2.3 Дайындама мен тетікбөлшекті алу кезінде кездесетін ақаулар

Іс жүзінде кез келген металда ақау болуы мүмкін. Абсолютты ақаусыз үлгі алу мүмкін емес. Бірақ кейбір процестерден кейін ақаудың саны мен шамасы айтарлықтай өсіп, іске жарамай қалу мүмкін [6].

Ең көп ақау туатын процестерге келесілерді жатқызуға болады:

- Қатты денені деформациялау кезінде пайда болатын ақаулар. Аз шамада деформациялау кезіндегі ақаудың түзілу процесі қарқынды жүреді. Осы деформациямен болатын кернеуді алып тастағаннан кейін дене бастапқы қалпына келуі мүмкін. Бірақ, егер деформация деңгейі шамадан тыс болса, онда ақау саны тез өседі, бұл материалды созымды деформациялаудың қайтымсыз процесіне әкеледі. Созымды деформация үлгінің бастапқы қалпына келуіне кедергі жасайтын түзілген ақаулардың тығыздылығы мен шамасымен болады.

- Беткейді өңдеудегі ақаулар. Материалдың бетіндегі жоңқаны жону және жылтыратып тазалау процесінде объектінің беткейінде шағын жарықшалар пайда болады.

- Құю кезіндегі ақаулар. Ақаудың бұл түрі өте көп кездеседі. Балқыған қорытпаны қалыпқа құйған соң, ол салқындай бастайды. Балқыманың тегіс сууы әр түрлі, бір шетінен екінші шеті айырмашылықпен суынады. Бұл қабаттар арасындағы өзара жылжуға әкеледі. Мұнан басқа қорытпаға ұсақ ауа кіріп, кеуектердің пайда болуы мүмкін.

- Прокаттау өндірісінің ақаулары. Бұл ақау прокаттау технологиясының бұзылуы мен дайындаманы алдын ала қыздыру кезінде пайда болады. Қысудың дұрыс емес коэффициенті немесе прокаттау алдындағы дайындаманың аз қыздырылуы болаттардың бетінде толқынның, флокендердің, жарықшалардың, майысқан жерлердің және басқада ақаулардың тууына әкеледі.

- Термиялық өңдеу ақаулары. Бұл ақау термиялық өңдеу режимін дұрыс таңдамаған жағдайда немесе оны дұрыс орындамаған кезде тууы мүмкін. Ең көп термиялық өңдеу кезінде пайда болатын ақаулар – қатты қызып кету (қайта қыздырумен дұрыстауға болады), күйіп кету, термиялық жарықшалардың түзілуі және т.б.

- Сақтау ақаулары. Металды тасымалдау немесе сақтау кезінде оның деформациялануы болуы мүмкін: майысу, қисаю. Металдың ұзақ жатуы кезінде ол ескіреді, нәтижесінде беріктік және созымдылық қасиеттерін жоғалтады.

Ақауларды анықтайтын аспаптар. Дефектоскоп деп аталатын аспаптардың түрлері көп. Дефектоскоптар үлгінің бетіндегі ақауларды ғана емес, материалдың ішіндегі біртекті емес құрылымын анықтай алады. Ол ақаулы бұйымды табу кезінде бұл аспаптың ыңғайлы екенін білдіреді. Дефектоскоптың көп кездесетін түрлеріне ИТИ-2 - индуктивті дефектоскоп, MFD800C - ультрадыбысты дефектоскоп және МВН-3М – айналмалы токты дефектоскопты жатқызуға болады.

3 Тетік пен дайындаманы термиялық өңдеудің маршрутты технологиясы

Термиялық өңдеу – қатты күйде орналасқан металл қорытпаларды, олардың құрылымын өзгерту мен беріктік, қаттылық, тозуға төзімділік, өнімділік, сонымен қатар кернеулік жағдайының өзгеруі сияқты қажетті қасиеттерді алу мақсатымен қыздыру, ұстау, салқындату операцияларының жиынтығын айтамыз [7].

Термиялық өңдеу нәтижесінде пайда болатын құрылымдық өзгерулердің тереңдігі және әр түрлілігі бойынша онымен металдарға әсер етудің не механикалық, не басқа да түрлері саластыруы мүмкін емес. Құрылғысы неғұрлым жауапты болса, соғұрлым онда жылумен өңделетін бөлшектер көп.

Термиялық өңдеудің негізгі түрлері жасыту, қалыптастыру, шынықтыру, ЖЖТ шынықтыру (ТВЧ) және жұмсарту.

Әдетте соғылмаларға алдын ала термиялық өңдеудің кең тараған операциясы – жасыту немесе қалыптастыру қолданылады.

Қалыптастыру кезінде білік тетікбөлшегінің сыртқы қабатында композициялыққа ұқсас құрылым пайда болады. Бұл біліктің қасиетін жақсартады. Білікке көп күш түспейтіндіктен жасытуды қолдану қажетсіз. Оның ортасында жарықшалар пайда болса да, ол біліктің жұмыстық қасиеттерін төмендетпейді.

Қалыптастыру – жұқа тілімшелі перлитті құрылымды алу үшін ауада тізбектелген салқындатумен бірге эвтектоидқа дейінгі болат үшін А_с3 нүкте-сіндегі температурасынан жоғары 40-50 °С температурасына дейін қыздыруда қорытындылатын термиялық процесін айтамыз.

Көміртегі аз болаттарды қалыптастыру кезінде түйіршіктер ұсақталады. Жұмсартуға қарағанда тез салқындау нәтижесінде және осы кездегі пайда болатын үлкен салқындау әсерінен перлит дисперсті болып табылады, ал оның мөлшері үлкен, өйткені феррит пен цементиттің ақырындап бөлінуі басылып, квазиэвтектоид пайда болады. Бұл кезде механикалық қасиеттері ақырын суытуға қарағанда, біршама жоғары болып келеді (жұмсарту кезінде).

Жұмсартумен салыстырғанда қалыптастыру үнемді операция болып табылады, өйткені пешпен бірге салқындатуды талап етпейді. Аз көміртекті болаттар үшін қалыптастыру жұмсарту орнына көп қолданылады.

Қатты қыздыру кезінде барлық материалдар өзінің физикалық сипаттамаларын өзгертеді. Кейбір жағдайда қыздыруды бір мақсатпен жүргізеді. Өйткені, бұл кезде кейбір қаттылық сияқты пайдалану сапасы жақсарады. Көптеген жылдар бойы термиялық өңдеу болаттардың беткейінің қаттылығын жоғарылату үшін қолданылады. Шынықтыруды металдың ерекшеліктеріне қарай орындау қажет, өйткені, беткейдің қаттылығын жоғарылату технологиясы материалдың құрамына сәйкес таңдалады. Кей жағдайда шынықтыруды үй жағдайында өткізуге болады, бірақ болаттың қиын өңделетін материал екенін ескерген жөн және оған созымдылық беру үшін белгілі жабдықтың көмегімен жоғары температураларға дейін қатты қыздыру жүргізеді. 40Х болатының созымлығын жоғарылату мақсатында шынықтыру мен жұмсарту жүгізуді қарстырамыз.

3.1- сурет. 40Х болатының шыбықтары

Жоғарыда айтылғандай болаттарды шынықтыру және жұмсартуды дұрыс жүргізу үшін оның құрамы мен басқада ерекшеліктеріне көңіл бөлу қажет. Термиялық өңдеу режимін дұрыс таңдау үшін келесі ақпараттарды есте сақтау керек:

1. Қарастырылатын болат конструкциялық легірленген топқа жатады. Легірленген топ пайдалану сапасы, оның ішінде қаттылықтың өзгеруін анықтайтын қоспалардың үлкен мөлшерімен сипатталады.

2. Өндірісте білік, ось, шток, бұранда, төлке, тісті дөңгелек және т.б. жасау кезінде қолданылады.

3. Термиялық өңдеу жүргізілгенге дейінгі қаттылығы 101-217 НВ болуы тиіс.

4. Критикалық нүктелер температурасы 40Х маркалы болат термиялық өңдеуден өз сапасын жоғарта бастаған уақытпен анықталады: Аc₁= 743 ^оС, Ac₃(Ac_m) = 815 ^оС, Ar₃(Arc_m) = 730 ^оС, Ar₁ = 693 ^оС.

5. Жұмсарту температурасы 200 °С қаттылығы 152 HB.

40Х маркалы болатты және басқада қорытпаларды жоғары температурамен өңдеу процесі шынықтыру деп аталады. Қыздыру бірнеше сынаулармен бекітілген белгілі температураға дейін орындалады. Ұстау уақыты, одан кейін жүргізілетін суыну, сондай-ақ көптеген басқада моменттер туралы арнайы кестеден алуға болады. Қыздыруды үйде жүргізу өте қиын, өйткені температура 800 ^оС дейін жеткізілуі тиіс.

40Х болатының белгілі уақыт бойы қатты қыздырып, ұстап және бірден суда сыту нәтижесі қаттылықтың жоғарылауы және созымдылықтың азаюы. Көбінесе нәтижесі келесілерден тәуелді:

1. 40Х болатының қыздыру жылдамдығы;

2. Ұстау уақыты;

3. Суыту жылдамдығы.

Шынықтыру температурасына дейін қыздырылған болатты салқындату жылдамдығы шынықтыру нәтижесіне әсер етеді. Тиімді шынықтыру ортасы ретінде тетікті аустениттің минималды орнықтылығындағы, оның феррит – цементитті қоспаға айналуын ескерту үшін температура интервалында (550-650 °С), және ақырындап мартенситті айналымның температура интервалын-дағы (200-300 °С төмен) орта болып табылады, соңғысы біруақытта барлық тетіктердің салқындату аймағында мартенсит пайда болуын қамтамасыз етеді және сонымен бірге сызаттардың пайда болу қаупін төмендетеді.

Бұл жағдайда бастапқы құрылымы перлит + ферлит болған болат қыздырған кезде аустенитті құрылымға ие болады, ал ол кейіннен –аумалыдан жоғары жылдамдықпен суынған мартенситке айналады.

Қыздыру ұзақтығы бұйымның қима бойынша қызуын және күйтүрлік түрленулердің аяқталуын қамтамасыз етеуі керек, бірақ болаттың беткі қабатының көміртексізденуін және түйір шектерінің өсуін болдырмау үшін өте үлкен болмауы керек.

Металдарды ЖЖТ қыздыруды 1923 ж. В.П. Вологдин алғаш рет ұсынды. Болаттарды ЖЖТ шынықтыру 1935 жылдан басталды. ЖЖТ қыздырумен термиялық өңдеудің теориялық негізі келесі жылдары И.Н. Кидинмен, Н.В.Гевелингпен, М.Г.Лозинскиймен жалғастырылды. Ток жиілігі жоғары болған сайын, соншалықты шынықтыру қабаты жұқа болып алынады. Практика жүзінде 500-15000 Гц жиілігімен машиналық генератор және 106 Гц жоғары жиілігімен лампалы генератор (мұндай жиілікпен шынықтыру тереңдігі 2 мм дейін алынады) қолданылады. Индукторларды қызып кетуді болдырмайтын су үздіксіз қозғалатын мыс трубкасынан жасалады. Индуктордың пішіні бұйымның сыртқы пішініне сәйкес, бұл жағдайда индуктор мен бұйым беткейінің арасындағы арақашықтықты тұрақты сақтау қажет. Әр қондырғыда индукторлардың кешені бар. ЖЖТ тетікбөлшекті қыздыру 3-5 с өтеді. Индукторда қыздырғаннан кейін тетікбөлшекті арнайы суытқыш – тесіктері арқылы қыздырылған беткейге шынықтыру сұйықтығын шашып тұратын спрейерге тез ауыстырылады (кейбір кезде қыздырылған тетікбөлшекті шынықтыру багына салады). Қыздырудың жоғары жылдамдығы фазалық айналуды ең жоғары температура аймағына ығыстырады. Мұнан басқа аз ұстау салдарынан көміртегінің диффузиясы өтіп үлгермейді және түзілген аустенитте оның жайылуының біртекті еместігі байқалады. Диффузиялық процестерді жеделдету үшін қыздыру температурасын жоғарылатады. Сондықтан, ЖЖТ қыздыру кезіндегі шынықтыру температурасы бір немесе басқа болат үшін кәдімгі қыздырумен салыстырғанда жоғары болуы тиіс (3.2-сурет).

