Еориялық мағлұматтар. 2.1. Болаттың қандай болсада термиялық өңдеуi – бұл технологиялық процесс

2.1. Болаттың қандай болсада термиялық өңдеуi – бұл технологиялық процесс, оған металды белгiленген температураға дейiн қыздыру, содан соң температурада төзiмдеу (ұстау), кейiн қандайда болмасын жылдамдықпен суытудың құрамдас бөлiктерi жатады. Термиялық өндеудiң негiзгi мiндетi – болаттың қасиетiн (ең басты – механикалық қасиетiн) өзгерту, құрылымын өзгерту арқылы. Металл құрамы бұл кезде өзгермейдi.

Болаттың термиялық өндеуiн өткiзуге керектi температурасын алдын ала темiр көмiртегi диаграммасынан анықтауға болады (сурет 6.1, болат тарауы), содан соң анықтама кiтаптан немесе эксперимент жолымен табылады. Болаттың қыздыру уақыты және оның төзiмдi өтуi мәлiмет кiтаптарды қолданып есеппен және зерттеулер арқылы табылады.

Сурет.6.1. Көмiртектi болатты шынықтыруға қажет температура аралығы

Термиялық өндеудiң негiзгi түрлерi – қыздырып жасыту, нормалау, суару, және жұмсарту. Бұл жұмыста тек қана болатты қыздырып жасыту, нормалау және суару түрлерi қаралынады, яғни термиялық өңдеудiң аустенит өзгiрестерiнiң болып шығатын түрлерi.

2.2. Болатты қыздырып жасыту – бұл термиялық өңдеудiң түрi, қорытпаны қыздырып, төзiмдеп содан соң ақырын суытып орнықты (тепе-теңдiк) және ынталы (кернеу) құрылым шығарып алу және ликвиацияны жою үшiн жасалады.

Болат қыздырып жасытуды жасау үшiн эвтектоидке дейiнгi болатты АС₃ – ауыспалы нүктесiнең, эвтектоидтықтан кейiнгi болатты АС₁ нүктесiнен 30-50 С градусқа жоғарырақ температураға дейiн қыздырады. Өте баяу, ақырын пешпен бiрге суытады. Қорытындысында ферритпен перлит, перлит не болмаса цементитпен перлит тепе-теңдiк құрылымдарын шығарып алады. Болатты қыздырып жасытудың негiзгi мақсаты – болат түйiршiктiлiгiнiң қайта кристаллдануы, болат қаттылығын төмендету және ондағы iшкi кернеулерiн жою.Қыздырып жасытудан кейiн оның механикалық өңдеуi және пластикалық форманы өзгертуi жеңiлденедi.

Қыздырып жасытудың I және II түрi бар. I түрiнiң фазалық өзгерiстермен байланысы жоқ, ол түр келесi түрлерге бөлiнедi: диффузионды, рекристаллизационды және кернеу алу үшiн арналған. Жасытудың II түрi қатты қалыптағы фазалық ауысулармен байланысты және ол толық,толық емес немесе изотермиялық болуы мүмкiн (6.6 кестенi қараңыз).

2.3. Нормаға келтiру (нормалау) – бұл болатты аустенит күйiне дейiн қыздыру (GSE сызықтан 30-50 С градус жоғарырақ), төзiмдiлiк ету, ауада суыту операциялары. Нормалау мақсаты – болат түйiршiктiлiгiнiң қайта кристалдануы, iшкi кернеулерiн жою, болатты келесi пластикалық деформацияға, механикалық не болмаса термиялық өндеуге дайындау. Нормалаудан кейiн болаттың құрылымы ұсақ түйiршiктi және бiркелкi бола қалады. Нормалау төмен көмiртек болаттарды қыздырып жасытудың орнына жүруi мүмкiн, ал орташа және жоғары көмiртектi болаттарға – суарылумен жоғары жұмсартудың орындарына. Бұл операция - өте экономды және өнiмдi, машина жасау өнiмде жақсы қолданады.

2.4. Болат суарылуы – бұл термиялық өңдеу түрi, қорытпаны сызық GSK-дан 30-50⁰ С градусқа жоғарырық қыздырып, сол температурада ұстап, содан соң кенет суытып қаттылығын күшейту және (кернеу) тұрақсыз құрылымды болат өндiру мақсатымен жасалады. Қыздырылған болаттың суыту жылдамдығы аумалы күйдегi жылдамдық болаттың әр бiр маркасына анықталады, аумалы күйдегi жылдамдық – аустенниттi мартенситке өзгеру мүмкiндiлiгiн қамтамасыз ететiн суытудың минималдық жылдамдығы (град\сек). Бұл кезде көмiртек кристалл торынан бөлiнуге үлгiрмейдi (γ – темiр кристалл торынан – α темiр торына өзгередi). Сонымен мартенсит болып шығады – бiр фазалық қатты – α темiрдегi аса қаныққан ерiтiндi. Кристалл торы өте бұрмаланады, атомаралық күштердiң иендiгi бұзылады, болатта едәуiр iшкi потенциалдық энергия жиналады.

Қыздыру температураға байланысты толық немесе толық емес болат суаруы танылады. Толық болат суаруылуында эвтектикаға дейiнгi болатты аумалы күйдегi АС₃ нүктесiнен (сызым GS) 30-50⁰ С градусқа жоғарырақ қыздырып, тез суытады. Қорытынында мартенситпен оған қосылған аздаған қалдықты аустенит шығаралады. Салқын өңдеудi қолданып, бар қалдықты аустениттi мартенситке өзгертуге болады, металдың берiктiгiн сонымен көтере отыра. Егерде эвтектикаға дейiнгi болатты PS (АС₁) және GS (АС₃) сызықтар арасындағы температураға дейiн қыздырса, аустенитпен ферриттен құрылған алғашқы құрылым болып шығады, сонымен болат суару қорытында өзгермеген қалдықты феррит металл қаттылығын өте төмендетедi. Бұл өнiмдеу кемшiлiгiн, оны қайталанған суарумен жөндеуге болады, ол үшiн АС₃ нүктесiнен 30-50⁰ С градусқа жоғарырақ қыздырады. Ал эвтектикаға дейiнгi болатты өте қыздырып алуға тағыда болмайды, өйткенi аустенит түйiрлерi үлкейедi, деформация және жарылу пайда болуы мүмкiн.

Эвтектоидтан кейiнгi болаттарға ең жақсы нәтиженi толық емес суару арқылы шығарады, өйткенi суытудан кейiн мартенситпен екiншi мартенситтiң қосылуымен құрылымы пайда болады. Екiншi қайтарылған цементит қосылуы, болаттың қаттылығын және төзу берiктiлiгiн көтередi (күшейтедi). Толық суару бұл болаттарға (SE сызықтан жоғары кыздыру) зиянды, өйткенi өте қызудың керегi емес, термиялық кернеу пайда болады, ал қаттылығының тiптi төмендеуi мүмкiн, цементиттiң ерiгенi және қалдықты аустениттiң болуы арқылы.

Болат суару кезiнде су, тұздардың, сiлтiнiң, қышқылдардың суға ерiтiндiлерi және машина майы суытатын орта болып қолданылады. Суда көмiртектiң 0,3%-тен мол бар болған көмiртектi болатты суарады. Егерде көмiртек мөлшерi бұл болаттарда кемдеу болса, оларды әдетте суармайды, өйткенi тiптi суда да болаттың суыту жылдамдығы аумалы күйдегi жылдамдықтан кем. Аустенит бiрең – сараңдай қана не мартенситке, не феррит – цементит қосындысына айналады. Майларда металды суға қарағанда жәй суытады, сондықтан майда әдетте суарылудың аумалы күйдегi жылдамдығы азырақ, жоғары – көмiртектi және қоспалы болаттарды суарады.