Еориялық мағлұматтар. Темiр-цементит диаграммасы (сур

Темiр-цементит диаграммасы (сур. 4.1) темiр-көмiртектi қорытпаларды (болат, шойын) қыздырғанда және суытқанда болатын процесстердi түсiнуге, анықтап алуға негiзгi мәселе болады.

Сурет 4.1. Темiр – цементит диаграммасы: 1 – сұйық қорытпа; П – сұйық ерiтiндi + қатты ерiтiндi (аустенит); Ш – сұйық ерiтiндi + бiрiншi реттiк цементит; 1У – аустенит ; У – аустенит + екiншi реттiк цементит; У1 - екiншi реттiк цементит + ледебурит + аустенит; УП - бiрiншi реттiк цементит + ледебурит + аустенит; УШ – феррит + аустенит; 1Х – феррит + перлит; Х – перлит + екiншi реттiк цементит; Х1 – перлит + екiншi реттiк цементит + ледебурит; ХП – ледебурит + бiрiншi реттiк цементит.

Бұл қорытпаларды қыздырғанда немесе суытқанда келесi құрылыс пайда болады: аустенит, перлит, цементит, феррит, ледебурит. Бұл құрылыс 4.1-шi кестеде көрсетiлген.

Бұл жұмыста диаграмманың талдауы оның сол жақ жоғары iргесiз, жеңiлдеген диаграмма бойынша өткiзiледi. Анализде диаграмманың нүкте, сызықтары қаралыстырады (4.2, 4.3 кесте), фаза және кесiндi заңдары қолданылады. АС сызығынан жоғары барлық қорытпалар сұйық болады, еркiншiлiк дәреже саны C = K – Ф + 1 = 2-1+1=2 (сур. 4.1), яғни, қорытпаларды қыздыруға, суытуға болады, олардың қоспасын өзгертуге болады, бәрiбiр олар сұйық кезiнде бiрқалыпты бола бередi (теңдiк қалыпында). АС, АЕС және СД, CF сызықтар аралығында қорытпалар екi фазалы болады, қатты және сұйық фазаларында, осы кезде еркiншiлiк дәреже саны С = 2 – 2 + 1 = 1 (4.2 кесте)

4.1 кесте Темiр көмiртектi қорытпалардың (болаттармен шойындардың) құрамындағы құрылыстар сипаттамалары.

Құрылым	Құрылым түрi	Көмiртек мөлшерi %	Фаза саны	Механиқалық қасиеттерi	Құрылымның сипаттамасы
	σВ гс/мм2	%	НВ кгс/мм2
Феррит	Шектелген Ерiтiмдiлiктi α-темiрдегi көмiртектiң қатты ерiтiндiсi	0,006-тен   (00С) 0,025-ға дейiн (7270С)				80-100	Созым-дылы, бiрақ мықты емес
Аустенит	Шектелген Ерiтiмдiлiктi β-темiрдегi көмiртектiң қатты ерiтiндiсi	0,08-тен (7270С) 2,14-ға дейiн (11470С)				180-200	өте созым-дылы
Цементит	Темiрмен көмiртектiн химиялық қосылысы (Fe3C)	6,67					өте қатты және сынғыш
Перлит	Ферритпен цементиттiң механикалық араласы	0,80					Орта мықты-лық, орта созым-дылы
Ледебурит	18-200С-дағы перлитпен цементиттiң механикалық араласы	4,30			1-2	450-500	Қатты және сынғыш

4.2 кесте Темiр цементит диаграммасындағы сызықтардағы фазалық өзгерiстерi

Сызық белгiленуi	Суытқанда болатын сызықтардағы фазалық өзгерiстерi	Еркiншiлiк дәреже саны	Фазалар саны	Фазалар тiзiмi
АС	Сұйықтан аустенит бөлiнуiнiң басталуы			Аустенит + сұйықтық
АЕ	-//- аяқталынуы			-//-
ЕС	Сұйықтан аустенит болiнуiнiң басталуы			Аустенит+цементит+ сұйықтық
CD	Сұйықтан алғашқы цементиттiң бөлiнуiнiң басталуы			Сұйықтық + цементит

4.2 кестенің жалғасы

CF	-//- аяқталынуы және ледебурит пайда болуы			Сұйықтық + цементит + аустенит
ECF	Сұйықтан ледебурит пайда болуы			Сұйықтық + цементит + аустенит
GS	Аустениттен феррит бөлiнуiнiң басталуы			Аустенит + феррит
GP	-//- аяқталынуы			-//-
PS	Аустениттен ферриттiң бөлiнуiнiң аяқталынуы және аустниттен перлит пайда болуы			Аустенит + феррит + цементит
PSK	Перлиттiң аустениттен шығуы			-//-
SE	Екiншi цементиттiң бөлiнуiнiң басталуы			Аустенит + цементит
SK	Аустениттен екiншi цементит бөлiнуiнiң аяқталуы және аустениттен перлиттiң пайда болуы			Аустенит + цементит + феррит
PQ	Үшiншi цементиттiң ферриттен бөлiнуiнiң басталуы			Феррит + цементит

4.3 кесте Темiр цементит диаграммасындағы нүктелердегi фазалық өзгерiстерi.

Нүкте белгi-леу	Қыздыру және суыту кезiндегi нүктелердегi фазалық өзгерiстер	Көмiртек мөлшерлерi, %	Нүктелерге сәйкес 0С	Фазалар тiзiмi	Фаза са-ны	Еркiншiлiк дәреже саны
А	Таза темiрдiң балқу және қатаю температурасы			Сұйықтық + темiр кристалл-дары		-
Д	Цементит балқу, және қатаю температурасы	6,67	1600*	Сұйықтық + цементит (алғаш)		-
С	Ледебуриттiң балқауы және пайда болуы	4,30		Сұйықтық + цементит+ аустенит
Е	Көмiртектiң аустениттегi ең көп еруi	2,14		Сұйықтық+ цементит+ аустенит
S	-//- ең аз еруi	0,80		Аустенит + феррит+ цементит
G	Ү-темiрдiң α-темiрге немесе α-темiрдiң Ү-темiрiне айналуы			Ү-темiр+ α-темiр		-
Р	Көмiртектiң α-темiрiндегi ең үлкен еруi	0,025		Аустенит+ феррит+ цементит (екiншi)
Q	Көмiртекiн - α-темiрiндегi ең аз еруi	0,006		Феррит+цементит (үшiншi)

4.3 кестенің жалғасы

К	Фаза өзгерiсi жоқ	6,67		Цементит (алғашқы)		-
F	-//-	6,67		-//-		-
М	Магниттiк өзгерiс			Таза темiр		-

Сонымен бұл аймақтарында жүйесiнен бiр еркiншiлiк дәрежесiне ие болады, ал оның теңдiк қалпын сақтау үшiн тек қана теңдiлiгiнiң бiр факторын ғана өзгертуге болады – не температурасын, не қоспасын. Екi және бiр еркiншiлiк дәрежесi сондай – ақ, диаграмманың барлық басқа аймағында да болады, аустенит аймағынан басқа. Бұл аймақта АЕ, GSE сызықтар аралығында жүйе бiр фазалы және екi еркеншiлiк дәрежеге ие болады С = 2 – 1 + 1 = 2. ECF, PSK горизонталды сызықтарда жүйе, үш фазалы, еркiншiлiк дәрежесiнiң саны С = 2 – 3 + 1 = 0 (4.2 кесте). ECF сызығында суыту кезiнде ледебурит пайда болады, PSK сызығында – перлит. Нөльге тең еркiншiлiк дәрежесi (бұл сызықтардағы) ледебурит (1147 градус С) және перлит (727 градус С) болуындағы қатал тұрақты температураларына себепшi болады. 4.3-шi кестестеден көруге болады А, D, G, Q нүктелерде, барлық қисық сызықтарда 2 фаза, бiр еркiншiлiк болуын, Р, S, E, C нүктелерде – 3 фаза, бiр еркiншiлiк дәрежесi болуын; К, F нүктелерiнде фаза өзгерiстерiнiң жоғын.

Темiр – цементит диаграммасы бойынша суыту қисық сызықтарын салуға болады. Ол үшiн анықталған концентрациялы қорытпаны белгiлейтiн диаграмма сызықтарымен (4.2, 4.3 сурет) вертикалдардың қиылысу нүктелерiн температура уақыт координаттар системасына салып, осы қорытпалық суу немесе қызу қисық сызықтарын жасайды. диаграмманың қисық сызықтарымен қиылысу нүктелерi суыту және қыздыру қисық сызықтарының бүгiлген жерлерiне сәйкестенедi, ал горизонталды сызықтармен қиылысу нүктелерi сол қисық сызықтардағы аймақтарымен сәйкестенедi.

Мысалы: құрамында 4,2% С қорытпаның t=723 градустағы бастапқы және ақтық кристалдануындағы әр фазаның құрамын анықтау керек болсын делiк. (3¹ және 3 нүктелерiнде суыту қисығына байланысты етiп).

Берiлген қорытпаның әр фазасының құрамының қалып диаграммасы және кесiндiлер дәрежесi көмегiмен, белгiленген ретпен анықтау керек.

1. Қалып диаграммасын кұру (немесе оның берiлген қорытпаға сай бөлшегiн) ол диаграммада ауымалы нүктелер орынын және берiлген температура нүктесiн көрсетiп сызық жүргiзу керек. Бiздiң берiлген жағдайда 3 және 3¹ нүктелерi қиылысады, олар қорытпалар сызығында 3 нүктесiмен белгiленген.

