Материалтану

Қыздыру уақыты көптеген факторларға (болаттың пішініне, көлеміне, өлшеміне) байланысты алынады (8.1-кесте). Есепті уақыт ішінде аустениттің құрамындағы көміртегі толығымен біртегіс орналасу керек. Әдетте бұл уақыттың есебін тетіктің ең үлкен көлденең қимасының 1 мм қалыңдығына 1- 1,5 мин есебінде немесе үлгілердің сырт пішініне қарай уақыт мөлшері берілген кесте бойынша есептеледі.

Ұстау уақыты үлгінің 1мм қимасына 2-3 минутпен есептеледі. Көміртекке қаныққан болат үшін суыту жылдамдығы шығатын құрылымына әсерін тигізбейді. Сол себепті суыту жылдамдығы еркін тағайындалады.

8.4.2 Ұсынылған үлгілерге 8.1-кестесі бойынша ұстау уақытын есептеу

8.4.3 Ұстау уақыты өткеннен кейін үлгілерді әртүрлі ортада суыту:

- Суда,18˚C

- Майда,18˚C

- Ауада

8.4.4 Әртүрлі орталарда суытылған үлгілердің бетін қажақ қағазымен

тегістеп қаттылығын Роквелл әдісімен өлшеу

8.4.5 Суыту ортасына қарай термиялық өңдеу түрлерін табу.

8.4.6 Шынықтыру ортасын дәлелді анықтау.

8.4.7 Ұсынылған төрт үлгінің біреуіне босатуды дәлелді тағайындау.

8.4.8 Тәжірибе нәтижесін 8.3-кестесіне толтыру.

8.4.9 Босату сорбитінің микроқұрылымын талдап, суретін салу. Шынықтыру сорбиті мен босату сорбитінің айырмашылығын белгілеу және олардың болаттың қасиетіне тигізер әсерін табу.

8.4.10 Қорытындысын беру.
8.3 – кесте. Көміртекті болатты термиялық өңдеу нәтижесі

Болаттың таңбасы	Қыздыру t, 0С	Ұстау уақыты τ, мин	Суыту ортасы	Қаттылығы, HRC	Термиялық өңдеу түрі
50 / У10			пеш
50 / У10			ауа
50 / У10			май, 180С
50 / У10			су, 180С

8.5 – кесте. Көміртекті болатты босату нәтижесі

1. 
   Шынықтыру және оның мақсаты
   
2. 
   Асыра суытылған аустениттің изотермиялық өзгеру диаграммасының суреті (8.1-сурет)
   
3. 
   Асыра суытылған аустениттің өзгеруінен туындаған құрылымдарды сипаттау
   
4. 
   Темір-цементит диаграммасының сол жақ бөлігінің суреті және қыздыру температураларын тағайындау әдістері (толық және толық емес)
   
5. 
   Көміртекті болаттарды шынықтыру нәтижесі толтырылған кесте
   
6. 
   Босату және оның мақсаты
   
7. 
   Босату нәтижесі толтырылған кесте
   
8. 
   Мартенсит, шынықтыру сорбиті және босату сорбиті микроқұрылымдары. Олардың болаттың қасиетіне тигізер әсерінің айырмашылығы.
   

8.5.2 Болаттың межелік нүктелері

8.5.3 Шынықтыру температураларын тағайындау

8.5.4 Қаттылықтың көтерілу себептері

8.5.5 Шынықтыру орталары

8.5.6 Перлит,сорбит,троостит деген не?

8.5.7 Мартенсит деген не?

8.5.8 Шынықтырудың межелік жылдамдығы, ол неге байланысты?

8.5.9 Босату түрлері, қолданылуы

8.5.10 Босату сорбиті мен нормальдау сорбитінің айырмашылығы.

8.5.11 Шынығу тереңдігі мен шынығу қабілеті

8.5.12 Босату мартенситі мен шынықтыру мартенситінің

айырмашылығы.

