Жоғары берікті машина жасау материалдары пәні

1

1. Арнайы болаттар. Негізгі анықтамалар мен түсініктер. Қосынды элементтер. Қоспалар.

Арнайы болат – ерекше қасиетке ие және белгілі бір міндетке жауап беретін бұйымды жасауға қолданылатын болат.

Жемірілуге берік (тотбаспайтын) болаттар агрессиялы ортада жұмыс атқаратын тетіктер дайындауда қолданылады. Бұл болаттардың қолданылу кезінде белгілі механикалық қасиеттерге ие болуымен қатар жемірілуге беріктігі де жоғары болу керек. Мұндай жағдайларда хромды және хромникелді болаттары қолданылады.

Хромды тотбаспайтын болаттар (12Х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13). Хромды тотбаспайтын болаттардың құрамында 0,1...0,45 % көміртегі және 13% хром болады. Олар температурасы 30о С–дан аспайтын ылғалды ауа атмосферасында, теңіз және құбыр суында, азот және көптеген органикалық қышқылдарда жемірілуге қарсы тұра алады.

Хромникелді тотбаспайтын болаттар (04Х18Н10, 08Х18Н10, 12Х18Н10Т). Хромникелді тотбаспайтын болаттардың құрамында хром мен никель мөлшері көп те, ал көміртегі мөлшері аз. Олар әуе- және теңіз- машинажасауда қолданылады.

Ыстыққа төзімді және ыстыққа берік болаттар (15Х5). Ыстыққа төзімді және ыстыққа берік болаттары арнайы болаттарға жатады және беткі қабаты жоғары температураларда (550о С жоғары) химиялық қирауға төтеп бере алатын тетіктер жасау үшін қолданылады.

Болатқа белгiлi бiр мөлшерде оның құрылымы мен қасиеттерiн өзгерту мақсатымен арнайы енгiзiлетiн элементтер қосындылау элементтерi деп аталады (грек тiлiнен “лега”-күрделi). Осыған байланысты қажеттi қасиеттерiмен арнайы енгiзiлген элементтермен болат қосынды болат деп аталады. Шамамен 0,1% мөлшерiнде қосылған элементтерiмен шағын қосынды деп аталады.

Қосынды элементтердiң жиын мөлшерi 2,5% аспаған болаттар аз қосындыға, 2,5-10%-қосындыға және 10% көбiрегi-көп қосындыға (Fe-ң мөлшерi 45% көбiрегi) жатады.

Болаттағы қоспалар. Н.Т. Будцов ұсынған жіктеуге сәйкес барлық болат құрамындағы қоспаларды 4 топқа бөлуге болады.

1. Тұрақты немесе қарапайым қоспалар. Бұл топқа марганец және кремний, сонымен қатар кремний мен марганец сияқты қышқылдар ретінде қолданылатын титан мен алюминий жатады. Тұрақты қоспадағы (қарапайым) күкірт және фосфор жатады, өйткені болатты жалпы өңдеу кезінде олардан босату мүмкін емес. Әдетте бұл элементтер құрамы келесі жоғары шектермен шектеледі, % : 0.8 Mn; 0.5 Si; 0.05 P; 0.05S.

2. Жасырын қоспалар. Бұл кез келген болатта аз мөлшерде болатын азот, сутегі және оттегі. Олардың химиялық анықтау әдісі күрделі, сондықтан бұл элементтің әдеттегі техникалық шарттарда болуы көрсетілмейді.

3. Кездейсоқ қоспалар. Бұл топқа болатқа шихталы материалдардан немесе кейбір кездейсоқ себептер нәтижесінен түсетін қоспалар жатады. Оларға мырыш, қорғасын, қалайы, сурьма жатады.

4. Легірлеуші элементтер. Белгілі бір мөлшерде болатқа оның құрылуы мен қажет өзгерту мақсатымен арнайы енгізілетін болаттар легірлеуші болаттар деп аталады (грекше "лега"-күрделі).

2. Карбонитридті беріктендірумен жоғары берікті болаттар.

Карбидтер. Болатта карбидтер тек металдармен қосылады, ол периодтық жүйедегі темірдің сол жағындағы элементтерге ғана қатысты. Бұл металдар темір сияқты ауыспалы топ элементтеріне жатады. Олар - электрондық жолағын толтырады. Неғұрлым периодтық жүйеде элемент солға қарай орналасқан болса, соғұрлым оның -жолағы толық бұрылған болады.

Карбидтүзуші элементтер: Ғе→Мn→Сr→Мо→W→Nb→V→Zr→Ті (көміртекке жақындасу дәрежесінің өсуіне және карбидті фазалардың тұрақтылығына байланысты орналасқан).

Болатта мұндай Мn, Сr, Мо, W сияқты карбид түзуші элементтердің аз мөлшерінде олар цементиттердің, онда темір атомдарының орнын басады. Бұл жағдайда цементит құрамы (Ғе,М)₃С формуласымен көрінеді, ал М-легірлеуші элемент. Марганец цементитте ерігенде (Ғе, Мn)₃С карбидін, ал хром ерігенде (Ғе, Сr)₃С карбидін түзеді. Марганец цементит торында темірдің барлық атомдарын шығарып (Ғе₃С- Мn₃С) хром-25 дейін, Мо-3 дейін, ал W тек 0,8-1,0 ат.%. Одан да кошті карбид түзгіш элементтер (Ті, Nb,V) цементитте ерімейді және жеке карбидтер түзеді.

Нитридтер. Азот пен оттегі болатта металл емес қосылыстар түрінде (мысалы FeO, SiO₂, Al₂O₃ қышқылдары, Fe₄N нетридтері және т.б.) қатты ерітінді түрінде немесе еркін түрде металдың ақаулы бөліктерінде (қалуларда, сызаттарда және т.б.) орналасады. Енгізу қоспалары (азот, оттегі) түйіршік шекті көлемдерде шоғырланып және түйіршік шекарасы бойынша оксидтер мен нитридтердің бөлінуін туғыза отырып, салқын сынғыштық қадамын жоғарлатып, морт бұзылу кедергісін төмендетеді. Металл емес қосылыста (қышқылдар, нидриттер, қож бөліктер және т.б.) кернеу шоғырлағышы бола отырып егер олар жоғарлатылған мөлшерде бар болса немесе жинақ түрінде орналасса төзімділік пен тұтқырлық бұзылуының шегін біршама төмендетуі мүмкін.

Легірлеуші элементтердің ферриттің және аустениттің қасиеттеріне әсер етуі. Ферритте еріген легірлеуші элементтер қатысты ұзаруды өзгертпей, оның уақытша кедергіні жоғарлатады, марганец пен кремнийден 2,5-3% аспайтын мөлшерде басқа. Ферритті ең күшті нығайтатындар кремний, никель мен марганец. Қалған элементтер ферриттің беріктігіне аз әсер етеді. 1-2% мөлшерде болатқа енгізген легірлеуші элементтер соққы тұтқырлығын азайтып, суықсынғыштық қасиетін жоғарылатады. Никельден басқа ғана, ол ферритті нығайтады, бір уақытта соққы тұтқырлығын жоғарылатып және суықсынғыштық қасиетінің төмендетіп отырады.