Ісаралық бөлім

ЛАБОРАТОРИЯЛЫҚ ЖҰМЫС

КӨМІРТЕКТІ БОЛАТТАРДЫ ШАҒЫНҚҰРЫЛЫМДЫҚ

ТАЛДАУ

3.1 Жұмыстың мақсаты: көміртекті болаттардың шағынқұрылымын зерттеу.

3.2 Құрал-жабдықтар және материалдар: Көміртекті болаттардың үлгілері, металлографиялық микроскоп МИМ-7.

Ісаралық бөлім

Қара металлургияның негізгі өнімі болат. Өңделетін болаттардың 90%-ы көміртекті болаттар. Өнеркәсіптік өндірістегі көміртекті болат - химиялык құрамы бойынша күрделі қорытпа. Оның негізі темір, ал оған қосымша құрамында көптеген химиялық элементтер де бар. Олардың бар болуы өндірудің технологиялық ерекшеліктеріне немесе металдан оларды толығымен тазарта алмау салдарынан немесе кездейсоқ қоспаларға байланысты. Әр түрлі балқыту әдістерімен өңделген (мартен, бессемер) болаттардың құрамында қоспалардың мөлшері бірдей болмайды. Бірақ, бір элемент, яғни көміртек, қарапайым көміртекті болатқа әдейі енгізіледі. Осыған байланысты құрамында 2,14%-ға дейін көміртегі бар көміртекті қорытпалар - көміртекті болаттар деп аталады. Темір-көміртек күй-жай кестесызбасы темір көміртекті қорытпалардың: болаттар мен шойындардың құрылымы туралы мағлұмат береді.

Темір-көміртек күй-жай кестесызбасын зерттеу бастамасы 1868 ж. жарық көрген. Темір-көміртек күй-жай кестесызбасының зерттеуі “Болаттар мен болат қарулары” туралы Лавров пен Калакуцкийдің мақалаларының сын шолуы мен Д.К. Черновтың осы тақырып бойынша өзіндік зерттеулері деп аталатын жұмысында басталған. Онда Д.К.Чернов қыздырып шыңдалған болаттың түсі бойынша ауыспалы нүктелердің орналасуын анықтаған. Кейіннен 1916 ж. Д.К.Чернов қазіргі темір-көмір-тек күй-жай кестесызбасына ұқсайтын темір-көміртек күй-жай кестесызбасын құрастырған.

Күй-жай кестесызбасының түрі құралғыштардың табиғатына және құралғыштардың арасындағы өзара байланысу сипаттамасына тәуелді.

Темір - ақ күміс түсті металл. Периодты жүйеде VIII топқа орналасқан, ауыспалы металл болып табылады. Оның атомдық рет саны 26, атомдық салмағы 55,8, атомдық радиусы 0,127 мм. Темірдің балқу температурасы 1539 °С.

Темір полиморфты металл, екі түрі бар: а-темір, көлемді жинақталған текшелік торы бар (КЖТ), оның периоды 0,286 мм, тығыздығы 7,68г/см; у- темір қаруларына жинақталған текшелік торы бар (ҚЖТ), оның периоды 0,365 мм, тығыздығы 8,0 г/см.

Осы у-темір 911-1392 °С температура аралығында болады. Температуралар темірдің ауыспалы нүктелері болып табылады, оларды А3 және А4 әріптерімен белгілейді. А3 ауыспалы нүктесі темірді қыздырған кезде КЖТ торынан ҚЖТ торына ауысатын 911 °С температураны көрсетеді, онда суыған кезде кері бағыттағы ауысу жүреді. А4 ауыспалы нүктесі у-темірдің а- темірге ауысатын 1392°С температурасына сәйкес келеді (кейде, жоғары температура кезінде >1392°С) КЖТ торы бар темірді ажырату үшін у-темір белгілеуі пайдаланылады.

Көміртек - металл емес, периодтық жүйенің ІY-тобында орналасқан, атомдық рет саны 6, атомдық салмағы 12, атомдық радиусы 0,077 мм, балқу температурасы 3500°С.

