Кміртекті темір орытпаларыны рылымды раушылары

Табиатта металдар таза кйінде те сирек олданылады. Техникада кміртекті темір орытпалары болат пен шойын трінде, растырушы материал ретінде жиі олданылады.

Кміртекті темір орытпалары рамындаы кміртегіні млшері мен температураа байланысты р трлі раушылардан трады (3.1 суретті ара).

Т е м і р - болатты негізгі раушысы, атты кйінде ол жне екі модификациялы трінде болады.

К м і р т е г і- екінші негізгі раушысы, ол болат рамына жне барлы асиеттеріне, оны беріктігіне, ндіру мен пайдалану сипаттамасына сер етеді. Мысалы болат рамындаы кміртегі млшері артан сайын оны аттылыы, беріктігі артады да, пластикалы асиеті азаяды. Кміртегі бейметалл, полиморфты згеріске ие. Кміртегі табиатта екі трлі модификацияда болады. Крделі торлы куб алмаз трінде (балу температурасы – 5000⁰С) жне жй параметрлі а=1,48, с=3,4А те гексогонольды торлы графит трінде (балу температурасы – 3500⁰С, тыыздыы – 2,5 г/см³) болады.

Кміртекті темір орытпасында кміртегі цементит (Fe₃C) химиялы осылыс тріндегі атты ерітінді кйінде жне графит трінде еркін кйде (ср шойындарда) кездеседі.

Кміртекті темір жйесінде – келесі фазалар болады: сйы фаза, феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит.

С й ы ф а з а. Темір сйы кйінде кміртегін кез-келген млшерде жасы ерітеді, бір текті сйы фаза тзеді.

Ф е р р и т – кміртегіні альфа темірдегі ( - Fе) атты ерітіндісі. 723^о С температурада (P нктесі). кміртегіні – Fе-дегі ерігіштігі 0,02%, ал температура тмендеген сайын кміртегіні ерігіштігі кеміп, алыпты температурада (Q нктесі) 0,006%-а жетеді. Кміртегі торды аауларында орналасады. Олай болса, феррит – таза темір, торы клемі бойынша центрленген куб, рылымына келсек, ол темірді ашыл тйіршіктерінен трады, 1041^о К (768^о С) температураа дейін магниттік асиетін сатайды. Механикалы асиеттері мынадай: созандаы беріктік шегі 294 мн/м² (_в=30 кГ/мм²), салыстырмалы зару коэффициенті =50%, аттылыы Н_в=7,84 мн/м² (80 кГ/мм²). Ферритті рамында Si, Mn элементтері болса, онда ол оны ныайта тседі. 1392⁰С-дан жоары температурада жоары температуралы феррит (Fе) тзіледі. 1499⁰С температурада (J нкте) кміртегіні шекті ерігіштігі 0,1 %. Ферритті асиеттері темірді асиеттерімен бірдей болады. Ол жмса (аттылыы -130НВ, аышты шегі – _в=300МПа) жне иілгіш (салыстырмалы заруы - ), 768^o С дейін магнитті.

Ц е м е н т и т (Fe₃C) – рамында 6,67% кміртегі бар, крделі торлы темірді кміртегімен осындысы. Ол – металды жарылы бар, электр, жылу ткізгіштік, аттылы (800НВ жоары, йнекті оай сырады) асиеттері жоары морт орытпа, біра иілгіштігі тмен, тіпті нлге те. Осындай асиеттеріні нтижесінде кристалды тор рылымы да крделі болады. 210^оС температурада цементитті магниттік асиеті жойылады, те морт боландытан, оны беріктігін анытауа болмайды. Микроскоппен араанда цементит тор трізді немесе трлі формада орналасан а пластинкалар трінде болып келеді. Оны рамында темірден баса (темірді млшері 97-99,5%-ды аралыында болады) кптеген элементтер орын алады. Ол элементтерді (марганец, кремний) цементит рамында болуы жне цементит рамынан толытай жойылмауы технологиялы ерекшеліктерге жне жетіспеушіліктермен тсіндірілсе керек. Аллотропиялы згеріске шырамайды. Цементитті кристалды торы - октаэдр. Цементитті балу температурасы наты емес (1250, 1550^o С). Тмен температурада цементит лсіз ферромагнитті. Цементит орнын басушы атты ерітінді тзеді. Кміртегі атомдары бейметалдарды атомдарыны орынын басады: азот, оттегі; ал темір атомдары – металдарды атомдарыны орынын басады: марганц, хром, вольфрам жне т.б. Осындай торлы цементит тзетін атты ерітінді легірленген цементит деп аталады. Цементит - трасыз осылыс тзеді, ыдыраанда графит трінде кміртегі блініп шыады.

А у с т е н и т – кміртегіні гамма тріндегі ( - Fе) атты ерітіндісі. Кміртегі кубты жаы бойынша центрленген торды орталарында орналасады. Аустениттегі кміртегіні 1130^оС-та ерігіштігі 2% (Е нктесі), ал 723^о-та ерігіштігі 0,83% (S нктесі). 723^о-тан тмен температурада кміртекті темір орытпаларында аустенит перлитке айналады. Аустенитті бринель бойынша аттылыы 666-1,76 гн/м² (160-200 кГ/мм²), магниттік асиеті жо - парамагнитті, пластикалы асиеті жоары (салыстырмалы заруы =40÷50%). Аустенитті алыпты температурада кміртекті темір оспаларына марганец, никель сияты легірлеуші элементтерді осу арылы алуа болады. йткені бл элементтер облысын кеейтіп, аустенитті перлитке айналу температурасын кп тмендетеді. Аустенитте баса элементтер еріген кезде оны асиеттері мен температуралы шегі згеруі ммкін.

П е р л и т – рамында 0,83% кміртегі бар, феррит пен цементитті эвтректоидты оспасы. Микроскоппен араанда ол меруерт сияты лпырып крінетіндіктен, бл оспаа перлит-меруерт деген ат ойылан. Микрорылымы ферритті негізге орналасан дисперсиялы цементит пластинкалардан немесе цементит тйіршіктерінен трады. Бринель бойынша аттылыы НВ=176,4 мн/м² (180 кГ/мм²), беріктік шегі =784 кн/м² (80 кГ/мм²) салыстырмалы зару коэффициенті 15%.

Л е д е б у р и т – рамында 4,3%- ды кміртегі бар цементит пен аустенитті эвтектикалы оспасы. Ледебурит 1130^оС-та кміртекті темір орытпасында кміртегіні концентрациясы 4,3% - а жеткенде тзіледі. Ледебурит микроструктурасынан цементитті ішінде дгелектеніп келген перлит тйіршіктерін круге болады. Ледебурит а шойындар рылымында кездеседі, ол морт жне аттылыы жоары – 6,86 гн/м² (700 кГ/мм²) болып келеді.

Г р а ф и т- еркін, рі трлі пішінде блінетін кміртегіні бір трі. Кміртекті темір орытпаларда графитті тзілуі графиттену деп аталады. Графит гексогональды торлы, меншікті салмаы 2,2 те, атом аралыы 1,42÷3,4А. Графит шойын мен графиттелген болаттар рамында кездеседі.

Бдан баса темір-цементит орытпасында келесідей фазалар кездеседі: біріншілік цементит (Ц_I), екіншілік цементит (Ц_II), шіншілік цементит (Ц_III). Бл фазаларды химиялы жне физикалы асиеттері бірдей. орытпаны механикалы асиеттерінде аймашылы бар, олар лшемдеріні жне млшерлеріні згешелігінде. Сонымен атар оларды тзілуіне да байланысты. Біріншілік цементит ірі пластиналы кристалдар трінде сйы фазадан блініп шыады. Екіншілік цементит аустениттен блініп шыады жне а аустенит дндеріні айналасында торша трінде орналасады (салындатан кезде – перлит дндеріні айналасында орналасады). шіншілік цементит ферриттен блінеді, са оспа трінде феррит дндеріні шетінде орналасады.

Диаграмма рамында 6,7%-а (3.1 суретті ара) дейін кміртегі бар кміртекті темір орытпаларыны асиеттерін сипаттайды. рамында 6,7%-дан 100%-а дейін кміртегі бар кміртекті темір орытпаларыны практикада

 

 

 

маызы жо. Диаграмманы абсцисса осіне 0%-дан 6,67%-а дейінгі кміртегі (С) немесе 0%-дан 100%-а дейінгі цементит, ал ордината осіне температура салынады.

Практикада Fe-C диаграммасына араанда Fe-Fe₃C диаграммасыны маызы зор боландытан, екінші диаграмманы арастырамыз. Ол шін мынадай шартты белгілер енгізейік: А – аустенит, Ц – цементит, Ц_І – бірінші реттік цементит, Ц_ІІ – екінші реттік цементит, Ц_ІІІ – шінші реттік цементит, Л – ледебурит, Ф – феррит, П – перлит, – атты ерітінді.

Кміртекті темір орытпалары тез суыанда, оспадан кміртегі химиялы осылыс – цементит (Fe₃C) трінде, ал баяу суыанда, графит (С) трінде блінеді. Тзілген цементит трасыз осылыс, ал графит траты осылыс болып табылады. Кміртекті темір орытпалары баяу суыанда цементиттен графит мына реакция бойынша тзіледі

 

Fe₃C3Fe+C.

 

Диаграмманы АВСD сызыы (ликвидус) - орытпаларды бастапы кристалдану температураларына сйкес нктелерді геометриялы орны. Осы бойынша кміртекті темір орытпаларды кристалдану процесі басталады. Ликвидус сызыынан жоары жатан кез келген нкте кміртекті темір оспаларды сйы кйін анытайды. 1539^оС температурада АВ сызыы бойынша (рамында 0,10% С бар кміртегіні – Fe-дегі атты ерітіндісі) кристалдар тзеді.

1492^оС температурада – Fe кристалдары сйы ерітіндімен рекеттесіп, одан перитектикалы реакция бойынша рамында 0,15% С бар – Fe (аустенит) тзіледі.

орытпадаы кміртегіні млшері 0,5%-дан кп болса, ВС сызыы бойынша орытпадан аустенит (кміртегіні – Fe темірдегі е жоары ерітіндісі 2%), ал CD сызыы бойынша бірінші реттік цементит (Ц_І) блінеді.

С нктесінде 1130^оС температурада кміртегіні концентрациясы 4,3%-а жеткенде орытпадан аустенит, бірінші реттік цементит кристалдары блініп, ледебурит эвтектикалы орытпасы тзіледі. AHJECF сызыы (солидус) – барлы кміртекті орытпаларды кристалдану температураларыны соы мніне сйкес нктелерді геометриялы орны. Бл сызы тменгі диаграмма нктелеріне сйкес орытпаларды атты кйін анытайды. Солидус сызыынан тменгі айматарда кміртекті темір орытпаларыны бірінші реттік кристалдану процестері аяталып, оларды екінші жне шінші реттік кристалдану процестеріні нтижесінде мынадай раушылар тзіледі:

1. 2%<С<4,3% эвтектикаа дейінгі шойындар, рылымы: А+Ц_ІІ+Л(А+Ц_І).

2. С=4,3% эвтектикалы шойын, рылымы: Л- ледебурит.

3. 4,3%<С<6,67% эвтектикадан кейінгі шойындар. рылымды рамы: Ц_І+Л(А+Ц_І).

орытпа рылымыны ату температурасынан кейін згеруін оны екінші рет кристалдануы дейді.

Кез келген концентрациялы болаттар бірінші рет кристалдананнан кейін рылымы аустенитті болады. Болатты екінші рет кристалдануы GSE сызытары бойынша жреді. GS сызыы бойынша аустениттен феррит, ал SE сызыы бойынша екінші реттік цементит блінеді. GS сызыына сйкес нктелерді А₃ рпімен, ал SE сызыына сйкес нктелерді А_ст рпімен белгілейді. S нктесі 996^оК (723^оС) температурадаы аустенитке сйкес болады. S нктесінде орытпадаы кміртегіні концентрациясы 0,83%- ке жеткенде аустенит феррит пен екінші реттік цементитке ыдырап, эвтектоидты орытпа – перлит – тзіледі. Перлитті тзілу температурасын анытайтын температураа сйкес нктелерді геометриялы орны диаграммада PSK тзуі болып табылады. PSK тзуіне сйкес температураны А₁ рпімен белгілейді. Р нктесі кміртегіні – Fе-дегі максимум ерігіштігін (0,028%) анытайды. GP, PQ сызытары кміртегіні – Fе-дегі ерігіштігіні температураа байланыстылыын крсетеді GPQ сызытарыны сол жаына орналасан барлы нктелер ферритті кйін анытайды. PSK сызыынан тмен орналасан диаграмма нктелері мынадай болаттарды трін анытайды:

1. 0,08%<С<0,83% эвтектоида дейінгі болаттар, рылымы: Ф+Л(Ф+Ц).

2. С=0,85% эвтектоидты болат, рылымы: П(Ф+Ц).

3. 0,83%<С<2,0% эвтектоидтан кейінгі болаттар. рылымы: П+Ц_ІІ МО сызыы бойынша – Fе-ді магниттік асиеті 768^оС-тан кейін пайда болады. Кміртекті темір орытпаларында магниттік згеріс тудыратын температураны (768^оС) Кюри нктесі деп атайды. МО сызыына сйкес температура А₂ рпімен белгіленеді. Жоарыда айтылан кміртекті темір орытпаларыны згерістері (магниттік згерістен баса) гистерезис былысымен байланысты, яни кміртекті темір орытпаларын ыздыран кездегі кризистік температуралары оларды суыан кезіндегі кризистік температураларынан жоары болады. Сондытан орытпаларды кризистік температурасын анытайтын А рпіне «с» (орытпалар ыздырылса) жне «r» (орытпалар салындатылса) индекстерін ояды (А_с жне А_r).