Конструкциялық материалдар және термоөңдеу Конструкционные материалы и термообработка Constructional materials and heat treatment Учебное пособие для специальности: 5В071200– «Машиностроение»
жүктеу/скачать 1,99 Mb. Pdf көрінісі
|
| Дәріс №7.
Термиялық ӛңдеу. Термиялық ӛңдеу теориясы. 1. Термиялық ӛңдеу жӛнініде негізігі түсініктер. 2. Үздіксіз суытқанда ӛтетін түрленулер. 3. Шынықтыру, оның мәні. 39 4. Босату. 5. Жасыту. 1. Термиялық ӛңдеу деп қорытпалардың қасиеттерін ӛзгерту мақсатымен температуралық әсер ету процесін айтады. Термиялық ӛңдеу нәтижесінде қорытпаның құрылымы ӛзгереді, соған байланысты қасиеттері ӛзгереді. Термиялық ӛңдеудің келесі негізгі түрлерін ажыратады: 1) шынықтыру 2) босату 3) жасыту 4) нормальдандыру Әрбірінің маңызы әр түрлі, бірақ әр бірі 3 сатыдан тұрады: 1) қорытпаны, мысалы болатты белгілі теператураға дейін қыздыру 2) сол температурада біршама уақыт ұстау (тӛздіру) 3) қажет жылдамдықпен суыту Термиялық ӛңдеудің нәтижесінде, әсіресе, суыту жылдамдығы әсерін тигізеді. Болаттарды термиялық ӛңдеудің тәжірибесін түсіну үшін термиялық ӛңдеу теориясын талдайды. Болаттарды металлургиялық зауытта жасытылған күйде жеткізеді, яғни олардың құрылымы тепе-теңдік күйде болады. Темір-цементит күй диаграммасына сәйкес келеді. Сондықтан қыздыру кезіндегі түрленулерді осы диаграммадан байқауға болады. Темірдің күй диаграммасындағы GS сызығындағы нүктелерді А 3 деп, PSK сызығындағы нүктелерді А 1 деп, SE сызығындағы нүктелерді А ст деп белгілейді. Тепе-теңдік күйдегі эвтектоидқа дейінгі болаттың құрылымы ферлит пен перлиттен тұрады. А 1 нүктесінен жоғары құрылымы аустенит пен ферлиттен тұрады, себебі А 1 нүктесінде (А 1 (727ºС)) перлит аустенитке ауысады. GS нүктесінен жоғары температурада болаттың құрылымы аустениттен тұрады, яғни болат аустениттік күйге ӛтеді. Тепе-теңдік күйдегі эвтектоидтық болаттың құрылымы А 1 нүктесіне дейін перлиттен тұрады. А 1 нүктесінен жоғары температурада болат аустениттік күйге ӛтеді. Тепе-теңдік күйдегі эвтектоидтан кейінгі құрылымы А 1 нүктесіне дейін перлит пен цементиттен тұрады. А 1 -А ст температуралар аралығында аустенит пен цементиттен тұрады. А ст температурасынан жоғары болаттың құрылымы аустениттен тұрады. Термиялық ӛңдеу түрлерінің кӛбінде болаттарды аустениттік күйге дейін жеткізіп қыздырады. Себебі кейін суытқанда аустенит ыдырап, әр түрлі ӛнімдерге айналады. Суыту дәрежесінің аустениттік тұрақтылығына, оның түрлену жылдамдығына әсерін аустениттің изотермиялық түрлену диаграммасы 40 сипаттайды. Бұл диаграмма аустениттің изотермиялық түрлену диаграммасын сипаттайды. Бұл диаграмма эксперимент жолымен алынады. Түрлену tº-τ координаталарында салынады. Ол үшін аустениттік күйге дейін қыздырылған бірнеше болат үлгілерін әр түрлі температуралық орталарға кӛшіреді. Сол ортада аустениттің ыдырауы аяқталғанға дейін тұрақты температурада ұстайды. Әрбір температураға сәйкес аустениттің түрленуінің басталу және аяқталу уақыттарын белгілейді. Алынған мәліметтер бойынша диаграмма тұрғызылады. Мысал ретінде эвтектоидтық болаттағы аустениттің изотермиялық түрлену диаграммасын қарастырамыз. 7.1-сурет. Эвтектоидтық болаттың аса суынған аустенитінің изотермиялық түрлену диаграммасы (схемама): І – перлиттік түрлену; ІІ – аралық түрлену: ІІІ – мартенситтік түрлену. Эвтектоидтық болаттың аса суытылған аустениттің изотермиялық түрлену диаграммасы. Диаграммада С әрпі тәрізді 2 қисық сызықтарды кӛреміз. 1-қисық аустениттің ыдырауының басталу уақытын, 2-қисық аяқталу уақытын білдіреді. 1-қисықтан сол жақтағы аймақ аустениттің тұрақты болатын уақытын білдіреді, яғни осы уақыт ішінде аустенит ыдырамайды. Аса суытылған аустениттің тұрақты болып ыдырауға ұшырамайтын уақытын инкубациялық уақыт деп атайды. Ең тӛменгі тұрақтылықты эвтектодтық болаттағы аустенит 550ºС шамасында иеленеді. Суыту температурасына байланысты аустенит әр түрлі ӛнімдерге ыдырайды. Перлит, сорбит, тростит – ферлит пен цементиттен тұратын қоспалар. Айырмашылығы – дисперсиялығы әр түрлі. Себебі суыту температурасы тӛмен болған сайын қорытпа дәндерінің дисперсиялығы артады, яғни 41 түйіршіктері ұсақталады. Соған байланысты сорбит пен троститтің механикалық қасиеттері перлитке қарағанда жоғары. Перлит – НВ200, сорбит – шамамен НВ300, тростит – шамамен НВ400. Аустениттің ыдырау нәтижесінде перлит, сорбит, тростит дәндері пластинка тәрізді болады. Айтылғандарға байланысты А 1 - 550ºС температуралар аралығын перлиттік түрлену ӛтетін аралық дейді. 550-240ºС аралығын аралық түрлену дейді. Перлиттік және ралық түрленулер изотермиялық жолмен дамып аяқталады. 240ºС аустенит мартенситке айнала бастайды. Бірақ аустениттің мартенситке толық ӛтуі изотермиялық жолмен дамымайды. Аустениттің мартенситке -50ºС ӛтіп аяқталады. 2. Мартенситтік түрлену даму үшін аустениттік күйдегі болатты үздіксіз суытады. Үздіксіз суытудағы суыту жылдамдық аустениттің мартенситке айналуына әсерін 7.2-суреттен кӛруге болады. 7.2-сурет. Аса суыну дәрежесінің эвтектоидтық кӛміртекті болат аустенитінің түрлену температурасына тигізетін әсері: а — изотермиялык түрлену диаграммасы; б — үздіксіз суыну кезіндегі түрленудің басталу температурас 3. Шынықтыру, оның мәні. Шынықтыру деп эвтектоидқа дейінгі болаттарды А 3 нүктесінен 30- 50ºC жоғары эвтектоидтық және эвтектоидтан кейінгі болаттарды А 1 нүктесінде 30-50ºC жоғары қыздыру, сол температурада тӛздіру кейін кризистік жылдамдықтан жоғары жылдамдықпен суыту сатыларынан тұратын термиялық ӛңдеуді айтады. Шынықтырудың негізгі мақсаты – болаттың қаттылығын арттыру. Сондықтан қыздыру температурасы болатты аустенттік күйге айнылдыру, ал суыту жылдамдығы аустенитті мартенситке айналуын қамтуы қажет. 42 Эвтектоидтан кейінгі болаттарды қыздыру нәтижесінде құрылымы аустенит пен цементтен тұрады. Кейін суытқанда құрылымы мартенсит пен цементтен тұратын болады. Эвтектоидтан кейінгі болаттар аспаптық болаттар екенін ескерсек, осындай құрылымды алу тиімді. Цемент болаттың қаттылығын ғана емес, тозуға тӛзімділігін де арттырады. Яғни эвтектоидтан кейінгі болаттарды А ст нүктесіне дейін қыздыру қажет емес. Бұл температурадан тӛмен болса (қыздыру), болаттың механикалық қасиеттері тӛмендейді. Мысалы, эвтектоидқа дейінгі болаттарды А 3 нүктесінен тӛмен температурада қыздырса, құрылымы феррит пен аустениттен тұрады. Суыту нәтижесінде аустенит мартенситке айналып, феррит сақталып қалады. Сондықтан болаттардың қаттылығы кӛп артпайды. Егер аталған температурадан қыздыру температулары тым жоғары болса, болат қызыңқырап кетуі немесе күюі мүмкін. Болат қызыңқырағанда аустенит дәндері ӛседі, оны суытқанда ірі дәндер мартенситке кӛшіп, оның қасиетін тӛмендетеді. Қызып кеткен болатты бұрынғы қалпына келтіруге болады. Ол үшін болатты жасытады. Күйген болатты бұрынғы қалпына келтіруге болады. Болаттарды кӛбінесе қыздырғыш пештерде қыздырады. Ӛңделетін бұйымның беті тотықпауы және күймеуі үшін пеш ішінде әр түрлі қорғаныш орталарын қолданады. Және термиялық ӛңдеуден кейін кӛбінесе детальдің бетін ажарлап, күйген жерлерін, кедір-бұдырларын алып тастайды. Сондықтан механикалық ӛңдеуге