2. Диаграмманың оң жағына сүлбе ретiнде суыту қисығын кұру керек. Қорытпаның кристаллдану процессiнiң талдауы бойынша суыту қисығында берiлген температуралық нүктеде фазаның атын орнықтыру керек. Бiздiң жағдайда 3 нүктесiнде (қорытпаның бастапқы кристаллдануы t = 723 градус) фаза болып аустенитпен цементит болып табылады, ал 3¹ нүктесiнде (кристаллдану ақтығы t = 723 градуста) цементит және феррит.

Сурет 4.2. Қорытпа С=4,2% критикалық нүктелерi және фазалар атауларымен көрсетiлген салқындату қисығының құрылысы.

Сурет 4.3. Қорытпа С=4,2% критикалық нүктелерi және құрылымын құрастырушылар атуларымен көрсетiлген салқындату қисығының құрылысы.

3. Қалып диаграммасы бойынша мынадай екi қорытпаның сызығын (түзуiн) жүргiзу және орнықтыру керек (кейде қорытпа немесе компонент), олар берiлген температурада тұрады, ол бойынша бiр қорыпта жалпы тек қана бiр атаулы фазадан тұруы керек, ал келесiсi – екiншi фазадан. Бiздiң жағыдай бойынша бастапқы кристаллдану қорытпалары болып: а) t = 723 градуста бiр фазадан – аустениттен тұратын қорытпа С = 0,8% және б) компонент цементит (Fe3C) С = 6,67%; кристаллдану соңына дейiн: а) t = 723 градуста толығымен феррит фазасынан тұратын қорытпа С = 0,02% және б) компонент – цементит.

4. Берiлген температуралық нүкте арқылы көрсетiлген нүктенiң оң және сол жағында орналасқан екi, бiр фазалы қорытпа сызығымен қиылысқанша дейiн горизонталь жүргiзу керек (бiздiң жағдайда горизонталь сызықтар SK және РК).

5. Әр фазаның құрамын (пайыз есебiнде) есептеу. Жүргiзiлген горизонталь сызығы ойша барлық қорытпалар мөлшерiн (санын), соның iшiндi қос фазаның санын көрсетедi.

Берiлген температуралық нүктенi (бiздiң жағдайда 3 нүктесi), екi кесiндiге бөледi – оң және сол, әр фазаның мөлшерiн анықтайды, сол жақтағы кесiндi оң бiр фазалы қорытпаға және керiсiнше жататын (қатысты) ойша фаза санын көрсетедi. Бiздiң мысал бойынша (кристалданудың басталынуына дейiн) горизонталь SK ойша қорытпаның барлық салмағын көрсетедi, кесiндiнiң бөлiгi 3К – аустениттiң фаза мөлшерiн, ал кесiндi 3S – цементит фазалар мөлшерiн көрсетедi. Кристалданудың ақтығына барлық қорытпаның салмағы ойша РК кесiндiсiмен көрсетiледi, оның Р3 бөлiгi цементит мөлшерiн, ал 3К – феррит мөлшерiн көрсетедi.

Кристалдаудың басталуы үшiн:

Аустенит мөлшерi = .

Цементит мөлшерi .

кристалданудың аяқталуы үшiн:

феррит мөлшерi .

Цементит мөлшерi .

Әр қорытпаның құрылымдылық құрастырушысының құрамы қарапайым анықталады. Мысалы, t = 1130⁰ С-та тұрған С = 4,2% құрылымдылық (пайыз ретiнде) анықтау керек (кристалданудың аяқталуында).

Шешiмi: а) қалып диаграммасын құрып, ол диаграммада осының сызығын жүргiзу қажет; ол сызықта (түзуде) аумалы және берiлген қорытпа нүктелер ретiн келтiрiп көрсету керек (сурет 4.3); б) суыту қисығын құру керек; в) осы суыту қисығында берiлген температуралық нүкте орынын анықтау керек; г) кристалдану процессiн талдай отырып, берiлген температуралық нүктеде структуралық құрылым атауын анықтау, бiздiң мысалда 2¹ нүктесi аустенит және ледебурит; д) қалып диаграммасында екi қорытпа сызығын жүргiзу керек, бiреуi 1130⁰ С-те аустенит құрылымынан, ал екiншiсi ледебуриттен тұрады. Бұл қорытпаларға С=2% және С=4,3% келедi; е) екi берiлген қорытпалармен қиылысқанша, 2 нүктесi арқылы диаграммада горизонталь сызығын жүргiзу керек (қиылысу нүктелерi Е, С); ж) әр құрылым құрастырушылардың мөлшерiн анықтау керек.

Ледебурит + аустенит құрылымын мiнездейтiн ЕС сызығы ойша қорытпаның толық салмағын көрсетедi.

Олардың сандық негiздерiн келесiдей табамыз: