны кристалдану процесінің бастапқы температурасы (tб), ал кристалдану процесінің аяқталуына сәйкес температураны кристалдану процесінің соңғы температурасы tсдеп атайды.).
Аморфты денелердің бір күйден екінші күйге өтуінің белгілі температурасы болмайды (2.1, в-сурет) .
Сонымен, таза металдар мен қорытпалардың суыну немесе қыздыру графигінде температура аялдамасы болады (в, сd учаскелері).
1860 жылы орыс кристаллографы Е. С. Федоров кристалды денелер атомдарынын, кеңістікте белгілі бір заңдылық бойынша орналасатындығы туралы пікір айтты. Кейіннен бұл пікір рентген сәулелерінің жәрдемімен тәжірибе жүзінде дәлелденді. Кристалды денелердід атомдары (иондары) кеңістік торларының түйіндерінде белгілі бір заңдылық бойынша орналасып, үздіксіз тербелмелі қозғалыста болады.
2.2- сурет. Суыну графиктері:
а - таза металдар үшін; б- қорытпалар үшін; в - аморфты денелер үшін
Атомдары (иондары) белгілі тәртіппен орналасқан заттарда әр уақытта кеңістікте орналасуы қайталанып отыратын атомдардың ең аз жиынтығын қарапайым кристалдық тор немесе кеңістік торы деп атайды. Әрбір кристалды элементтің өз торы болады. Nа, К, Ва, Ғеα элементтері көлемге центрленген кубтан, Си, Ag, РЬ, Ві, Со, Ғеγ элементтері қабырғаға центрленген кубтан, ал Mg, Ве, Zn, Са, Сd, Sn - элементтері гексогоналық тордан тұрады. Кристалдық торлардың түрі көп, солардың ішіндегі ең қарапайымы - текше тор.Металдарда көбінесе кристал торларынын үш түрі байқалады (2.2-сурет): а - кеністікте орталандырылған текше торы (ОЦК), б - жақтарда орталандырылған текше торы (ГЦК), в - гексоналды тығыз түйілген (ГПУ).
2.2- сурет. Кристалл торлары түрлері.
Кристалдық тордағы атомдардың ара қашықтығы өте жақын (10~8см) болғандықтан, олардың орналасуын, яғни кристалдық тордың түрін (типін) рентгендік-структуралық анализ бойынша анықтайды. Кристалдық торды сипаттайтын мынадай негізгі шамалар бар: тор параметрі немесе периоды, базисі, координациялық саны, жинақтылық (компактілік) коэффициенті.
Торпараметрі деп оның жақын жатқан екі атомының арасындағы кашықтықты айтады. Әрбір қарапайым торға тиісті атом санын тордың базисі деп атайды
Берілген атомға ең жақын орналасқан атомдар саны тордың координациялық саны деп аталады. Бұл шама тор атомдарының өз ара байланыстарын сипаттайды. Көлемге центрленген текше тордың координациялық саны 8, қабырғаға центрленген текше тордікі12 тең. Тордағы атомдар көлемінің жалпы тор көлеміне қатынасын тордың жинақтылық (компактілік) коэффиенті деп атайды. Жинақтылық коэффициенті тор атомдарының орналасу тығыздығын сипаттайды.
Аморфты денелердің атомдары ретсіз орналасып, кез келген бағытта киылған жазықтықтарға келетік атомдар саны бірдей болғандықтан, олардың физика-химиялық қасиеттері барлық бағытта бірдей, яғни изотропты болады.
2 Кристалдану теориясы.Металдар аллотропиясы.
Металдардың сұйық күйден қатты күйге өту процесі кристалдану процесі деп аталады. Д. К. Чернов кристалдану процесін екі кезеңге бөледі:
1) кристалдану орталығының пайда болуы;
2) кристалдану орталығынан кристалдардың жан-жаққа тарауы.
Табиғатта өздігінен жүретін барлық процестер системаның бос энергиясының кему жағына қарай жүреді. Өйткені бос энергия қоры аз болғандықтан, системаның жаңа күйі түрақты деп есептеледі. Сұйық күйден қатты күйге өткенде металдың бос энергиясы кемиді.
Кристалдану процесінің теория жүзінде анықталған температурасы мен нақты температурасының айырмасы (ТS-Тn) металдың суыну дәрежесі деп атайды. Кристалдың таралуының сызықтық жылдамдығы мен кристалдану орталығының саны металдың суыну дәрежесіне байланысты болады. Әдетте қалыптың ішкі беті мен металл емес қоспалар металл орталығынын, кристалдануына мүмкіндік береді.
Жоғарыда металдар белгілі геометриялық формасы бар кристалдық торлар жиынтығынан тұратындығын көрдік. Егер металдар дұрыс формалы кристалдық торлардан тұрса, олардың сынығынан дұрыс формалы кристалдарды көрер едік. Шынында, металл сынығында дұрыс формалы кристалдық торлар орнына кез келген формалы металл түйірлерін - кристаллиттерді көреміз.
Кристаллиттер дегеніміз- дұрыс формасыз кристалдар. Кристалдану процесінде кристалдану орталығы бір жерде емес, балқыған металдың көп жерінде пайда болады.
Кристалдану орталықтарынан кристалдар таралып, бір-біріне тірелген кезде сығылып, формасы өзгереді. Кристалл формасы тарамдалған ағаш бұтақтары сияқты болып келуі де мүмкін. Мұндай кристалдар дендрит деп аталады.
Металдар аллотропиясы.Әдетте кейбір металдарға (Ғе, Zn т. б) қатты күйінде әр түрлі температура аралықтарында түрлі кристалдық торлар тән. Суыну процесінде температура белгілі өту температурасына жеткеннен кейін металл өзінің бір модификациясынан екіншісіне өтеді.
Темір, қалайы, марганец, кобальт, титан сияқты элементтердің кристалдық торларының өзгеруі (түрі, периоды) қатаю температурасынан төмен температураға дейін суытылғаннан кейін жүреді. Аллотропиялық түр езгеріс қатты күйде жүретіндіктен, оны металдың екінші рет кристалдануы деп атайды. Элементтердің түр езгерістері гректің α, β, γ, δ сияқты әріптерімен белгіленеді.
Темірдің екі аллотропиялық модификациясы бар: α және γ.
Ғеαмодификациясы температураның екі аралығында: 911°С-қа дейін және 1392°С-тан 1539°С-қа дейін болады, сонымен бірге бөлме температурасында көлемдік центрленген текше (ОЦК) торы да болады.
Ғеγ модификациясы 911°С-таң 1392°С аралығында өтеді де, 911 °С-та қырлық центрленген текше (ГЦК) торға ие болады . Қырлық центрленген кубтық (ГЦК) тор көлемдік центрленген кубтық (ОЦК) торға қарағанда ықшамды. Осыған сай Ғеα-дан Ғеγ -ға өту кезінде көлемдік центрленген текше (ОЦК) тор қырлық центрленген текше (ГЦК) торға ауысқанда, темірдің көлемі шамамен 1 %-ке кемиді. Ғеγ парамагнитті, ягни магнитсіз болып табылады.
3 Қорытпалар теориясы негіздері
Халық шаруашылығының түрлі салаларында таза металдарға қарағанда қорытпалар жиі қолданылады. Қорытпа деп металдар немесе металл мен металлоидтардың әрекеттесуінен пайда болған, құрамы күрделі қосылыстарды айтады. Құрамындағы элементтерінің санына байланысты қорытпа екі, үш және одан да көп компонентті болуы мүмкін. Түрлі металдардың қорытпа түзгіштік қасиеттері әр түрлі. Қорытпалардың, таза металдарға қарағанда, мынадай артықшылықтары бар:
а) механикалық қаттылығы, серпімділігі, тұтқырлық коэффициенті, беріктік шегі т. б. жоғарылығы;
б) технологиялық қасиеттерінің (құю, қысым және жылу арқылы өңдеу т. б.) жоғарылығы;
в) таза металдарда кездеспейтін ерекше қасиеттерінің болуы;
г) қорытпалардың физика-химиялық қасиеттерін қалауымызша өзгертуімізге болатындығы.
Қорытпалар сұйық күйінде біртекті, бір фазалы болады, ал сұйық күйден қатты күйге өткенде олардың фаза саны езгереді. Кейде металдар сұйық күйінде бірі екіншісінде ерімейді.
Мысалы, қорғасын мен темір, қорғасын мен мыс т. б. элементтердің қоспалары. Мұндай металдар сұйық күйінде бірі екіншісінде араласпай, меншікті салмағына байланысты қабат түзеді. Қөптеген металдардың қоспаларының сұйық күйінде бірі екіншісінде ерігіштігі шекті болып келеді.
Егер бір металдың қоспадағы концентрациясы сол металдың екінші металдағы ерігіштік шегінен асып кетсе, онда қоспа екі қабатқа (бөлікке) бөлінеді. Ерігіштігі шекті металдардың кристалдық торларының параметрлері мен балқу температураларының айырмашылығы әдетте көп болып келеді.
Құйма қатайған кезде оның құрылымдағы компанеттері бір-бірімен әректтесіп, екі немесе бірнеше фазадан тұратын қатты ерітінді, химиялық қосылыс және механикалық қоспа түзеді.
Қатты ертінділер. Көптеген металл қоспалары сұйық күйінде бірі екіншісінде еріп, сұйық ертінді түзеді. Металдар бірі екіншісінде тек сұйық күйінде ғана емес, катты күйінде де еріп, катты ертінді түзеді. Катты ертіндіде қорытпа компоненттерінің бірі өзінің кристалдық торын сақтайды, ал екіншісінің кристалдық торы бұзылады. Бірінші компонент - еріткіш, екіншісі - ерігіш, ал пайда болған қорытпа қатты ертінді деп аталады. Егер қорытпа компоненттерінің кристалдық торлары бір типтес және олар бірі екіншісінде шексіз еритін болса, онда қорытпа кұрамында мелшері 50 %-тен артық болатын компонент ерігіш деп аталады. Бірі екіншісінде шексіз еритін компоненттердің кристалдық торлары типтес болады және шексіз қатты ертінді олардың параметрлерінің арасындағы айырмашылық 8 %-тен аспаған жағдайда түзіледі. Қорытпадағы металл атомдарының кристалдық тордағы орналасуына байланысты қатты ертінділер алмасушы, енуші, шеғеруші ертінділері болып негізгі үш түрге бөлінеді. Шегеруші қатты ертіндісі сирек кездесетін болғандықтан оны қарастырмаймыз.
Алмасушы қатты ертіндісінде, ерігіш элементтің атомдары еріткіш элементтің кристалдық торындағы атомдардың орнын басады. Мүндай қатты ертінділер компоненттері бірі екіншісінде шекті және шексіз еруі мүмкін.
Енуші катты ертіндісінде ерігіш элементтін атомдары еріткіш элементтің атомдарының кристалдық торының ішіне орналасады, яғни ішіне енеді.
Егер қорытпа компоненттерінің кристалдық торларының параметрлеріндегі айырмашылық 8 %-тен аспаса, компоненттерінің бірінін, екіншісінде ерігіштігі шексіз болады, яғни алмасушы қатты ертінді, ал айырмашылық 8-15 % болса, онда компоненттерінің бірініқі екіншісіндегі ерігіштігі шекті, яғни енуші қатты ертінді түзіледі; 15 %-тен асып кетсе, қатты ерітінді түзілмейді.
Химиялық қосылыс. Кристалдық торларының түрлері бірі-біріне ұқсамайтын және торларының параметрлерінің айырмашылығы үлкен элементтер химиялық қосылыс түзеді. Бүл қосылыстар қорытпа компоненттерінің қатынасы белгілі мелшерге жеткенде түзіледі.
Әдетте, мұндай косылысты Д. И. Менделеевтің периодтық системасындағы бір-бірінен алшақ жатқан элементтер немесе кристалдық торлары мен тор параметрі әр түрлі, бірі-біріне жақын жатқан элементтер түзеді. Көбінесе химиялық қосылысты металдар мен металлоидтар түзеді. Мысалы, карбидтер - металл мен көміртегінің химиялық қосылыстары (темір, хром карбидтері), нитридтер - азотпен металдардың химиялық қосылыстары (темір, алюминий нитридтері т. б.).
Әдетте химиялық косылыстың физика-химиялық қасиеттеріоларды кұраушы компоненттердің физика-химиялық қасиеттерінен тіпті өзгеше болып келеді (қаттылығы, морттығы, электр кедергісі жоғары болады. Себебі химиялық қосылыс нәтижесінде күрделі жаңа кристалдық тор түзіледі.
Механикалық қоспа. Егер қорытпаның компоненттері балқыған күйде бірі екіншісінде шексіз еріп, қатты күйде өз ара ерімесе, онда қорытпа қатайғанда механикалық қоспа (эвтектика) құрайды. Механикалық қоспада компоненттер өз кристалдық торларын өзгертпей сақтайды. Механикалық қоспа таза компоненттерден, қатты ертінділерден, химиялық қосылыстардан т. б. тұруы мүмкін. Егер қорытпа компоненттерінің кристалдық торларының параметрлеріндегі айырмашылық 15 %-тен асып кетсе, онда мұндай қорытпа қатайғанда механикалық қоспа құрайды.
4 Күй диаграммалары
Қорытпа құраушылары мен олардың концентрациясының температураға байланысты өзгерістерін күй диаграммасы сипаттайды.
Күй диаграммасының ордината осіне қорытпалардың температурасы, абсцисса осіне концентрациясы салынады. Абсцисса осінің әрбір нүктесіне белгілі концентрациялы қорытпа сәйкес келеді, ал шеткі нүктелері 100 %-тік корытпа компоненттерін анықтайды. Диаграмманың кез келген нүктесі белгілі бір температурадағы белгілі концентрациялы қорытпа күйін сипаттайды. Абсцисса осіне перпендикуляр түзудің бойында жатқан нүктелер белгілі концентрациялы қорытпалардың температураға байланысты күйін, ал ордината осіне перпендикуляр сызықтың бойында жатқан нүктелер тұрақты температурадағы әр түрлі концентрациялы қорытпалар күйін сипаттайды.
Күй диаграммаларының түрі қорытпа құраушыларының өз ара әрекеттесуіне, температурасы мен концентрациясына байланысты әр түрлі болып келеді. Қорытпалар олардың құрамындағы құраушы элементтер санына байланысты екі-үш және онан да көп құраушыдан тұрады. Қос құраушыдан тұратын қорытпалар диаграммасы жазықтықта, ал үш құраушыдан тұратын қорытпалар диаграммасы кеңістікте жатады. Қос құраушыдан тұратын қорытпаның күй диаграммасын сызу үшін, осы құраушылардың концентрациясы әр түрлі болып келген қорытпаларының термиялық анализін, яғни температура мен уақыт арасындағы байланысты (суыну графигін)сызады. Суыну графигін сызу үшін балқыған қорытпаға температураға градуирленген гальванометрмен жалғасқан термопара салып, қорытпа температурасының уақытқа байланысты өзгерісін бақылаймыз. Енді ордината өсіне температураны (Т), абсцисса өсіне уақытты (τ) салып, сол екі параметр арасындағы байланысты график бойынша кескіндесек, қорытпаның суыну графигін аламыз (2-сурет).
Күй диаграммасын металдарды зерттеудің термиялық анализінен басқа олардың микроструктуралық, рентгеноструктуралық және физикалық қасиеттерін зерттеу әдістерімен де салуға болады.
Күй диаграммасының теориялық және практикалық маңызы зор. Өйткені бүл диаграмма бойынша көптеген практикалық мәселелерді тез және тәжірибе жасамай-ақ шешуге болады. Мысалы, кез келген көміртекті темір қоспаларының (болат, шойын) әр түрлі қасиеттерін анықтауға болады.
2-сурет.Cu-Ni системасының күй диаграммасы және қоспалардың суыну графиктері.
5 Фазалар ережесі.Иіндер ережесі
Гиббстың фазалар ережесі күй диаграммасының дұрыстығы мен заттардың кристалдану процесін түсіндіреді. Фазалар ережесін бастаудан бұрын металл тану ғылымында қолданылатын бірнеше терминдерге анықтама берейік. Белгілі бір температура, қысым жағдайында белгілі бір көлемге ие болатын қатты, сұйық, газ күйіндегі заттар (фазалар) жиынтығын жүйе (система) деп атайды. Ал жүйе қарапайым және күрделі, біртекті (гомогенді) және әр текті (гетерогенді) болып екіге белінеді. Жүйені құрайтын элементтер немесе тәуелсіз химиялық қосылыстар құраушылар деп аталады. Әр текті жүйенің белгілі шекарамен шектелген біртекті бөлігін фаза деп атайды. Фазалар ережесі тепе-теңдік күйіндегі жүйенің құраушылары мен фазаларынын арасындағы заңдылық-тарды анықтайды. Жүйенің тепе-теқдік шарттары температура, қысым, көлем параметрлерімен анықталады. Әдетте қорытпа қалыпты жағдайда зерттелетіндіктен, қысым атмосфералық қысымға тең болады.
Жүйенің фаза санын өзгертпей, күйін өзгерте алатын ішкі және сыртқы себептер (температура, концентрация, қысым) санын жүйенің варианттылығы немесе еркіндік дәрежесінің саны деп атайды.
Фазалар ережесіжүйенің тепе-теңдік күйінің математикалық өрнегін береді. Ол мынау:
С = К - Ф + 1,
мүндағы С- еркіндік дәрежесінің саны, К - кұраушылар саны,Ф - фаза саны.
Еркіндік дәрежесі (С) құраушылар саны мен фаза санының айырмасына 1- ді қосканға тең.
Иіндер ережесі екі фазалы жүйе фазаларының арасындағы қатынасты анықтайды.
Мысал үшін Cu-Ni системасының күй диаграммасын қарастырайық (2-сурет).
Құрамында 50 % Ni бар қорытпаны суытайық. Қорытпаның температурасы О нүктесіне жеткенде, осы нүктеге қатысты алғанда абцисса өсіне параллель түзудің ликвидус және солидус сызықтары мен қиылысқан нүктелерін т, п әріптерімен белгілейік. Иіндер ережесі бойынша (процент есебімен):
=; =,
яғни қорытпа фазаларының қатынасы сәйкес иіндерінің кері қатынасына тең болады.
Мұндағы:Q - қорытпаның жалпы мөлшері;
Qс - қорытпаның сұйық бөлігінің (фазаның) мөлшері;
Qк - қорытпаның қатты күйдегі бөлігінің мөлшері.
Жоғарыда айтылғандардан мынадай теңдік жазуымызға болады:
Q = Qс + Qк
Бұл теңдік өзінен-өзі түсінікті.
Қорытпаның температурасы темендеген сайын т нүктесі (сүйық фазаның, құрамының өзгеруін көрсетеді) L нүктесіне ұмтылады. Ал п нүктесі В нүктесіне ұмтылады және қатты фазаның құрамының қалай өзгеретінін көрсетеді. D нүктесінде тек қатты фаза қалады.
6 Темір-көміртекті қорытпалардың күй диаграммасы
Металл корытпалардың күй диаграммаларының ішінде темір-көміртегі күй диаграммасының үлкен маңызы бар. Өйткені, техникада металл материалдардың ішінде көміртекті темір қорытпалары аса кең қолданылады.
Темір-көміртекті қорытпалардың күй диаграммасының екі түрі бар: темір-темір карбиді (Ғе3С) жүйесіндегі түрлендірулерді сипаттайтын түрі тұрақсыз және темір-графит жүйесіндегі түрлендірулерді сипаттайтын түрі тұрақты деп аталады.
Барлық аз көміртекті қорытпалар (болат) үшін кристалдану кезіндегі түрлендірулер тұрақсыз диаграмма бойынша өтеді. Жоғары көміртекті қорытпаларда (шойын) алғашқы кристалдану кезінде түрлендірулер көбінше тұрақты диаграмма бойынша, ал одан әрі қатты күйде салқындату барысында тұрақсыз диаграммамен өтеді.
Қорытпалардың басым көпшілігі үшін түрлендірулер темір-темір карбиді күй диаграммасы бойынша өтетіндіктен, бұл күйдің маңызы айрықша деп есептелінеді. Ғе3С - темір карбидінцементитдеп айтады,сондықтан, темір-кеміртекті қорытпалардың тұрақсыз диаграммасын темір-цементит (Ғе-Ғе3С) күй диаграммасы деп атауға болады.
Темір-цементит күй диаграммасыныңкомпоненттері мен фазалары
Темір-көміртегіжәне темір-цементит күйдиаграммаларының компоненттері болып темір мен көміртегі табылады.Темір-көміртегі күйдиаграммасының фазалары мен қүрылымын қүраушылары:сұйық ерітінді, феррит,аустенит,цементит,перлит,лед ебуритжәне графиттүріндегі бос көміртек.
Темір-цементит күйдиаграммасының фазалары мен қүрылымын қүраушылары тура сондай, тек графит кездеспейді. Демек, барлық көміртегі цементит түріне айналып бос түрінде болмайды.
Феррит (Ф немесе α түрінде таңбаланады) - Ғеα-ға көміртегі енгізілген қатты ерітінді. Жұмсақ, пластикалық фаза. Оның көлемдік центрленген текше (ОЦК) торы болады да, көміртегінің ерігіштігі төмен болып келеді.Феррит көміртегінен басқа да элементтерді ерітеді. Егер феррит құрамында Si, Мn элементтері болса, онда ол оны нығайта түседі.Ферриттің төменгі және жоғары температуралы түрлері бар. Төменгі температуралы ферритте көміртектің шекті концентрациясы 0,006 %, ал жоғары температуралы ферритте 0,1 % болады.ФерритКюри нүктесі деп аталатын 768 °С температураға дейін магниттікқасиетін сақтайды. Темір тазалығы жоғарылаған сайын қасиеті арта түсетін жұмсак магнитті материал болып табылады.Ферритт қаттылығы НВ80-100.
Аустенит (А немесе γ түрінде таңбаланады) - Ғеγ-ға көміртек енгізілген катты ерітінді. Оның атомаралық саңылаулары көлемдік центрленген текше (ОЦК) тормен салыстырғанда 2 есе үлкен келеді, әрі кырлық центрленген текше (ГЦК) торы болады. Ғеγ -да көміртектің ерігіштігі жоғары, ол 2,14 % жетеді. Аустенит феррит тәрізді баска элементтерді еріте алады, бұл жағдайда металдар орын басу қатты ерітіндісін түзеді. Аустенит пластикалы, ферритпен салыстырғанда біршама берік келеді (қаттылығыНВ 160-200).
Цементит (Ц) - құрамында 6,67 % көміртегі бар, күрделі торлы темірдің көміртегіменхимиялық қосылысы (Ғе3С). Атомдары тығыз орналасқан күрделі ромбылық (ГЦК) торына ие. Қалыпты жағдайда цементит металдық жарқылы бар, электр, жылу өткізгіштік, қаттылық қасиеттері жоғары морт корытпақатты (НВ800) және морт сынғыш болады. Цементитте темірді марганец, хром тағы басқа металдар, ал көміртекті ара-тұра азот алмастыра алады.
Перлит құрамында 0,8 % көміртегі бар, феррит пен цементиттің эвтектоидтық қоспасы. Микроскоппен қарағанда ол меруерт сияқты құлпырып көрінетіндіктен, бұл қоспаға перлит-меруерт деген ат қойылған. Микроқұрылысы ферритті негізге орналасқан дисперсиялы цементит пластинкалардан немесе цементит түйіршіктерінен тұрады.
Ледебурит - құрамында 43 %-ды көміртегі бар цементит пен аустениттің эвтектикалық қоспасы. Ледебурит 1147 °С-та көміртекті темір қорытпасында көміртегінің концентрациясы 4,3 %-ға жеткенде түзіледі. Ледебурит микроқұрылысынан цементиттің ішінде дөңгелектеніп келген перлит түйіршіктерін көруге болады. Ледебурит ақ шойындар құрылысында кездеседі, ол морт және қаттылығы жоғары болып келеді.