Көміртек - полиморфты екі аллотропиялық пішіні бар: графит және алмас. Графит аллотропиялық пішіннің әдетті шартында тұрақты болып табылады. Алмасты жоғары қысым және жоғары температураларда алады. Қорытпаларда темір мен көміртектің өзара әрекеттесуі кезінде ену механизмі бойынша көміртек темір торларында еруі мүмкін, яғни көміртегінің атомдық радиусы темірге қарағанда екі есе кіші болғандықтан темір торларының түйін аралық кеңістігіне енгізіледі, сонымен қатар Ғе3С, Ғе2С және тағы басқа қосылыстар түзіледі. Ғе3С қосылысы басқа қосылыстарға қарағанда көміртектің ең аз концентрациясына ие болады. Сондықтан темірден Ғе3С қосылысына дейінгі кестесызба бөлігін Ғе-Ғе3С кестесызбасы ретінде қарастыруға болады. Біртұтас сызықтармен көрсетілген бұл кестесызба (3.1- сурет) темір-көміртекті қорытпалардың, яғни шойындардың және болаттардың көміртегі концентрациясы 0-ден 6,67% болғандағы күй-жайын сипаттайды. Көміртегінің 6,67% концентрациясы темір карбидіне сәйкес келеді.

Темір - цементит жүйесі толығымен тұрақты болмайды, өйткені темір карбиді кыздырудың анықталған шарты кезінде тұрақсыз және бос көміртектің (графиттің) түзілуімен бұзылады. Тепе-теңдік жүйеде өтетін түзілулер кері бағытпен ылғи да толық жүреді. Темір-цементит күй-жай кестесызбасының негізгі нүктелері халықаралық тәжірибеде қолданыс тапқан латын әріптерімен белгіленген, негізгі нүктелердің координаттары және олардың әріптік белгіленулері 3.1-кестеде көрсетілген.

3.1-кесте. Темір-цементит күй-жай кестесызбасының негізгі нүктелерінің координаттары

Нүктелердің белгіленуі	Темпера- тура, °С	Көміртегінің концентра- циясы, %	Нүктелердің белгіленуі	Темпера- тура, °С	Көміртегінің концентра- циясы. %
А			D		6,67
В		0,5	G
Н		0,1	Р		0,025
J		0,16	S		0,8
N			К		6,67
Е		2,14	Q		0,006
С		4,30	L		6,67
Y		6,67

768°С кезінде (Кюри нүктесі) темір магнитті түрленуге тап болады. Осы нүктеден жоғары темір магниттік касиетін жоғалтады. Магнитті түрлену кезінде қайта қатденелену болмайды.

Ғе-Ғе3С күй-жай кестесызбасы бойынша темір-көміртекті қорытпаларда келесі күйтүрлер түзіледі: темірдегі көміртекті сұйық ерітіндісі, феррит, аустениг, цементит.

Феррит α-темірде көміртектің қатты ерітіндісі. Ферриттің қатденелік торы: көлемдік жинақталған текше. Көлемдік жинақталған текшелік торы бар темірдің жоғары температура (Ғеα) және төменгі температура (Ғеδ) түрлердің бар болуына сәйкес, феррит жоғары температура және төменгі температура деп ажыратылады. Ферриттену қатты ерітінді. Көміртек атомдары темір атомдарының арасындағы атом аралық тор кеуектерінде орналасады. Феррит қатты ерітіндіде 727 °С температура кезінде 0,02%, ал бөлме температурасында тек 0,006%С болуы мүмкін. Ол жоғары созылғыштыққа (8=50%), салыстырмалы жоғары емес қаттылыққа (НВ=80) және беріктікке (бв=2500МПа) ие. Ғеα сияқты феррит 768 °С дейін магнитті.

Микроскоппен қарағанда техникалық таза темірдегі феррит өлшемі және орналасуы әр түрлі шекарасы жақсы ажыратылған біртекті түйіршіктерден тұрады, ал көміртекті болаттарда жарық аймақтар түрінде көрсетіледі. Ферритті Ф немесе α әріптерімен белгілейді.

Аустенит - γ-темірдегі көміртегінің ену қатты ерітіндісі. Аустениттің кристалдық торы қабырғаларына жинақталған текше (ҚЖТ). ҚЖТ торларында көміртегі атомдарында орналасатын атомаралық қуыс өлшемі көлемге жинақталған текшелік (КЖТ) тордан екі есе үлкен, сондықтан көміртегінің ерігіштігі Ғеα-ға қарағанда Ғеγ-да көп. Аустениттегі көміртегінің ең үлкен концентрациясы 1147 °С 2,14%-ке және 727 °С 0,8%-ке жетеді. Аустенит Ғеα сияқты магнитті емес. Ферритке қарағанда салыстырмалық көлемі аз. Аустенит созылғыш (5=40-50%), қаттылығы НВ160-200. Аустенит А немесе γ әріптерімен белгіленеді.

Цементит - темір мен көміртегінің химиялық қосылысы (Ғе3С), құрамында 6,67% С бар (темір карбиді). Цементит 210 °С дейін ферро- магнитті, өте жөғары каттылыққа (НВ 800 немесе НRС 765) ие, морт сынғыштықпен ерекшеленеді, қышқылмен өңдеуге нашар түседі. Көміртекті болаттар да цементит тор түрінде немесе жалпақ табақ бетті, ал кейбір шарттарда түйіршік тор күйінде кездеседі. Этил спиртіндегі азот қышқылы ерітіндісімен өңделген кезде цементит ашық түске ие болады.

Перлит - екі күйтүрлі құрылымдық құраушы 727 °С температурада аустениттің эвтектоидтық түрленуінің өнімі. Перлит - феррит негізінде орналасқан түйіршікті немесе өте ұсақ түрдегі цементиттің жарақтылық қоспасы. Эвтектоидтық болаттың (0,83%>С) қышқылмен өңделген қырнауының беткі қабаты маржан түске ұқсас (перламутр), осыны негізге ала отырып олардың құрылымын перлит деп атаған. Перлиттің жарақтылық қасиеттері цементит бөлшектерінің ұсақталу дәрежесіне байланысты. Перлит қаттылығы НВ160-220. Цементит түйіршектерінің пішініне қарай, перлит жалпақ бетті немесе түйіршік тәрізді болады.

Көміртектің мөлшеріне байланысты көміртекті болаттар эвтектоидка дейінгі, эвтектоидтық, эвтектоидтан кейінгі болып бөлінеді. Олардың құрылымын, сонымен қатар суытқан және қыздырған кездегі өтетін түрленулерді темір-цементит күй-жай кестесызбасын пайдаланып анықтауға болады.

б) в)

а) техникалық таза темір; э) эвтектоидқа дейінгі болат; б) эвтектоидты болат;

в) эвтектоидтан кейінгі болат

3.1-сурет. Болаттардың шағынқұрылымы

Эвтектоидқа дейінгі деп құрамында 0,83% С бар қорытпалар аталады. Олардың құрылымы феррит (ашық құраушы) және перлит (қара құраушы). Көміртегінің құрамы өскен сайын эвтектоидты болаттардағы перлит мөлшері көбейеді және 0,8% С кезінде 100%-ға жетеді. Перлит орналасқан аудан бойынша болаттағы көміртектің құрамын жеткілікті дәлдікпен анықтауға болады. Мысалы, перлит орналасқан аудан көзбен көргенде 45% деп алып катынас құрамыз:

100% перлит - 0,83% С

45% перлит - х% С

Бұдан:

х=45х0,83/100=0,6375%С (3.1)

Эвтектоидтық болат деп құрамында 0,83%С бар болатты айтамыз. Оның құрылымы 727 °С жоғары-аустенит, а 727 °С төмен-перлит.

Эвтектоидтан кейінгі деп кұрамында 0,83% астам көміртегі бар болатты айтамыз. Оның құрылымы: перлит түйіршіктерінің шекараларында тор түрінде орналасқан екінші ретті цементит.

Аустенитті суытқан кезде темірдегі көміртектің ерігіштігі азаюы салдарынан екінші ретті цементит пайда болады. Неғұрлым эвтектоидтан кейінгі болатта көміртегі көп болса, соғұрлым эвтектоидты тор ауқымды болады.

Жұмысты орындаған кезде эвтектоидқа дейінгі, эвтектоидтық, эвтектоидтан кейінгі болаттардың, техникалық таза темірдің құрылымын көріп, суретін салып алу қажет.

Дата добавления: 2015-11-14