3.2 – сурет. Бұйымды ЖЖТ процесі

Дұрыс режим кезінде аз морттылығымен және жоғары беріктігімен ұсақ инелі немесе құрылымсыз мартенсит алынады. Қаттылығы кәдімгі шынықтырумен салыстырғанда 2-3 үлеске, сонымен қатар тозуға тұрақтылығы мен шыдау шегі 1,5-2 есе жоғарылайды. ЖЖТ қыздыру кезінде бұйымның өзегі А_с1 төмен қыздырылғандықтан, оның қасиеттерін жақсарту үшін шынықтыру алдында қалыптастыруға түсіреді. Бұл әдісті ең дұрысы 0,40% жоғары көміртегі бар көміртекті болаттар үшін қолданған тиімді. Ал, ЖЖТ қыздыруды легірленген болаттар үшін аз қолданады, өйткені олардың артықшылықтарының бірі – олардың қызу тереңдігі терең болғандықтан, бұл әдіс қолданылмайды.

ЖЖТ әдісінің артықшылығы – жоғары өнімділік, тетікбөлшек беткейінде қызқылдану мен көміртексізденудің болмауы, термиялық өңдеу режимін басқару мен реттеу мүмкіншіліктері, сонымен қатар барлық процестің толық автоматтандырылуы. Шынықтыру агрегатын механикалық цехтың ағынды линиясына орнықтыруға болады. Сондықтан, ЖЖТ шынықтыру жаппай өндіріс тетікбөлшектері үшін (білікшелер, тегергіштер, саусақшалар және т.б.) көп қолданылады. Тісті дөңгелек тістері өтпелі қыздырылады, бірақ тек беткі қабаты 1-2 мм қалыңдықпен шынықтырылады.

ЖЖТ қыздыру тетікбөлшектің жеке немесе бөлек аймақтарында шынықтыру жүргізуге мүмкіндік береді: календі білік мойны, таралу білігінің жұдырықшалары, рельс бастары және т.б. кемшілігі индукциялық қондырғы мен индукторлардың (әр тетікбөлшек үшін жеке индуктор) жоғары құндылығы, сондықтан бұл әдісті жай пішінімен бір типті тетікбөлшектерді жаппай өндіру кезінде қолдану тиімді болып табылады.

Жұмсарту – А_с1 температурасынан төмен температураға дейінгі полиморфты түрленулі шынығуға, ұстауға және бірқалыпсыз құрылымды біршама бірқалыптыға түрлендіру мақсатымен салқындатуға түсетін болатты қыздыруда қорытындыланатын термиялық өңдеу процесін айтамыз.

Жұмсарту термиялық өңдеудің соңғы операциясы болып табылады және иілімділіктің жоғарылауы, ішкі кернеулердің толық немесе біршама төмендеуі, шыныққан болаттың морттылығын төмендету, және өлшемдері мен құрылымын тұрақтандыру үшін жүргізіледі.

Берілген жағдайда төменгі жұмсарту жүргіземіз (200 °С). Төменгі жұмсарту болаттың шыныққан макро кернеу төмендейді, шынықтыру мартенситі жұмсарту мартенситіне өтеді, беріктік өседі және қаттылықты айтарлықтау төмендетпей тұтқырлық аз мөлшерде жақсарады. Төменгі жұмсартудан кейін болаттың қаттылығы 58-63 НRC болады [7].

Тиімді тасымалдау қасиеттеріне жету, әсіресе төзімділікке қарсы кедергінің жоғары болуы үшін келесі технологиялық операцияларды жүргізу қажет:

- Соғу тоқпақтарында құрал-білікпен тартажоңғыштау;

- 860 °С температура кезінде соғылмаға қалыптастыру жүргізу;

- 860 ^оС кезінде ЖЖТ шынықтыру;

- 200 ^оС кезінде төменгі жұмсарту.