Графит - темір-көміртекті қорытпаларда еркін күйде бөлінетін көміртегі. Оның гексагональдық кристалдық торы болады, тығыздығы 2,5 гсм3 тең. Графит электр өткізгіш, химиялық төзімді, беріктігі төмен, жұмсақ (НВ 3).
Темір-цементит күй диаграммасының сипаттамасы
Диаграмманың көлденең (абцисс) өсіне қорытпа құрамындағы көміртегі мөлшері 6,67 %-ға тең болғанда бітеді. Тік (ордината) өсі бойынша температура көрсетілім салынады.
Сурет бірі-бірінен белгілі шамаға ығысқан екі диаграммадан тұрады. Ғе-Ғе3С диаграммасы үздіксіз жуан сызықпен, ал Ғе-С диаграммасы пунктир сызықпен кескінделген.
Көміртекті темір қорытпалары тез суығанда, қоспада көміртегі химиялық қосылыс - цементит (Ғе3С) түрінде, ал баяу суығанда, графит (С) түрінде бөлінеді. Түзілген цементит тұрақсыз қосылыс, ал графит тұрақты қосылыс болып табылады. Көміртекті темір қорытналары баяу суығанда цементиттен графит мына реакция бойынша түзіледі:
Диаграмманың АВСД сызығы (ликвидус) - қорытпалардың бастапқы кристалдану процесі басталады. Бұл сызықтан жоғары барлық қорытпалар бір фазалы сұйық күйінде болады. Суытқанда сұйық қорытпадан АВ бойынша феррит, ВС - аустенит, СД - алғашқы цементит (ЦI)бөлініп шығады.
АНIEСҒ бойында кристалдану процесі аяқталады. Бұл сызықтан төменгі температурада барлық қорытпа қатты күйде болады, әрі қарай жүретін процестер қатты күйінде жүреді. 1492 °С температурада НІВ сызығында перитектикалық түрлену өтеді, оның нәтижесінде аустенит түзіледі. 1147 °С-да ЕСҒ сызығында С нүктесінде көміртегінің концентрациясы 4,3 %-ға жеткенде қорытпадан аустенит, бірінші реттік цементит кристалдары бөлініп, ледебурит эвтектикалық қорытпасы түзіледі.
АНІЕСҒ сызығы - солидусдеп аталады.
Темір-цементит жүйесінде изотермиялық мынадай түрлену өтеді:
ЕСҒ сызығындағы (1147°С) эвтектикалық түрлену:С(ұйық)с [Ае+ЦF];
PSKсызығындағы (727°С) эвтектоидты түрлену: АS[ФР+ЦК].
Солидус сызығынан төменгі аймақтарда көміртекті темір қорытпаларының бірінші реттік кристалдану процестері аяқталып, олардың екінші және үшінші реттік кристалдану процестерінің нәтижесінде мынадай құраушылар түзіледі:
1) 2,14% С 4,3% эвтектикаға дейінгі шойындар, құрылысы: А+ЦП+ Л(А+ЦI).
2) С=4,3% - эвтектикалық шойын, құрылысы: Л (ледебурит).
3) 4.3% С 6,67% эвтектикадан кейінгі шойындар, құрылысы: ЦI+Л(А+ЦI).
Кез келген концентрациялы болаттар бірінші рет кристалданғаннан кейін құрылысы аустенитті болады. Болаттың екінші рет кристалдануы GSЕ сызықтары бойынша жүреді. GS сызығы бойынша аустениттен феррит, ал SЕ сызығы бойынша екінші реттік цементит бөлінеді. GS сызығына сәйкес нүктелерді А3әрпімен, ал SЕ сызығына сәйкес нүктелерді Астәрпімен белгілейді.Sнүктесі (727 °С) температурадағы аустенитке сәйкес болады. S нүктесінде қорытпадағы көміртегінің концентрациясы 0,8 %-ға жеткенде аустенит феррит пен екінші реттік цементитке ыдырап, эвтектоидтық корытпа - перлит түзіледі. РSК түзуіне сәйкес температураны А1 әрпімен белгілейді. Р нүктесі көміртегінің α-Ғе-дегі максимум ерігіштігін (0,02 %) анықтайды. GР, РQ сызықтары көміртегінің α-Ғе-дегіерігіштігінің температураға байланыстылығын көрсетеді. GРQ сызықтарының сол жағына орналасқан барлық нүктелер ферриттің күйін анықтайды. РSК сызығынан төмен орналасқан диаграмма нүктелері мынадай болаттардың түрін анықтайды:
1) 0,02% С 0,8% - эвтектоидқа дейінгі болаттар, құрылысы: Ф+П(Ф+Ц).
2) С-0,8% - эвтекттоидты болат, құрылысы: П(Ф+Ц).
3) 0,8% С 2,14% эвтектоидтан кейінгі болаттар, құрылысы: П(Ф+Ц).
3-ДӘРІС.ТЕМІР-КӨМІРТЕКТІ ҚОРЫТПАЛАР: БОЛАТТАР МЕН ШОЙЫНДАР
Дәріс жоспары:
1 Конструкциялық шойындар.
2 Болаттарды жіктеу.
3 Кәдімгі сапалы көміртекті болаттар.
4 Сапалы көміртекті конструкциялық болаттар.
5 Конструкциялық легірленген болаттар.
6 Көміртекті аспапты болаттар.
7Легірленген аспапты болаттар
1 Конструкциялық шойындар
Құрамында 2%-тен 6,67 %-ке дейін көміртегіменбасқа тұрақты (марганец, кремний, күкірт, фосфор) және тұрақсыз қосалқы элементтер бар көміртекті темір қорытпалары шойын деп аталады. Құрылымына байланысты шойындар ақ және сұр шойын болып екіге бөлінеді. Сұр шойын құрамындағы графит пластиналы, үлпек тәрізді және сфералық болуы мүмкін.