9 Зертханалық жұмыс «ЛЕГІРЛЕНГЕН БОЛАТТЫҢ МИКРОҚҰРЫЛЫМЫН ТАЛДАУ»

9.1.2 Легірленген болатты құрылымы бойынша класқа бөлу

9.1.3 Легірленген болатқа термиялық өңдеу режімін тағайындап

үйрену.

9.2.2 МИМ-7, МИМ-8 микроскоптары.

9.2.3 Металдардың микроқұрылымдары түсірілген фотоальбом.

9.2.4 Мемлекеттік стандарттар.

Болатты бастапқы легірлеу процесінде өтетін екі түрлі маңызды өзгерістерге тоқталық.

1. Барлық легірлеуші элементтер (кобальттан басқа) аустенитте еріп оның перлиттік аудандағы ыдырау жылдамдығын тежей бастайды, демек С-диаграммадағы ыдырау сызықтарын оңға қарай жылжытады (9.1-суреті), сонымен қатар межелі шынықтыру жылдамдығы (V_кр) төмендейді.

2. Барлық легірлеуші элементтер легірлеу дәрежесі артқан сайын (кобальт пен алюминийден басқа) мартенситтің басталу (М_н) және аяқталу (М_к) температураларын төмендетеді (әсіресе қарқынды Mn, Cr, Ni элементтері).

Осылай өтетін маңызды екі өзгерістерді 9.1-суретінде көруге болады. Берілген суретте болат құрамындағы легірлеуші элементтердің мөлшері артқандағы аустениттің изотермиялық өзгеру диаграммасындағы сызықтардың жылжуы көрсетілген: V_охл жылдамдықтарымен үлгілерді ауада суыту (нормальдаудан кейінгі) сызықтары берілген. Легірленген болаттарды құрылымы бойынша нормальданғаннан кейін кластарға бөлу осы суретке негізделген.

Легірлеуші элементтердің мөлшері төмен болса (5...6 %) ауада суыту кезінде аустенит ферритті-цементитті қоспаға (перлит, сорбит, троостит) ыдырайды (9.1,а-сурет); мұндай болаттар перлитті класқа жатады.

Легірлеуші элементтердің мөлшері көтеріңкі болса VV_кр, ал М_н>20 С, бөлме температурасында нормальданған болат мартенситті құрылымнан тұрады; мұндай болаттар мартенситті класқа (9.1,б-сурет) жатады.

Легірлеуші элементтер ∑ , %

а), б), в) нұсқалары перлитті (П), мартенситті (М) және аустенитті (А) кластағы болаттарға сәйкес.

Машина жасау саласында кеңінен қолданатын болаттарға перлитті кластағы болаттар жатады. Себебі, төменлегірленген болаттар арзандау түседі. Мұндай болаттардың механикалық қасиеттері құрамындағы көміртегіне байланысты болғандықтан болаттарды қолданылуы бойынша кластарға бөлумен ұқсас келеді. Төмен және орташа легірленген болаттар конструкциялық болаттар қатарына, жоғары легірленген – құрал-саймандық (Х, 9ХС, ХГ, ХВГ т,б, ГОСТ 5950-2000) болаттар қатарыны кіреді. Сонымен қатар қолданылуы бойынша легірленген болаттар ерекше қасиет берілген (коррозияға берік-таттанбайтын, қажуға төзімді, ыстыққа берік, ерекше физикалық қасиеттер берілген) болып ажыратылады. Мұндай болаттар қатарына жоғары легірленген (>12 %) аустенитті, мартенситті, ферритті кластағы қорытпалар жатады.

Легірленген болаттарды термиялық өңделгеннен кейін пайдаланады. Термиялық өңдеу арқылы механикалық қасиеттерін көтереді, әсіресе аққыштық шегі мен соққы тұтқырлығы өте жақсы көтеріледі. Оның себебіне тіпті төменлегірлеудің өзі болаттың маңызды сипаттамаларының бірі саналатын шынығу қабілетін көтереді.

