Дәріс Шойынды пісіру технологиясы. Пісіру икемділігі туралы негізгі мағлұматтар мен технологиялық ұсыныстар.
Қазіргі машинажасауда, білдек құрылысында, металлургия өндірісінде т.с.с. осы уақытқа дейін шойын негізгі құрылғылық материалдардың бірі болып табылады. Шойын бұйымдарын дайындаудын қарапайым және арзан технологиясы, шойынның жақсы құйылу касиеттері, оның жоғары тозуға шыдамдылығы, кернеу шоғырлануына аздау сезімталдығы, дірілді басу қабілеттілігі, жақсы өңделуі т.с.с. оны халық шаруашылығында кеңінен пайдалануға мүмкіншілік жасады. Сонымен қатар шойынның кемшілік қасиеттері де бар – ол сұр шойынның төменберіктігі және металдық матрицада құрылымдық бос графит болуынан, іс жүзінде илемділіктің толық жоқтығы. Графиттік қосындылардың зиянды әсері шойынды өзгертумен азаяды. Көпшілік жағдайда болаттан жасалған бұйымдарды өзгертілген шойыннан жасалған бұйымдармен ауыстырады. Шойынға құрамында көміртегі 2% -да жоғары теміркөміртекті қорытпалар жатады.
Шойынның жіктелуі графит қосындысының түрі мен пішініне негізілделген. Осы белгілерімен шойын төрт топқа бөлінеді:
1) Сұр шойын (тілімшелі графит);
2) Жоғарыберік немесе магнийлі шойын (графиті шар тәріздес);
3) Соққылы шойын (графитті жапырақ пішінді);
4) Ақ шойын (графит қосындысысыз).
Жоғарыда аталған барлық шойындардың пісіруге икемділігі нашар. Сұр шойыннан жасалған бұйымдарды жөндегенде және жаңартқанда пісіру кеңірек қолданылады. Бұл , сұр шойынның кең таралуымен және оны пісіру, оның ішінде негізгі металдың қасиетіне жақын жік металын алуды қамтамасыз ететін, тәсілдердің барлығымен түсіндіріледі. Соққылы және магнийлі шойындар көпшілігінде болат электродтармен (ЦЧ-4 темір-никельді электродтармен) немесе доғалы пісірумен қорғаушы газда жіңішке электрод сымымен пісіріледі. Дегенмен негізгі металдың касиетттері мен құрылымына жақын жік металын алу мәселесі әзірше шешілмеген. Шойынды пісіргендегі негізгі қиындық, оның қалыптасуына бейімділігін көбейтетін жік металында ледебурит пен мартенсит қалыптасуына жоғары бейімділігімен байланысты.
Құрамы шойынан бөлек балқытылған металл беретін электродтарды пайдаланғанда, сызат пайда болу қаупін азайту үшін, қысқа учаскелермен пісіру, соғу және басқа шаралар ұсынылады. Шойын электродтарымен пісіргенде, әдетте, шынығу құрылымдарының пайда болуына оның үлкен бейімділігі және жіктің төмен илемділігімен байланысты, қосымша қиындықтар пайда болады. Бұдан да басқа, пісіру жіктерінде сызат пайда болу бейімділігіне, шойынның сызықты шөгу шамасы елеулі әсер етеді. Жоғары жылдамдықпен салқындату жағдайында сызықты шөгудің сипаты мен шамасы, көпшілігінде металдың химиялық құрамына байланысты. Бірдей жағдайда пісіргенде, сызат пайда болуың төмендеу бейімділігі, құрамында көміртегі жоғары балқытылған металда болады. Міне осындай шойындарда сызықты шөгіс өтуінің шамасы мен қарқындылығы төменірек. Барлық шойындар бірдей пісіріле бермейді. Құрылымы ірі, феррит дәні үлкен және ірі графит қосындыларымен, сондай-ақ фосфидті эвтектикаларының саны көп шойындар, өте нашар пісіріледі. Никель, титан, молибден және басқа элементтермен легірлеу, шойынның пісіру икемділігін жақсартады. Көп уақыт су буы немесе жоғары температура әсерінде болған шойыннан жасалған бұйымдар өте нашар пісіріледі. Оларды жөндеу үшін, арнайы шаралар қолдануға тура келеді.