1. Ақ шойынның құрамында көміртегі темірмен химиялық қосылыс (цементит) түрінде кездеседі. Бұл шойынның кристалдану процесі темір-цементит диаграммасы бойынша жүреді, оның қаттылық, беріктік, үйкеліске беріктік, морттылық қасиеттері жоғары болып келеді. Шойынның морттылық қасиеті құрамындағы көміртегі мөлшерінің артуына байланысты артатындықтан, өндірісте құрылымы перлит-ледебуритті эвтектикаға дейінгі шойындар қолданылады. Ақ шойын өңдеуге келмейтіндіктен олардан механикалық өңдеуді керек етпейтін қорытпалар алынады. Мұндай қорытпалардың сыртқы беті ақ шойын, ішкі жағы (өзегі) сұр шойын түрінде кристалдануы үшін сыртқы бетін тез, ал ішкі жағын баяу жылдамдықпен суытады. Бүйір беті ақ, ортасы сұр болып келетін шойын қорытпалары ағартылған шойын деп аталады. Ақ шойынды соқаның пышағын, прокаттаубіліктерін, диірменнің шарларын жасау және соғылғыш шойын (ковкий чугун) алу үшін пайдаланады.
2. Сұр шойынның құрамында көміртегі еркін күйінде, демек, графит түрінде кездеседі және сұр шойынның кристалдану процесі көміртегі-темір диаграммасы бойынша жүреді. Сұр шойынның құрамындағы графиттің түзілу табиғаты осы күнге дейін толық анықталмаған. Шойынның құрамындағы әдеттегі элементтер немесе белгілі мақсатпен енгізілген элементтер графит түзгіш және карбид түзгіш элементтер болып екіге бөлінеді. Кремний, никель, алюминий т. б. элементтер шойынның құрамындағы темір мен көміртегінің өз ара тартылыс күштерін әлсіретіп, графиттің түзілуіне жағдай туғызады. Сондықтан жоғарыдағы элементтерді графит түзгіш злементтер деп атайды. Марганец, хром, вольфрам элементтері карбид түзеді. Кремний шойынның кұрамында 0,5-4,5 %-ке дейін,марганец - 2 %-ке дейін кездеседі. Күкірт - марганец сияқты, карбид түзгіш элемент,оныңмөлшері 0,08-0,1 %-тен аспайды.
Қез келген сұр шойын маркасын металдық негізден (цементит, феррит) және металл емес бөліктен (графит) тұрады деп қарастыруға болады. Бұл бөліктер мөлшерінің бір-біріне қатысы көміртегінің графиттелу дәрежесіне байланысты. Көміртегінің графиттелу дәрежесі неғұрлым жоғары болса, шойында графит мөлшері көп, металдық негіз кұрайтын мөлшері аз болады. Сұр шойындардың қаттылық, беріктік, үйкеліске беріктік сияқты механикалық қасиеттері олардың структурасындағы металл негіздегі перлит кебейген сайын жоғарылай береді.
Сұр шойындар былайша белгіленеді (ГОСТ 1412-85): СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30,СЧ 35, мұндағы СЧ - сұр шойын (серый чугун) дегенді, ал бұл әріптерден кейінгі сан шойынның үзілуге беріктік шегін керсетеді, МПа*10-1.
3. Модификацияланғаншойын. Сұр шойындардыңмеханикалық қасиетін арттыру мақсатымен оларды балқытып, оларға модификатор деп аталатын, ұнтақталған (ферросилиций, феррокальций, ) қоспаларды модификацияланатын шойынғақосады, қоспаның мөлшері 0,5-1,0 % шамасында болуы тиіс. Модификатор балқыған шойынның құрамындағы оттегімен қосылып, кристалдану орталығынын қызметін атқарушы СаО, SіО2 тотықтарын түзуінің арқасында шойынның структурасы біркелкі орналасқан майда графитке айналады. Мұндай шойынды модификацияланғаншойын деп атайды. Әдетте құрамында көміртегі мен кремний элементтерінің мөлшері аз шойындар модификацияланады. Мысалы: 2,9-3,2 % С, 1-1,5 % Sі, 0,8-1,2 % Мn, 0,3 % Р, 0,12 % S.
Мұндай құрамды шойында модификацияланғанға дейінгі графит модификацияланғаннан кейін майда пластинкалы графит тузуге себепші болады.Соңғы кезде 65 % ферросилиций мен 35 % алюминийден тұратын қоспа күшті модификатор ретінде қолданылып жүр.
Шойынның бұл түрі машина жасау өндірісінде тісті дөңгелектер, тежеуіш барабандар, біліктер т. б. әр түрлі машинабөлшектерін жасау үшін колданылады.
Модификацияланғаншойындардың маркасы сүр шойындар маркасы сияқты.
4.Аса берік шойын сұйық сұр шойынды магний элементімен модификациялау арқасында алынады. Мұндай шойынның құрамындағы графит шар (глобуляр) түрінде болады. Шойындағы графиттің шар формалы болуы шойынның металлбөлігінің өз ара байланысын арттырып, олардың қасиетін болаттын механикалық қасиеттеріне жақындатады. Магний элементінің модификациялық әсері оның шойынның құрамындағы мөлшері 0,02 %-тен асқанда байқалады, Әдетте магний элементінің мөлшері0,05-0,08 %-тен аспайды.Аса берік шойынның құрылымы сұр шойындікі сияқты ферритті, феррит-перлитті,перлитті болып келеді.Бұл шойындардан иінді вал сияқтыжауапты бөлшектердің көптеген түрлері жасалып жүр.
Аса берік шойындар былайша белгіленеді: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ 45, ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100, ВЧ120. ВЧ - беріктігі жоғары шойын; сан - созуға беріктік шегін көрсетеді, МПа*10-1.
4.Соғылғыш шойынның серпімділігісұр шойындікінен жоғарырақ. Соғылғыш шойын ақ шойыннаналынады. Құрамындағы темірдің карбидін бөліп, еркін графит алу үшін (күйдіру көміртегін алу үшін) термиялық өңдеуден өткізеді. Мұндай графит үлпен тәрізді болып көрінеді. Бүл шойынның қасиеті беріктігі жоғары шойындар мен сұр шойындар қасиеттерінің аралығында болады.