әдіп қолданылады. Жұмсақ қыздырғыш орта ретінде пештің орнына балқытылған тұздар ваннасын қолданады. Шынықтырылған болаттың қасиеттеріне әсіресе суыту жылдамдығы әсер етеді. Сондықтан суытқыш ортаны дұрыс таңдау қажет. Дұрыс қолданылған суытқыш орта перлиттік түрлену температурасында (700- 500ºC аралығында) бұйымды жылдам суытып, 300-200ºC аралығында жай суытуы керек. Сол кезде перлит, сорбит, тростит түзіліп үлгермейді. Ал мартенситтік түрлену толық ӛтеді. Және болаттағы кернеулер аз болады. Суыту жылдамдығы артқан сайын болаттағы кернеулер артады. Шынықтыруда қолданылатын суытқыш орталардың суыту жылдамдығы 7.1-кестеде кӛрсетілген. 43 7.1-кесте. Суыту жылдамдығы № Суытқыш орта Суыту жылдамдығы, % 700-500 0 С 300-200 0 С 1 2 3 4 5 Су t=18ºС t=28ºС Судағы 10% NaOH ерітіндісі t=18ºС Судағы NaCl ерітіндісі t=18ºС Минералды майлар Тыныш ауа 600 500 1200 1100 150 3 270 270 300 300 30 1 Суытқыш ортаны белгілеу үшін шынықтырудағы кризистік жылдамдықты анықтайды. Мысалы, V кр =450ºC/с болатын болса, суытқыш орта ретінде 18ºC суды қолданамыз. 4. Босату. Босату деп шынықтырылған болатты А 1 нүктесінен тӛмен температурада қыздыру, сол температурада тӛздіру және белгілі жылдамдықпен кӛбінесе ауада суыту сатыларынан тұратын термиялық ӛңдеуді айтады. Босатудың маңызы - ӛңделетін детальдың жұмсалуына байланысты қажетті құрылымындағы ішкі кернеулерді азайту және жою. Босатудағы қыздыру температурасы жоғары болған сайын, ішкі кернеулер кӛпке азаяды. Қыздыру температурасына байланысты босатудың 3 түрін қарастырады: 1) тӛменгі температурада босату 2) орташа температурада босату 3) жоғары температурада босату Тӛменгі температурада босату 150-250ºC аралығында ӛтеді. Нәтижесінде шынықтыру мартенситінен шамалы мӛлшерде артық кӛміртек бӛлініп, шынықтыру мартенситті босату мартенситіне айналады. Босату мартенситінің қаттылығы кӛп тӛмендемейді, бірақ ішкі кернеулер азаяды. Тӛменгі босатуды кӛміртекті және легирленген болаттан жасалған кескіш және аспаптық болып бӛлінеді. Орташа температурада босату 550-500ºC аралығында ӛтеді. Тӛменгі босатудан кейін қаттылығы HRC 58-62 болатын болса, орташа босатудан кейін HRC 40-50 болады, яғни болаттың қаттылығы тӛмендейді. Басқа 44 механикалық қасиеттері артады, әсіресе серпімділігі артады. Сондықтан орташа босатуды серіппелер мен рессораларға арнайды. Жоғары температурада босату 500-650ºC аралығында ӛтеді. Болаттың беріктік шегі, аққыштық шегі, пластикалығы, әсіресе соғу тұтқырлығы артады. Шынықтыру мен жоғары босатудан тұратын термиялық ӛңдеуді жақсарту деп атайды. Жақсартуды динамикалық және айнымалы күштер әсерінде жұмыс жасайтын детальдарға, әсіресе машина детальдарына жұмсайды. Босату сорбиттің, троститтің, мартенситтің шынықтырудағы сорбиттен, троститтен, мартенситтен айырмашылығы – олардың дисперсиялығында. Босату арқылы алынған ӛнімдердің дисперсиялығы жоғары және дәндері түйіршікті болып келеді. Шынықтырудан кейін алынған сорбитттің, троститтің, перлитттің дәндері пластинка тәрізді. 5. Жасыту. Жасыту деп болаттарды фазалық түрленулер ӛтетіндей белгілі температураға дейін қыздыру, сол температурада тӛздіру және баяу, кӛбінесе пешпен бірге суыту сатыларынан тұратын термиялық ӛңдеуді айтады. Жұмсалуына және ӛткізу режиміне байланысты жасытудың бірнеше түрін ажыратады. Бірақ жасытудың басты мақсаты – болаттың құрылымын тепе-теңдік күйге келтіру арқылы құрылымында бар кернеулерді жою, қаттылығын тӛмендету, пластикалығы мен тұтқырлығын арттыру. Сондай-ақ болат дәндерін ұсақтау немесе қайта қалыптастыру, яғни құрылымындағы ақауларды жойып, құрылымын түзеу. Жасытылып тепе-теңдік күйге келтірілген болаттардың құрылымы темірдің күй диаграммасына сәйкес келеді. Жасытуларды келесі жағдайларда қолданады: 1) Қысым арқылы ӛңдеуді жеңілдету үшін (штамптау, еркін соғу, жаймалау, престеу, сүйреу) пластикалығын арттырып жасытады. 2) Қысым арқылы ӛңдеуді ӛткен, бірақ құрылымында кернеулер қалған жағдайда, сол кернеулерді жою үшін жасытады 3) Пісіріп біріктірілген жапсарда кернеулер қалған кезде жасытады 4) Шынықтыру мен босатуды ӛткен болатта кернеулер қалса, кернеулерді жою үшін жасытады немесе шынықтыру кезінде температураны арттырып алу нәтижесінде болат қызыңқырап аустенит дәндері іріленіп кеткен жағдайда жасытуды қолданады 5) Болаттарды кесу арқылы ӛңделуін жеңілдету үшін қаттылығын тӛмендетіп жасытады 6) Құйылған құйманың құрылымындағы ақауларды түзеп, яғни дәндерін ұсақтап жасытады Осыларға байланысты жасытудың бірінші текті және екінші текті жасыту түрлері деп ажыратады. 45 Бірінші текті жасытуда фазалық түрленулер ӛтпейді, яғни қыздыру температурасы 727ºC тӛмен болады. Екінші текті жасытуда фазалық түрленулер ӛтеді. Кӛбінесе екінші текті жасыту түрлерін қолданады. Екінші текті жасытуға келесі жасыту түрлері жатады: 1) толық жасыту 2) шала жасыту 3) изотермиялық жасыту Толық жасыту режимі шынықтыру режиміне ұқсас ӛтеді, яғни эвтектоидқа дейінгі болаттарды А 3 нүктесін 30-50ºС жоғары қыздырылады. Эвтектоидтық және эвтектоидтан кейінгі болаттар үшін шала жасытуды қолданады, яғни А 1 нүктесінен 30-50ºC жоғары температурада қыздырады. Кейін пешпен бірге суытқанда болаттардың құрылымы тепе-теңдік күйге келтіріледі. Толық және шала жасытуды кӛміртекті және легирленген болаттарға арнайды. Изотермиялық жасытуды кӛбінесе легирленген болаттарға жұмсайды. Бірінші текті жасытуға кӛбінесе толық және шала жасытуды қолданады. Бірінші текті жасытуға диффузиялық жасыту (кӛбінесе күрделі пішінді құймаларға қолданады) құйманың барлық кӛлемі бойынша құрылымын біртекті гомогенді етіп ақауларды түзейді. 1) Диффузиялық жасытуда қыздыру температурасы А 3 нүктесінен 150- 300ºC жоғары болады, ұзақ тӛздіреді, кейін баяу суытады. 2) Сфероидтап жасыту. Мақсаты – пластинка тәрізді дәндерді түйіршіктеу, сол арқылы құрылымын түзеу. Нормальдандыру деп эвтектоидқа дейінгі болаттарды А 3 нүктесінен, эвтектоидтан кейінгі болаттарды А ст нүктесінде 30-50ºC температурада қыздыру, сол температурада тӛздіру, ауада суыту сатыларынан тұратын термиялық ӛңдеу. Эвтектоидтық болаттарды 30-50ºC жоғары. Нормальдандырудан кейін аз кӛміртекті болаттардың құрылымы жасытылған болаттардың құрылымына ұқсас келеді. Нормальдандару нәтижесінде болат дәндері ұсақталады, пластикалығы артады. Бірақ суыту жылдамдығы нормальдандыруда жоғарылау болғандықтан, нормальданған болаттардың қаттылығы мен беріктігі жоғарылау болады. Нормальдандыру жасытудан гӛрі жылдам жүреді. Сондықтан аз кӛміртекті болаттар үшін нормальдандыруды жасытудың орнына жұмсауға болады. Нормальдандырылған болаттардың қаттылығы жасытылған болаттардың қаттылығынан жоғары болғандықтан, ол болатты кесіп ӛңдеудегі жұмыс ӛнімділігі жоғары болып, деталь беті тегіс ӛңделеді. Орташа және кӛміртекті болаттар үшін нормальдандыруды шынықтыру мен жоғары босатудың орнына жұмсауға болады. Шынықтырылып босатылған болаттың механикалық қасиеттеріне қарағанда, нормальдандырылған болаттың қасиеттері тӛмендеу болады. Бірақ суыту жылдамдығы тӛмен 46 болғандықтан, болаттағы ішкі кернеулер аз болады. Нормальдандыруды кӛбінесе легирленген болаттарға арнайды. |