Барлығынан да жақсы пісірілетіні – құрамында күкірт пен фосфор көлемі төмен, майда графит қосындылармен тотықпаған, сұр шойындар. Қолданылатын пісіру материалдарына байланысты пісіру тәсілдері төмендегідей бөлінеді:
1) Балқытылған металда шойын алуды қамтамасыз ететін, пісіру тәсілдері;
2) Балқытылған металда болат немесе түсті металдардың (мыс, никель т.б.) жоғары құрамымен темір қорытпаларын алуды қамтамасыз ететін, пісіру тәсілдері.
Әрбір көрсетілген топтарға жататын пісіру тәсілдері басқа белгілерімен де жіктелуі мүмкін, мысалы: қолмен пісіру және механикаландырылған пісіру; алдын-ала жоғары қыздырумен (ыстықтай) пісіру; аздап қыздырумен (300-4000С –да асырмай) пісіру және алдын-ала қыздырмай (салқындай) пісіру.
Балқытылған металда шойын алуды қамтамасыз ететін пісіру тәсілдері. Шойынды пісірудің бұл тәсілдерінде балқытылған металдың берілген құрамын қамтамасыз етіп қана қоймай, жік металында шынықтыру құрылымдары қалыптасуы мен сызат пайда болуының алдын алу үшін, белгілі салқындату жылдамдығын сақтау қажет. Сондықтан шойын электродтары мен пісіруді көпшілік жағдайда, бұйымды алдын-ала қыздырумен жүргізеді. Балқытылған металда шойын алуды қамтамасыз ететін, пісірудің кеңірек тараған тәсілдерінің бірі ыстықтай пісіру болып табылады.
Бұл шойынды пісірудің ең көне тәсілі, оның негізгі қағидаларын Н.Г.Славянов жасаған.
Шойынды ыстықтай пісіру. Бұйым 600-7000С температурасына дейін қыздырылады. Доғалы немесе газбен пісіруді шойын электродтармен орындайды. Пісіріп болғаннан кейін, бұйымды 50-1000С/сағ. аспайтын жылдамдықпен жайлап салқындатады.
Ыстықтай пісірудің дамуы, шойын электродтарының тиімді құрамын жасау, пісіру техникасы мен қыздыруды жетілдіру бағытында жүрді. Ыстықтай доғалы пісірудің қазіргі кезеңдегі дамуының ерекше белгісі, диаметрі үлкен электродтарды (12-14 мм) және жоғарырақ пісіру тоғын (1200-1300 А) пайдалану болып табылады. Балқымалардан газдар мен металл емес қосындыларды кетіруге жақсы жағдайды қамтамасыз ететін, пісіруді үлкен сұйық ваннада жүргізеді. Ыстық доғалы пісіруді көпшілігінде, өңделмеген немесе толық өңделмеген құймаларда үлкен мөлшерлі ақауларды жөндеп кетіргенде (ауданы 100 см2-тан жоғары) қолданады. Газды пісіру өнімділігі жағынан доғалыдан төмендеу, дегенмен кейбір жағдайларда, әсіресе салыстырмалы түрде үлкен емес (100 см2-қа дейін) ақауларды жөндегенде, оны қолдану тиімдірек болады. Газды пісіру, әдетте жұқа қабырғалы күрделі құймалардың ақауларын жөндегенде пайдаланылады, мысалы: автомобиль цилиндрі бірікпесі қабырғасының ақауларын.
Шетелдік тәжірибеде, газды пісіру жиірек қолданылады.
Алдын ала қыздырумен, әсіресе жоғары температурамен, пісірудің негізгі кемшіліктері- үлкен еңбексыйымдылығы мен пісірушілердің ауыр жұмыс жағдайы болып саналады. Дегенмен, металдың жоғары сапасы, ыстықтай пісіруді кейбір жағдайларда, ақауларды жөндеуде мүмкін болатын жалғыз тәсіл есебінде қарастырылады. Сондықтан бұл үрдісті механикаландыру мәселесінің зор мәні бар.