Соғылғыш шойын құрылымына қарай перлитті және ферритті болып екіге бөлінеді.
1. Ферритті соғылғыш шойын алу үшін құрамында 1,7-2,7 % көміртегі бар ақ шойынды мынадай тәртіппен термиялық өңдеуден өткізеді:
а) құрамындағы сутегін бөлу үшін ақ шойынды алдын-ала қыздырады;
б) температурасын 950-1000 °С-қа жеткізеді, сонда ледебурит құрамындағы цементиттің графитке айналуының бірінші кезеңі басталады;
в) температурасын 950-780 °С-қа дейін төмендетеді, сонда екінші цементиттен графит бөлінуінің екінші кезеңі басталады.
г) температураны 720-730 °С-қа жеткізеді, сонда перлит құрамындағы цементиттің ыдырауы басталады.
Осындай термиялық өңдеудің нәтижесінде ақ шойынның структурасы феррит пен жапалақ қар тәрізді графитке айналады.
2. Перлитті соғылғыш шойын алу үшін ақ шойынды 950-1000 °С температураға дейін қыздырып, осы температурада ұзақ уақыт ұстайды, эвтектоидтық цементиттің графитке айналып кетпеуі үшін, эвтектоидтық өзгерістер аймағында ақ шойынды үлкен жылдамдықпен суытады. Осылайша ақ шойын термиялық еңдеуден өткен соң структурасы жағынан перлитке айналады.
Соғылғыш шойын алу технологиясының басты кемшілігі оны алуға көп уақыт (1000 сағат және одан да артық уақыт) кететіндігінде. Бұл шойынды алу уақытын кеміту үшін оған 0,01 % ақ шойын қосу арқылы модификациялайды.
Соғылғыш шойынның мынадай түрлері бар: КЧ30-6, КЧ33-8,КЧ305-10, КЧ 37-12, КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ55-4, КЧ60-3, КЧ65-3, КЧ70-2, КЧ80-1,5,мүндағы КЧ - соғылғыш шойын (ковкий чугун) дегенді, бірінші цифр - созуға беріктік шегін, МПа*10-1, екінші цифр - салыстырмалы ұзару коэффициентін, %-пен көрсетеді.
2 Болаттарды жіктеу
Болат - темірдің көміртегі (2 %-ке дейін) және басқа элементтермен қорытпасы. Өндіру технологиясынабайланысты, қорытпа құрамында көміртегінен басқа марганец, кремний, күкірт, фосфорқосалқы элементтер болады. Мұндай болатты көміртекті болат деп атайды.Болаттыі түрліқасиеттерін арттыру үшін, қорытпа құрамынахром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, марганец,кремнийт.б. элементтер қосылады. Мұндай қорытпа легірленген болат деп аталады.
Болаттың химиялық құрамы, атқаратын қызметі, сапасы, тотықсыздандыру дәрежесі және құрылымы бойынша жіктеледі.
Химиялық құрамы бойынша болатты көміртекті және легірленген болатқа топтастырады. Көміртегі концентрациясы бойынша бұл екеуі де аз көміртекті(С 0,3 %), орташа көміртекті (С =0,3-0,7 %) және жоғары көміртекті(С 0,7 %) болатқа бөлінеді.
Легірленген болаттардықҚұрамына енгізілген элементтердің мөлшері бойынша аз, орташа және жоғары легірленген деп ажыратып бөледі. Аз легірленген болаттағы легірлеуші элементтердің мөлшері 5 % аспайды, орташа легірленген болаттағы мөлшері 5-10 % дейін, жоғары легірленген болатта 10 %-тен көбірек болады.
Құрамына енгізілген элементтеріне қарай легірленген болат хромды, марганецті, хром-никельді, хром-кремний-марганецті және басқа да көптеген болаттарға бөлінеді.
Атқаратын қызметі(тағайындалуы)бойыншаболат конструкциялық, аспаптық және ерекше қасиеті бар арнайы жұмсалатын болаттарға жіктеледі. Конструкциялық болат құрылыстық ғимараттарды, машиналар мен приборлардың бөлшектерін жасауға арналған болаттың ең кең тараған тобы болып есептелінеді. Аспаптық болат кескіш және өлшеуіш аспаптарға, суықтай және ыстықтай деформациялау штамптарына арналған болаттарға бөлінеді. Арнайы жұмсалатын болаттарға коррозияға төзімді (тоттанбайтын), қызуға төзімді, қызуға берік, электртехникалық және басқа да болаттар жатады.
Сапасы бойыншаболатты құрамындағы зиянды қоспалар (S, Р) мөлщеріне қарай кәдімгісападағы (қарапайым, кәдімгісапалы), сапалы, жоғары сапалы және ерекше жоғары сапалы болаттарға айырады.
Болат тобы
S мөлшері, %
Р мөлшері, %
Кәдімгісападағы
= 0,06
= 0,07
Сапалы болат
=0,04
= 0,035
Жоғары сапалы
= 0,025
=0,025
Ерекше жоғары сапалы
= 0,015
=0,025
Қарапайым (қәдімгі)сапалыболаттан тек көміртекті (0,5 % С дейін) болат, сапалы және жоғары сапалы болаттан көміртекті және легірленген болат, ерекше жоғары сапалы болаттан легірленген болат қорытылады.
Тотықсыздандыру дәрежесі бойыншажәне қатаю сипаты бойынша болат тынық, жартылай тынық, және қайнаған болаттарға классификацияланады.
Тотықсыздандыру дегеніміз - сұйық металдан оттекті айдап шығатын процесс, олай етпегенде ыстықтай деформациялау кезінде болат морт сынып бүлінеді.
Құрылымы бойыншаболат жасытылған және нормальданған күйінде классификацияланады. Жасытылған (тепе-теңдік)күйдегі болатты құрамына байланысты алты класқа бөледі: 1) эвтектоидтыкқа дейінгі(құрылымында артық феррит болатын); 2)эвтектоидтық (құрылымы перлиттен құралатын); 3) эвтектоидтықтан кейінгі (құрылымында аустениттен белініп шығатын туынды карбид болатын); 4) ледебуриттік (құрамында алғашқы (эвтектикалық) карбид болатын; 5) аустенитті; 6) ферриттік болаттар.