Шынығу қабілеті – болаттың белгілі тереңдікке (мартенсит құрылымының тереңдігі) шынығу қабілеті. Болаттың шынығу қабілеті суыту жылдамдығы мен межелі шынықтыру жылдамдығына (V_кр) қатынасты. Егер үлгінің өзегінде суыту жылдамдығы межелі шынықтыру жылдамдығынан төмен болса (V_охл< V_кр) оның шынығу тереңдігі өзегіне жетпей аяқталады.

Көміртекті болаттардың орнына легірленген болатты пайдаланудың тиімділігі баяу суытқыштарда суыту кезінде шынықтырылған бұйымдардың құрылымында ешқандай шынықтыру жарықшалары немесе деформациялар туындамайды . Сол себепті легірленген болаттарды тек ірі тетіктер ғана емес, сонымен қатар ұсақ өлшемді тетіктер мен бұйымдарды жасауға қолданады.

Легірленген болаттың таңбасының алдында көміртегінің мөлшерін көрсететін екі орындық сан (жүзден бір бөлігі)- конструкциялық болаттар үшін немесе бір орындық сан (оннан бір бөлігі) – құрал-саймандық болаттар үшін, саннан кейін легірлеуші элементтердің атын көрсететін әріптер, оның жанына мөлшерін көрсететін сан жазылады. Мысалы: 18Х2Н4МА – 0,18%С, 2%Cr, 4 %Ni, ~1 %Mo, A- жоғары сапалы.

Легірлеуші элементтер тізбегі: А-азот, Б-ниобий, В-вольфрам, Г-марганец, Д-медь, Е-селен, К-кобальт, Н-никель, М-молибден, П-фосфор, Р-бор, С-кремний, Т-титан, Ф-ванадий, Х-хром, Ц-цирконий, Ю-алюминий.
9.4 Тапсырма
9.4.1 ШХ15, 110Г13Л, 60С2, Р18, 12Х18Н9Т таңбалы легірленген болаттардың микроқұрылымын салып, құрылымын құраушыларды анықтаңыз

9.4.2 Дәрістегі мәліметтерге сүйеніп жоғарыда ұсынылған болаттар үшін термиялық өңдеу режімдерін тағайындаңыз

9.4.3 Жоғарыда ұсынылған болаттардың қолдану саласын анықтамаларға сүйеніп көрсетіңіз.

9.4.4 Жұмыс нәтижесін 9.1- кестесіне толтырыңыз

№	Болаттың таңбасы	Болаттың құрамы	Микроқұрылымын салу	Құрылымы бойынша класы	Термиялық өңдеу режімі	Қолданылуы
1	5520Г9АН4	0,55%С 20%Cr 9%Mn ≈1%N 4%Ni		Аусте- нитті	Суда шынықтыру (11800С) + босату (7700С)	Автокөлік моторының қақпағы

9.5.2 Болатты легірлеудің мақсаты неде?

9.5.3 Болаттың құрамындағы негізгі легірлеуші элементтерді атаңыз

9.5.4 Легірлеуші элементтердің болаттың қасиетіне көрсетер әсері

9.5.5 Легірлеуші элементтердің фазалық өзгерістерге әсерін

аустениттің изотермиялық өзгеру диаграммасына сүйеніп беріңіз?

9.5.6 Легірленген болатты таңбалау принципі және жалпы таңбалау

ережесінен тыс таңбаланатын болаттарды атаңыз, ажыратыңыз.

9.5.7 Легірленген болаттарды нормальданғаннан кейінгі құрылымы

бойынша класқа бөліңіз.

10 Зертханалық жұмыс «ТҮСТІ ҚОРЫТПАЛАРДЫҢ МИКРОҚҰРЫЛЫМЫН ТАЛДАУ»

10.1.2 Құрылымдардың суретін схема түрінде салып оларға түсініктеме беру.

10.1.3 Аталған қорытпалардың құрылымын күй диаграммасы бойынша талдау, механикалық қасиеттерінің өзгеру жолын берілген суреттер бойынша оқу

10.1.4 Түсті қорытпаларды таңбалап үйрену

10.2.2 МИМ-7, МИМ-8 микроскоптары

10.2.3 Металдардың микроқұрылымдары жинақталған фотоальбом

10.2.4 Түсті металдар қорытпаларының күй диаграммалары.

Алюминийдің беріктігі төмен болғандықтан (σ_в ≤ 140МПа) конструкциялық материал ретінде қолданылмайды. Алюминий негізді қорытпалар коррозияға төзімді, термиялық өңдеуден кейін беріктігі айтарлықтай жоғары және технологиялық қасиеттері: пісірумен өңделуге қабілетті, әртүрлі механикалық өңдеулерге бейімді, құйылуы т.б. жақсы. Мұның барлығы алюминий қорытпаларын өндірісте пайдалануды болаттан кейінгі екінші орынға шығарады.

Алюминий қорытпаларын класқа екі көрсеткіші бойынша бөледі.

1- технологиялық қасиеттері бойынша:

- деформацияланатын, шалаөнімдер (табақтар, тақташалар, шыбықтар, құбырлар) алу үшін жұмсалады және илемдеу, баспалау, қалыптау жолдарымен дайындалатын соғылмалар мен қалыптау өнімдері. Д, АК, АМ, ВД, В әріптерімен таңбаланады да соңынан қорытпаның нөмірі жазылады (Д16);

- құймалық, фасонды құймалар өндіру үшін. АЛ әріптерімен таңбаланады, соңынан қорытпаның нөмірі жазылады (АЛ2);

2 – термиялық өңдеу арқылы беріктігін тиімді нығайтуға қабілеттілігіне қарай деформацияланатын және құймалық қасиеттері бар қорытпалардың термиялық өңдеу арқылы бөлінуі:

- беріктігі нығайтылатын класс;

- беріктігі нығайтылмайтын класс;
Беріктігі термиялық өңдеумен нығайтылатын деформацияланатын қорытпаларға легірлеуші элементтер ретінде мыс, магний, марганец, мырыш, литий енгізіледі. Бұл элементтер алюминиймен әрекеттесіп шектеулі еритін қатты ерітінді (α) және аралық фаза түзеді, мысалы CuAl₂, Mg₂Al₃, т.б.

Алюминий негізді α қатты ерітіндінің ерекшелігі құрамына енгізілген легірлеуші элементтердің еру қарқынын температура жоғарылағанда елеулі көтереді. Мысалы, мыстың алюминийдегі мөлшері 5,7%-ға жеткенде ең жоғары еруі 20...548⁰С аралығында 30 есе өседі (10.1-сурет).

Алюминий мен мыстың қорытпасы дуралюмин деп аталады. Дуралюминдер термиялық өңдеу арқылы беріктігі нығайтылатын топқа жатады. Легірлеуші элементтер ретінде магний, марганец енгізіледі (10.1-кесте).

Бұл топтағы қорытпалардың құрамында легірлеуші элементтер α –ерітіндісінде толық ерігенімен одан аспайды, демек тепе-теңдіктегі күйдегі қорытпалардың құрылымы α-қатты ерітіндісі мен аралық екінші фазалардың кірмелерінен тұрады. Мұндай құрылымның негізі созылмалы α-қатты ерітіндісі болғандықтан қорытпаның деформациялану қабілеті сақталады және термиялық өңдеу арқылы беріктігін тиімді көтеруге мүмкіндік туады.

Алюминий негізді қорытпаларды термиялық өңдеу – шынықтыру және ескіртуден тұрады. Термиялық өңдеу арқылы беріктігі нығайтылатын өндірістік деформацияланатын қорытпаға Al-Cu-Mg жүйедегі, құрамында 4...5% Cu тұратын дуралюмин жатады. Сонымен қатар коррозияға төзімділігін көтеру мақсатымен оның құрамына марганец енгізіледі. 10.1-кестеде қолданысы көп тараған дуралюминдердің құрамы мен қасиеті берілген. Б Қосымшада (әдістемелік нұсқаудың соңғы беттері) осы топқа қатысты аса берік (В95, ВАД23), соғылымды (АК8) және ыстыққа төзімді (АК4) қорытпалары бойынша мәлімет толығымен ұсынылған. Бұл топтағы алюминий негізді қорытпалардың ерекшелігіне әуе техникасында, көліктік машина жасауда және аспаптар жасау саласында кеңінен қолданысқа жол ашқан олардың меншікті беріктігінің (беріктігінің қорытпаның меншікті тығыздығына қатынасы, σ/γ) биіктігі жатады.
Силуминдер.

Алюминий мен кремнийдің қорытпасы силумин деп аталады. Машина жасауда көп қолданылатын қорытпаның бірі. Алюминий негізді құймалық қорытпалардың химиялық құрамы да құрылымы да әртүрлі. Құймалық қасиеті (сұйықтай аққыштығы, құймалардың тығыздығы) жоғары қорытпалардың құрамы эвтектикаға жақын болу керек. Осындай қорытпалардың қатарына силумин кіреді (10.2-сурет). Өндірістік қорытпалардың құрамы 10.....13% Si тұрады. Si кристалдарының әсерінен эвтектика (α+ Si) ірілеген ине тәрізді құрылымнан және эвтектикадан басқа кремнийдің басым түрдегі алғашқы кристалдарынан тұрады. Мұндай қорытпалардың созылымдық (пластикалық) қасиеттері төмен келеді. Сол себепті силуминдерге модификаттау (ерітіндіге натрий тұздары енгізіледі) қолданылады.

Модификатталған қорытпаның эвтектикалық өзгеру температурасы төмендейді де (10.2-суретте үзікті сызық) қорытпа эвтектикаға дейінгі құрылымға ие болады. Кремнийдің басым түрдегі қатты және морт кристалдарының орнына құрылымында тілімшекті α-ерітіндісі (таза Al-ге жуық) пайда болады, ал эвтектиканың бөлшектілігі артады. Соның салдарынан қорытпаның беріктігі, созылымдылығы 3 есеге дейін көтеріледі.

Модификатор эвтектикадағы кремнийдің мөлшерін 14%-ға дейін көтереді, ірі тілікшелі құрылымын ұсақтап, механикалық қасиетін арттырады.

Мұндай қорытпа коррозияға төзімділігі жоғары, термиялық өңдеу арқылы беріктігі нығаймайтын класқа жатады, механикалық қасиеттері төмен, бірақ кристалдану аралығы кішкене болғандықтан құймаларда шөгу кеуектілігі болмайды. Сондықтан АЛ2 қорытпаларынан күрделі құрама пішінді қымтақты құймалар жасалады.

10.2- сурет. Алюминий- кремний (Al –Si) қорытпасының кристалдануына натриймен модификаттаудың (үзікті сызық) әсері көрсетілген схема.

Алюминий негізді құйма қорытпаларын шынықтыру және ескірту арқылы термиялық өңдеу арқылы беріктігін көтеруге болады, бірақ көрсеткіші дуралюминдей көтерілмейді, бірталай төмен болады. Силуминдердің құрамы мен механикалық қасиеттері 10.2-кестеде берілген.
10.2- кесте. Құймалық қорытпалар (силуминдер)

Қорытпа	Құрамы, %					Термиялық өңдеу	Механикалық қасиеттері
	Mg	Si	Mn	Cu	Басқа элемент-р		σв,МПа	σ0,2,МПа	δ,%
Al- Si (силуминдер)
АЛ2 АЛ4 АЛ8	- 0,17-0,3 9,5- 11,5	10-13 8- 10,5 -	– 0,25 -	– -	– ≤0,15Ті ≤0,1Ве ≤0,15Ті ≤0,1Ве	Т2 Т6 Т5	180 180 260 300 350	90 140 200 140 160	5 2 4 5 10

Мыстың ерекше қасиетіне электр өткізгіштігінің жоғарылығы жатады, сондықтан техникалық мысты электртогін өткізгіш сымдар ретінде кеңінен пайдаланады. Конструкциялық және арнаулы материалдар ретінде мыстың қорытпалары – жез және қола кеңінен қолданыс тапқан.