Шойын қосындымен төмен температуралы пісіру-дәнекерлеу. Бұл үрдіс салыстырмалы түрде жақында пайда болды, бірақ тез таралды. Мұнда, тек қана қосынды сым мен флюс балқытылады, ал негізгі металл балқуға дейін жеткізбей қыздырылады. Пісіруге дайындалған бет газ жанарғысының жалынымен 800-8500С температурасына дейін қыздырылады, мұнда температура индикаторы есебінде флюс болады.
Балқытылған металда шойын алуды қамтамасыз ететін пісірудің басқа да тәсілдері белгілі, мысалы: түйіршіктелген шихта қабатымен, шойын электродымен пісіру тәсілі; графиттелген жабынды электродтармен пісіру және т.б. Дегенмен бұл тәсілдер пісіру сапасының тұрақсыздығы мен техникасының күрделілігінен кең таралым таппады.
Электр қожды пісіру. Тәсіл, балқытылған металдың салқындату температурасы, доғалы пісіруге қарағанда, елеулі аз ережелерді пайдаланумен сипатталады.
Аталған жағдай, шойынды пісіру үшін, бұл тәсілді ойдағыдай пайдалануға мүмкіншілік береді. Мұнда, бұйымдарды алдын ала қыздырмай, пісіру жалғастарын жақсы өңделімділігімен және жоғары механикалық қасиеттерімен қамтамасыз етуге болады. Электрод есебінде тілімше мен мөлшері әртүрлі, құрамы негізгі металға жақын немесе онымен салыстырғанда графитизатор элементтері жоғарырақ, сырықтар қолданылады. Пісіруді, сондай-ақ балқымайтын электродтармен орындауға болады, бұнда қосынды есебінде шойын шыбықтар, жоңқа т.б. пайдаланады.
Электр қожды пісіруде кешенді тәсіл қолданылуы мүмкін: үрдісті графит электродымен бастап, содан кейін шойын шыбықтар немесе тілімшемен пісіруді бөлшекті толық пісіргенге дейін жалғастырады.
Электр қожды пісірудің бірқатар артықшылығына қарамай, шойын бөлшектерді жөндеу және қалпына келтіру үшін, өнеркәсіпте кең қолданыс таппады. Бұл, дайындама жұмыстарының елеулі еңбексыйымдылығымен, үлкен қуатты нәрлендіру көздерін пайдаланумен және электр энергиясының үлкен шығынымен түсіндіріледі. Болашақта бұл тәсілді жетілдіру, оны пайдалану аумағын кеңейтеді.
Шойынды пісіруде балқыған металда шойын беретін тәсілдердің барлығының ішінде көбірек әмбебаптау және пісіру жұмыстарының жоғары сапасын қамтамасыз ететіні, ұнтақты сыммен ыстықтай механикаландырылған пісіру болып табылады.
Бөлшектерді алдын-ала 300-3500С температурасына дейін қыздырып, ұнтақты сыммен механикаландырылған пісіру кеңірек қолданыс тапты.
Майда ақауларды пісіру үшін, шойын қиындыларымен пісіру – дәнекерлеудің болашағы зор тәсіл болып саналады.
Балқытылған металда болат немесе түсті металдардың жоғары құрамымен темір қорытпаларын алуды қамтамасыз ететін пісіру тәсілдері. Шойын бұйымдарын пісіру алдында алдын-ала қыздыруды қажет етпейтін немесе елеулі қысқартуды қамтамасыз ететін электрод құрамдарын іздестіру жұмыстары бірқатар жылдар бойы жүргізілуде.
Кез келген пісіруге тән салқындату жылдамдығында, шынықтыру жасалмай-ақ, өте илемді балқытылған металл алуға тырысады.