Алғашқы үш класқа көміртекті болат, ал барлық кластар легірленген болат бола алады.
3 Кәдімгі сапалы көміртекті болаттар (ГОСТ 380-2005)
Көміртекті болаттар қорыту технологиясына байланысты қайнау (кп), жартылай тыныш (пс) және тыныш (сп) қорыту болаттары болып үшке бөлінеді. Көміртекті болаттарда тұрақты қоспалар болады: кремний, марганец, күкірт, фосфор, өттегі элементтер. Түріне қарай болаттың құрамында қоспа элементтер мынадай мөлшерде кездеседі: Si = 0,05-0,30 %, Мn = 0,25-0,80 %, Р 0,07%, S 0,06 %.
Осы болаттар міндет артуы жалпы деп саналады.Бұл барлық прокаттың 70 %-ы шығарылатын, қолданысы кең әрі қымбат емес болат. Одан циклды жүктемеме, интенсивті тозу, агрессивті орта т.б. жағдайларда жұмыс істейтін ауыржүктемелі бөлшектер дайындалады.
Стандарт бойынша 20 маркасы бар: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, ..., Ст6сп. Мұндағы Ст әріптері болат (орысша - сталь) дегенді, кейінгі сан - рет номірін білдіреді. Сл кп, пс, сп әріптері тотықсыздандыру дәрежесін сипаттайды. Ст0-ден Ст5-ке дейін болаттар аз көміртекті (С = 0,06-0,3 %), Ст6 болат орташа көміртекті(С = 0,38-0,49 %). Егер болат танбасында Г әрпі болса (Ст3Г, Ст5Г), ол құрмындағы марганецтің жоғарыланған мөлшерін (0,8-1,2 %) білдіреді.
4 Сапалы көміртекті конструкциялық болаттар (ГОСТ 1050-2013)
Сапалы көміртекті болаттаржоғары механикалық қасиеттерге ие болады.Көміртегі мөлшері бірдей кезде конструкциялық сапалы болат кәдімгі сапалы болатпен салыстырғанда аққыштық шегінің жоғарғы шамасына ие болады және иілгіштеу болады.Орташа көміртекті болатты көлік және жалпы машина жасаудың барлық салаларында әр түрлі бөлшектер дайындау үшін қолданады. Жоғары көміртекті болатты жоғары статикалық және вибрациялық жүктемелер бар болғандағы үйкеліс жағдайында жұмыс істейтін бөлшектерді дайындау үшін қолданады.
Сапалы болаттар құрамындағы көміртегі мөлшерінің процентпен алынған жүздік үлесі бойынша белгіленеді: 05кп, 08кп, 08пс, 08, 10, 15, 18, 20, ...,60 (25-тен бастап болаттар тек тынық болады). Мысалы, 15 маркалы болатгың құрамында 0,15 % көміртегі болады. Маркасына қарай болаттың құрамында қоспа элементтер мынадай мөлшерде кездеседі: кремний 0,03-0,30 %, Мn = 0,25-0,80 %, Р = 0,030 %, S = 0,035%. Алайда осы болаттар құрамында марганецтің жоғарыланған мөлшері болу мүмкін. Мұндай болат легірленбеген арнайы болат деп саналады. Орың маркасында көміртегінің мөлшерін анықтайтын саннан соң Г әрпі (марганец) қойылады: 15Г, 20Г, ..., 50Г; 10Г2, 30Г2, 35Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г2. Бұндағы 2 сан марганец мөлшері ~2 % шамасында екенін білдіреді. Егер болат таңбасында Г-дан кейін сан болмаса, онда марганец ~1 % шамасында, мысалы, 25Г: С = 0,25 %, Мn ~1 %.
Егер болат өқймалар жасау үшін арналатын болса сапалы көміртекті болат маркасының сонында Л әрпі жазылады да құю болат екенін білдіреді. Көміртекті құю болаттың маркалары мынадай: 15Л, 20Л, 25Л, 30Л, 35Л, 40Л, 45Л, 50Л.
5 Конструкциялық легірленген болаттар
Стандарт бойынша легірленген болаттар 14 топқа бөлінеді, олардың аттары құрамындағы элементтермен анықталады: хромды, марганецті, хроммарганецті және т.б. Легірленген болаттардың механикалық қасиеттері көміртекті болаттарға қарағанда жоғары (термиялық өңдеуден кейін). Аз легірленген болаттардың пісірілгіштігі, тот баспайтындығы жоғары болады. Бұл болаттар пісірілу конструкцияларын, құбырларды, ірі құрылыс бұйымдарын, көпірлерді, үйлердің, крандардың негізгі қаңқаларын жасау үшін қолданылады.
Орташа және жоғары легірленген болаттың физика-механикалық қасиеттері артады, бірақ өңделу қабілеті төмендейді.
Конструкциялық легірленген болаттар көміртегінің проценттің мөлшерін жүздік үлеспен сипаттайтын екі танбалы санмен, одан кейін легірлеуші элементтерді белгілейтін әріптермен маркаланады. Әрбір әріптің артында тұрған сан тиісті элементтің проценттік мөлшерінкөрсетеді. Егер легірлеуіш элементінің әрпі сансыз болса, оның мөлшері 1 % шамасында. Легірлеуіш элементтер белгілері:
Б - ниобий (Nb)
Н - никель (Ni)
Ф - ванадий (V)
В - вольфрам (W)
М - молибден (Mo)
Х - хром (Cr)
Г - марганец (Mn)
П - фосфор (P)
Ц - цирконий (Zr)
Д - мыс (Cu)
Р - бор (B)
Ч - сирек кездесетін
Е - селен (Se)
С - кремний (Si)
Ю - алюминий (Al)
К - кобальт (Co)
Т - титан (Ti)
А - азот (N) тек марка ортасында
Болаттың жоғары сапалы екендігін көрсету мақсатымен болат маркасының сонында А ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz