Жұмысты орындау тәртібі. 1. Үлгінің беткі қабатын дайындау.
1. Үлгінің беткі қабатын дайындау.
2. Бринелл пресінің, Роквелл аспабының, ПМТ-3 аспабының, маятникті тоқпақтың жұмыс принципімен танысу.
3. Келтірілген аспаптармен материалдардың қаттылығын өлшеу жұмыстарын жүргізу.
4. Болатты үлгі қаттылығының оның көміртегі мөлшеріне байланысты сызбасын салу.
5. Соққы тұтқырлығына сынаулар жүргізу.
Есепті құрастыру
Орындалған жұмыстар туралы есеп мазмұны:
1. Тапсырма.
2. Жұмыстың мақсаты.
3. Бринелл және Роквелл типті, ПМТ-3 микроқаттылығын өлшейтін және маятникті тоқпақ типті аспаптары туралы қысқаша жазбаша.
4. Қаттылыққа сынаумен алынған мәндермен төмендегі кестені толтыру
| Үлгі материалы | Сынау шарты | Ойық диаметрі | қаттылық | HRB | HRC | Микроқат-тылық | ||||||
| орт | орт | |||||||||||
5. Соққыға тұтқырлыққа сынаумен алынған мәндермен төмендегі кестені толтыру
Бақылау сұрақтары
1. Қаттылық деген не?
2. Қаттылыққа өлшеу әдісінің басқа механикалық сынау әдістеріне қарағандағы артықшылығы неде?
3. Бринелл бойынша қаттылықты өлшеу тәртібін сипаттап беріңіз.
4. Роквелл бойынша қаттылықты өлшеу тәртібін сипаттап беріңіз.
5. ПТМ-3 аспабы бойынша қаттылықты өлшеу тәртібін сипаттап беріңіз.
6. Роквелл аспабында сынауда алдын ала жүктемені ендіруді неге орындайды?
7. НВ 4500 қаттылығы бар материалдардың қаттылығын Бринелл аспабында өлшеуге болмайды?
8. Соққы тұтқырлығына сынау қай қасиет түріне жатады?
9. Маятник орындайтын жұмысты есепті формуласын жазып беріңіз.
10. Соққы тұтқырлығының өлшем бірлігі қандай?
Зертханалық жұмыс
КӨМІРТЕКТІ БОЛАТТАРДЫ МИКРОСПИЯЛЫҚ ТАЛДАУ
Жұмыстың мақсаты:студенттерді тепе–тең күйдегі көміртекті болаттарды микроталдауды өзінше жүргізуді тәжірибелік түрде үйрету.
Тапсырма
3.1.1Техникалық таза темірдің және көміртекті болаттардың (эвтектоидқа дейінгі, эвтектоидтық және эвтектоидтан кейінгі) микроқұрылымын МИМ-7 металлографиялық микроскоптың көмегімен қарастырумен зерттеу.
3.1.2 Әрбір құрылымдық құраушылардың толық сипаттамасымен микроқұрылымының суретін салу.
3.1.3 Темір-цементит күй диаграммасын өзгеріс температуралары мен әрбір сипаттамалық нүктелеріндегі көміртегі концентрациясын көрсетумен сызып алу. Диаграмманың әртүрлі аймағындағы фазалар мен құрылымдық құраушыларды көрсету.
3.1.4 Диаграммада таңдап алынған қорытпаның құрамын көрсету, фазалар және құрылымдар түзуде жүретін өзгерістерге талдау беру.
3.1.5 Бөлмелі температурада қорытпаның берілген құрамдағы фазалардың құрамы мен салмақтық санын анықтау. Микроқұрылым бойынша болаттың құрамындағы көміртегінің құрамын анықтау.
3.1.6 Жұмыс бойынша есеп құрастыру.
Аспаптар және материалдар
Жұмысты орындау үшін мыналар қажет: металлографиялық микроскоп, темір және тепе–тең күйдегі әртүрлі құрамды көміртекті болаттар микрошлифтерінің жинағы.
Теориялық негізі
Темір–көміртекті қорытпалар – болаттар және шойындар – негізгі металдық конструкциялық материалдар болып табылады. Құрамында 2,14% көміртегісі бар темірдің көміртегімен қорытпасы болаттар деп аталады. Егер құрамында көміртегі мөлшері 2,14% артық болса, мұндай қорытпалар шойындар деп аталады. Бөлмелі температураға дейін жәйлеп суытумен алынған өндірістік қорытпаның фазалық құрамы мен құрылымы темір-цементит күй диаграммасымен жақсы үйлесімді. Онымен бір жарым ғасырлар бойы (Д.К.Чернов,1868) өндірістік оптималдық режимін таңдауда және темір–көміртекті қорытпаларды термиялық өңдеуде кеңінен қолдануға болатындығын анықтады.
Болаттар мен шойындардың негізгі компоненттері темір және көміртегі. Темір – сұр түсті метал; темірдің балқу температурасы – 1539°С. Абсолютті таза темір белгісіз. Қазіргі кезде алынатын таза темір құрамындағы темір мөлшері 99,999% тең. Техникалық сорттарында Fe 99,8 – 99,9% бар; мұндай темірді «армко темір» деп атайды, оны электротехникада магнитті материал ретінде қолданады. Темірдің екі полиморфтық модификациясы бар: ККО торымен α – темір, ол 910°С төмен температурада және 1392°С жоғары аймақта болады және ҚКО торымен γ–темір 910 – 1392°С температуралық аралықта болады, ол парамагнитті. Темір 768°С (Кюри нүктесі) температураға дейін ферромагнитті.
Көміртегі – бейметалды элемент, көміртегінің балқу температурасы – 3500°С. Ол полиморфты және кәдімгі жағдайда графит түрінде болады. Графиттің гексагоналды торы бар, беріктігі төмен және электр өткізгіштігі салыстырмалы азырақ.
Көміртегі темірде сұйық және қатты ерітінділер түзе отырып ериді, сонымен қатар темірмен химиялық қосылыс – цементит (темір карбиді Fe3C) түзеді, құрамында 6,67%С бар.
Жоғары көміртекті қорытпаларда (шойындарда) көміртегі еркін күйдегі графит түрінде де бола алады. Қорытпада химиялық қосылыс таза элементтер сияқты болғандықтан, олар компоненттер де болады, тәжірибеде, құрамында
<5%С болатын қорытпаларды қолданатындықтан, тек темір-көміртегі системасы емес, Fe-Fe3C системасы түрінде қарастырамыз (10-сурет).
Қасиеттеріне және механикалық және жылулық әсерлері кезіндегі қорытпалар жүрісіне байланысты, темір-көміртегі системадағы негізгі фазалар және құрылымдық құраушылар мыналар: феррит Ф, аустенит А, цементит Ц және олардың эвтектикалық және эвтектоидтық өзгерістерінің өнімдері – ледебурит Л және перлит П.
Феррит (латынша ferrum - темір) – α – темірге көміртегі ендірілген қатты ерітінді. Олардың екі түрі бар: төменгі температуралы α–Ф, онда көміртегінің еру шегі 0,02% дейін және жоғары температуралы δ – Ф, көміртегінің еру шегі 0,1%. Ферриттің қаттылығы және беріктігі оның құрамындағы көміртегінің мөлшеріне байланысты жоғары емес, НВ ≈ 800 МПа, σВ = 250 МПа және пластикалылығы жоғары, үзу алдындағы оның салыстырмалы ұзаруы δ=50%, көлденең сығылуы ψ = 80%. Сондықтан, феррит түйіршіктерінен тұратын Fe техникалық таза темірдің құрылымы суықтай деформацияды жақсы қабылдайды, демек өте жақсы штампталады, прокатталады және суықтай күйінде созылады. 768°С температураға дейін феррит ферромагнетик болады, токты және жылуды жақсы өткізеді.
Аустенит (Аустен ағылшын ғалымының атымен аталған) – γ–темірге көміртегі ендірілген қатты ерітінді. Температураның өзгерісіне байланысты аустенитте көміртегі 2,14% дейін (1147°С температурада) еруі мүмкін. Аустенит пластикалы, оның қаттылығы НВ=1600 – 2000 МПа, δ = 40-50%. Аустенит парамагнитті.
Цементит – темір мен көміртегінің химиялық қосылысы – темір карбиді Fe3C, құрамындағы көміртегі мөлшері 6,67% – ға тең. Цементиттің балқу температурасы оның ыдырауына байланысты әлі күнге дейін дәл анықталмаған, сондықтан оны шамамен 1550°С тең деп алады. Белгілі бір жағдайда цементит феррит пен графитке ыдырауы мүмкін. Цементит 210°С температураға дейін әлсіз магниттелген, ал одан жоғары температурада тіпті магниттелгендігі жойылады. Цементит Fe – C қорытпасында өте қатты және морт фаза болып табылады. Оның қаттылығы НВ = 8000 МПа, ал пластикалылығы іс жүзінде нөлге тең, сондықтан ол серпімді деформацияға аз ұшырайды.
Цементит бірінші реттік цементит ЦI, ол системаның сұйық фазасынан үздіксіз кристалданады; екінші реттік цементит ЦII – аустениттің ыдырауынан пайда болған өнім; үшінші реттік цементит ЦIII – ферриттің ыдырап шыққан өнім.
10 – сурет. Fe-Fe3C күй диаграммасы
Ледебуриттің (неміс ғалымы Ледебур атымен аталған) аустенит пен цементиттен тұратын эвтектикалық құрылымы (колониялы типті) бар. Олар бір уақытта 1147°С тұрақты температурада сұйық фазадан кристалданады. Ледебурит құрамында 4,3% көміртегі бар. Ледебурит – қатты және морт шойынның құрылымдық құраушысы. Кәдімгі температурада оның қаттылығы НВ = 6500 МПа.
Перлит (франц. тілінде рerle –маржан, шлифтің маржан түсін береді) – ол 727°С тұрақты температурада, аустениттен ыдырау нәтижесінен феррит пен цементиттің пластиналы түйіршіктерін түзетін эвтектоидтық құрылым. Перлиттің механикалық қасиеттері цементитті фазалардың бөлшектерінің пішіні мен өлшемімен анықталады; қоспа ұсақ болған сайын қасиеті жақсы болып табылады. Пластиналы перлиттің қаттылығы НВ = 1800-2200 МПа, δ = 20%.
Көміртегі мөлшеріне байланысты тепе – теңдік құрылымы бойынша көміртекті болаттар келесі топқа бөлінеді:
- техникалық таза темір (С < 0,02%);
- эвтектоидқа дейінгі болаттар (0,02 < С < 0,83%);
- эвтектоидтық болаттар (С = 0,83%);
- эвтектоидтан кейінгі болаттар (0,83 < С ≤ 2,14%).
Техникалық таза темірдің құрылымында 727°С температурадан төмен температурада қорытпаны суыту кезінде феррит пен үшінші реттік цементит бөлініп шығады. Ферриттің түйіршікті (полиэралық) құрылысы бар (11, а – сурет). Үшінші реттік цементит феррит түйіршіктерінің шекаралар бойымен орналасады, ол болаттың пластикалылығы мен тұтқырлығын төмендетеді.
Эвтектодқа дейінгі болаттар құрылымы феррит пен перлиттен тұрады (11,б,в,г,д,е–сурет). Көміртегі мөлшері артқан сайын перлит саны пропорциональды өседі және соған сәйкес артық ферриттің саны кемиді. Перлит екі фазалы құрылымнан тұратындықтан, ферритке қарағанда микрошлиф химиялық реактивтің әсеріне жылдам ұшырайды. Сондықтан микроскоптан қарағанда перлит қара түсті біртексіз құрылысты қосылыстардан тұрады.
Тепе–тең (қыздырылып өңделген) күйдегі эвтектоидқа дейінгі болаттардың микроқұрылымы бойынша көміртегінің құрамын анықтауға болады. Мұндай болаттың құрылымы феррит пен перлиттен тұрады. Ферритте көміртегі мөлшері өте аз болғандықтан (0,006%) ол есептелмейді де, көміртегі толығымен перлит құрамында болады. Перлит құрамында көміртегі мөлшері 0,83% екенін біз білеміз; феррит пен перлиттің тығыздығы бір – біріне жақын. Сондықтан болаттың құрамындағы көміртегі мөлшерін шлифтің көрінетін аймағындағы перлиттің алып жатқан салыстырмалы ауданын (%) 0,83–ке көбейтумен анықтауға болады.
Эвтектоидтық болаттың құрылымы толығымен тек перлиттен тұрады (11, ж, и – сурет). Перлит феррит пен цементиттің % Ф : % Ц = 0,83:6,67 ≈ 1:8 қатынасты қоспасынан тұрады. Микроскоппен қарағанда көрінетін перлиттің ала түрі шлиф рельефінде цементит феррит алдында болу салдарынан шығады, ал рельеф феррит пен цементиттің әртүрлі жылтыратылуынан пайда болады. Болатта перлит көбіне пластиналы құрылымды болады; химиялық ерітіндімен цементит пластиналарын өңдегеннен кейін феррит бөлімдеріне түскен көлеңкелер перлитте көрінетін қара пластиналар болады.
700-650°С температурада ұзақ уақыт бойы қыздырып өңдңгеннен кейін немесе қорытпаны аз жылдамдықпен суытқанда (4 – 6 сағат) цементитті пластиналар дөңгелекті пішіндерге айналады, перлит құрылымы түйіршікті құрылымға ие болады.
11 – сурет. Көміртегі мөлшеріне байланысты
болаттың микроқұрылымы
Эвтектоидтан кейінгі болаттарда негізгі құрылымдық құраушы – перлиттен басқа екінші реттік цементиттен тұрады, ол суыту кезінде γ–темірде көміртегінің еруі кеміген кезде аустениттен бөлініп шығады (11, з – сурет). Екінші реттік цементит перлитті құраушыны шектеуші тор түрінде орналасады. Алдын–ала өңдеудің (прокаттау, соғу, қыздырып өңдеу) жылулық режимін дұрыс орындау кезінде екінші реттік цементит перлиттің жалпы массасында салыстырмалы тепе–тең таралған ұсақ түйіршіктер түрінде болады.