Бұған бір жағынан, уақытша қарсыласу шамасы төмен электрод металын таңдаумен, екіншіден, жік металында негізгі металдың үлесін азайтумен жетеді. Балқытылған металда көміртегі құрамын төмендету, жіктердің шынықтыруға бейімділігін азайту жағынан қарағанда, мәні ерекше. Негізгі металдың балқуын болдырмау өте қиын болғандықтан, электрод металы есебінде көміртегін ерітпейтін (мыс негізіндегі электродтар), оны карбид қалыптастырмай ерітетін (никель негізіндегі электродтар) немесе көміртегін қатты металда қиын еритін қарбидке байлайтын, металдар немесе қорытпаларды жиірек пайдаланады.
Жік металында негізгі металдың үлесін азайту және пісіру қалдық кернеуінің шамасын төмендету үшін, пісіру үрдісін өте төмен ережеде (электрод диаметрі 3 мм-де ток күші 90-120 А), қысқа жіктермен (40-50 мм), әрбір жікті жасағаннан кейін, бөлшекті 60-700С температурасына дейін салқындатумен жүргізеді. Көпшілігінде, жіктерді доға үзілісімен соққылайды. Мұндай пісіру техникасы үрдістің төмен өнімділігін қарастырады.
Балқытылған металда болат немесе түсті металдармен темір қорытпасын алуды қамтамасыз ететін электрод таңбалары өте көп.
Арнайы қаптамасыз болат электродтары. Бұлар әдеттегі төменкөміртекті болаттарды пісіруге арналған УОНИ-13/45, ОММ-5 т.б. электродтары. Осы аталған электродтармен пісіруді кейінгі механикалық өңдеу қажет болмаған жағдайда, пісіру жалғасының беріктігін шектемегенде орындайды.
Егер, жауапты бұйымдарды жоғары механикалық беріктігімен жалғас алу мақсатында, жөндеу үшін, болат бұрандалармен қосымша бекітуді қолданады. Арнайы қаптамасыз болат электродтарымен шойынды пісіргенде, пісіру техникасын ерекше ұқыпты сақтау қажет. Болат электродтарымен пісіру процесінің еңбексыйымдылығы көп, өнімділігі төмен және пісірушінің жоғары дәрежесін қажет етеді. Төменкөміртекті болаттармен пісіру тәсілінің мүмкіншіліктері жіктерді күйдіруді пайдаланған жағдайда, елеулі кеңейеді.
Қаптамасында карбид құраушы элементтері бар болат электродтары. Бұл топқа тән құрамында титан мен ванадий бар ЦЧ-4 және СЧС-Т3 электродтары. Жікке негізгі металдан түскен көміртегі титан немесе ванадиймен, металда қиын еритін майда ұнтақты карбидтерге байланады, сондықтан ол кейінгі фазалық өзгерістерге қатыспайды. Егерде, карбид құраушы элементтер көміртегіне қарағанда көбірек болса, онда жік құрылымы, майда ұнтақты карбид қосындыларымен ферритті болады. Бұл жағдайда, іс жүзінде балқыма шекарасында жоғары қатаңдық аумағын болдырмау өте қиын болғанымен, балқыманың өңделімділігі толық қанағаттанарлық.
Көміртегін байлау үшін ванадийді пайдалану дұрысырақ, өйткені титан оттегі және азотпен тез қосылады және жік металл емес қосындылармен өте көп ластанады. Сондықтан, қаптамасында феррованнадийі бар ЦЧ-4 электроды кең таралым тапты. Олар негізінде, жоғары беріктікті шойынды пісіру үшін, сондай-ақ, ауданы 100 см2 аспайтын сұр шойыннан жасалған құймадағы ақауларды жөндеу үшін, қолданылады. ЦЧ-4 электродтарымен пісіруді жікте ванадийді көміртегіне қарағанда артығырақ болатындай етіп орындау қажет. Кері жағдайда, құрылымында ванадийлі перлит болғанымен де, жік металының қаттылығы мартенсит қаттылығынан асады. Бұл өзінің өңделімділігін төмендету мен сызат пайда болуына алып келеді.
Никель негізіндегі электродтар. Бұндай электродтар өте көп таралған, кейбір жағдайларда оларға тең келері жоқ. Никель темірде шектеулі ериді, ал никельді аустенит карбид қалыптастырмай, көп көміртегін құрауы мүмкін және оның жоғары илемділігі мен төмен қатаңдығы болады. Негізгі металдың қасиеттеріне жақын темір-никель электродтарымен пісіргенде, механикалық қасиеттері тек қана 3000С-дан астам температурасымен алдын ала қыздырғанда ғана, қамтамасыз етіледі. Аздау қыздырғанда жіктің механикалық қасиеттері негізгі металдан нашарлау. Шет елдерде құрамында 90% жоғары Nі бар никель электродтары кеңінен қолданылады. Никель негізіндегі электродтардың елеулі кемшілігі, олардың құнының жоғарылығы болып табылады.
Мыс негізіндегі электродтар. Мыс никель сияқты көміртегімен химиялық байланыс жасамайды. Ол іс жүзінде темірде ерімейді. Сондықтан шойынды мыс электродтарымен пісіргенде, жік біртекті болмайды. Мыс негізінде, көпшілігінде мартенситті құрылымы бар, жоғарыкөміртекті темір фазасының қосындылары орналасқан. Бұдан да басқа, ледебурит қалыптасуы салдарынан, балқыма шекарасында қаттылығы жоғарырақ аумақ жасалынады. Сондықтан пісіру жалғастарының өңделімділігі қиындау. Басқа кемшіліктеріне, кеуек қалыптасуына жоғары бейімділігін, төмен өнімділігі және электрод құнының елеулі жоғарылығын жатқызуға болады. Құрылымдары әртүрлі мыс-болат электродтары, негізінде құймаларды немесе сызаттары бар, сирек бөлшектерді жөндеу үшін, кеңінен қолданыс тапты. Төменкөміртектінің орнына легірленген болаттарды пайдаланатын мыс-болат электродтары белгілі. Соның мысалы есебінде: ОХІ8Н9 болат сымынан және мыс қабыршағынан жасалған аустенитті-мыс электродтары. Бұл электродтармен балқытылған металда сызаттар мен кеуек пайда болу бейімділігі аздау, жақсы өңделімділігі бар.
Жоғарыда аталғандарға сәйкес, қазіргі кезде көп электродтар бар, әрбір нақты жағдайда оларды дұрыс қолданғанда, іс жүзінде көптеген мәселелерді шешуге мүмкіншілік бар.
Механикаландырылған пісіру. Шойынды механикаландырып пісіру мен балқытып қаптастырудың тәсілдеріне, көмірқышқыл газында жіңішке болат сымымен доғалы пісіру, керамикалық флюс астында беріктігі жоғары шойынды автоматты пісіру т.б. жатады. Көмірқышқыл газында доғалы пісіру кеңінен қолданылады, өйткені ол негізгі металдың аздау балқуына мүмкіншілік жасайды. Пісіру жалғастарының қасиеті, жік металының құрамы мен құрылымы, пісіру ережесі мен техникасына, электрод сымының құрамына, бұйым мөлшеріне т.б. байланысты. Пісірудің әртүрлі ережелері мен әдістерін пайдаланып, балқытылған металдың мартенситтіден перлит-ферриттіге дейінгі қажетті құрылымын алуға болады. Диаметрі Æ1 мм 09Г2СА сымымен мына ережеде: ток күші 100-120 А-ден аспайтын, доға кернеуі 18-21 В, пісіру жылдамдығы 12 м/сағ. дейін, пісіру жақсы нәтижені қамтамасыз етеді. Бұл тәсіл, сұр шойыннан жасалған құбырларды жалғастыруға, механикалық өңдеуді қажет етпейтін автомобиль және трактор бөлшектерін жөндегенде, жоғары берік шойындарды және шойында болатпен пісіргенде қолданылады.
Әдебиеттер: 1 негізгі [499-513], 2 негізгі [321-335].
Бақылау сұрақтары
1. Қандай қорытпалар шойындарға жатады?
2. Шойынның түрлерін атаңыз.
3. Шойынды пісіру тәсілдері қандай?
4. Шойынды мыс электродтарымен пісіру.
5. Шойынды никель негізіндегі электродтармен пісіру.