Көміртекті қорытпаларының құрылыстық құраушылары

Көміртекті темір қорытпалары құрамындағы көміртегінің мөлшері мен температураға байланысты әр түрлі құраушылардан тұрады.

Феррит көміртегінің альфа темірдегі (α-Ғе) қатты ерітіндісі. 723⁰С температурада көміртегінің α-Ғе-дегі ерігіштігі 0,02%, ал температура төмендеген сайын көміртегінің ерігіштігі кеміп, қалыпты температурада 0,006 %-ке жетеді. Феррит - таза темір, торы көлемге центрленген куб, құрылысына келсек, ол темірдің ақшыл түйіршіктерінен тұрады, 768⁰С температураға дейін магниттік қасиетін сақтайды. Ферриттін құрамында Si, Мn элементтері болса, онда ол оны нығайта түседі.

Цементит (Ғе₃С) құрамында 6,67% көміртегі бар, күрделі торлы темірдің көміртегімен қосындысы. Ол - металдық жарқылы бар, электр, жылу өткізгіштік, қаттылық қасиеттері жоғары морт корытпа. 210⁰ С температурада цементиттің магниттік қасиеті жойылады. Микроскоппен қарағанда цементит тор тәрізді немесе түрлі формада орналасқан ақ пластинкалар түрінде болып келеді.

Аустенит - көміртегінің гамма темірдегі (γ - Ғе) қатты ерітіндісі.

Аустениттегі көміртегінің 1147⁰С-та ерігіштігі 2,14%, ал 727⁰-та ерігіштігі 0,8%. 727⁰-тан төмен температурада көміртекті темір қорытпаларында аустенит перлитке айналады. Аустенитті қалыпты температурада көміртекті темір қоспаларына Мn, Ni сияқты легірлеуші элементтерді қосу арқылы алуға болады. Өйткені бұл элементтер γ аумағын кеңейтіп, аустениттің перлитке айналу температурасын көп төмендетеді.

Перлит құрамында 0,8% көміртегі бар, феррит пен цементиттің эвтектоидтық қоспасы. Микроскоппен қарағанда ол меруерт сияқты құлпырып көрінетіндіктен, бұл қоспаға перлит-меруерт деген ат қойылған. Микроқұрылысы ферритті негізге орналасқан дисперсиялы цементит пластинкалардан немесе цементит түйіршіктерінен тұрады.

Ледебурит - құрамында 43%-ды көміртегі бар цементит пен аустениттің эвтектикалық қоспасы. Ледебурит 1147⁰С-та көміртекті темір қорытпасында көміртегінің концентрациясы 4,3%-ға жеткенде түзіледі. Ледебурит микроқұрылысынан цементиттің ішінде дөңгелектеніп келген перлит түйіршіктерін көруге болады. Ледебурит ақ шойындар құрылысында кездеседі, ол морт және қаттылығы жоғары болып келеді.

Графит түрлі формада кездесетін көміртегінің бір түрі.

Көміртекті темір қорытпаларының күй диаграммасы.

Көміртекті темір қорытпалары екі компонеттен тұратын қорытпалар деп қарастыруға болады: олар темір мен көміртегі. Диаграмманың көлденең (абцисс) өсіне қорытпа құрамындағы көміртегі мөлшері 6,67%-ға тең болғанда бітеді. Тік (ордината) өсі бойынша температура көрсетілім салынады.

Көміртекті темір қорытпаларының диаграммасы бірі-бірінен белгілі шамаға ығысқан екі диаграммадан тұрады. Ғе-Ғе₃С диаграммасы үздіксіз жуан сызықпен, ал Ғе-С диаграммасы пунктир сызықпен кескінделген.

Көміртекті темір қорытпалары тез суығанда, қоспада көміртегі химиялық қосылыс - цементит (Ғе₃С) түрінде, ал баяу суығанда, графит (С) түрінде бөлінеді. Түзілген цементит тұрақсыз қосылыс, ал графит тұрақты қосылыс болып табылады. Көміртекті темір қорытналары баяу суығанда цементиттен графит мына реакция бойынша түзіледі:

Диаграмманың АВСД сызығы (ликвидус) - қорытпалардың бастапқы кристалдану процесі басталады. Бұл сызықтан жоғары барлық қорытпалар бір фазалы сұйық күйінде болады. Суытқанда сұйық қорытпадан АВ бойынша феррит, ВС - аустенит, СД - алғашқы цементит бөлініп шығады.

АНIEСҒ бойында кристалдану процесі аяқталады. Бұл сызықтан төменгі температурада барлық қорытпа қатты күйде болады, әрі қарай жүретін процестер қатты күйінде жүреді. 1492⁰С температурада НІВ сызығында перитектикалық түрлену өтеді, оның нәтижесінде аустенит түзіледі. 1147⁰С-да ЕСҒ сызығында С нүктесінде көміртегінің концентрациясы 4,3%-ға жеткенде қорытпадан аустенит, бірінші реттік цементит кристалдары бөлініп, ледебурит эвтектикалық қорытпасы түзіледі.

АНІЕСҒ сызығы - солидус деп аталады. Солидус сызығынан төменгі аймақтарда көміртекті темір қорытпаларының бірінші реттік кристалдану процестері аяқталып, олардың екінші және үшінші реттік кристалдану процестерінің нәтижесінде мынадай құраушылар түзіледі:

1) 2,14% < С < 4,3% эвтектикаға дейінгі шойындар, құрылысы: А+Ц_ПЛ(А+ІД_I).

2) С=4,3% - эвтектикалық шойын, құрылысы: ледебурит.

3) 4.3% < С < 6,67% эвтектикадан кейінгі шойындар, құрылысы: Ц_I+Л(А+Ц_I).

Кез келген концентрациялы болаттар бірінші рет кристалданғаннан кейін құрылысы аустенитті болады. Болаттың екінші рет кристалдануы GSЕ сызықтары бойынша жүреді. GS сызығы бойынша аустениттен феррит, ал SЕ сызығы бойынша екінші реттік цементит бөлінеді. GS сызығына сәйкес нүктелерді А₃ әрпімен, ал SЕ сызығына сәйкес нүктелерді А_ст әрпімен белгілейді. S нүктесі (727⁰С) температурадағы аустенитке сәйкес болады. S нүктесінде қорытпадағы көміртегінің концентрациясы 0,8%-ға жеткенде аустенит феррит пен екінші реттік цементитке ыдырап, эвтектоидтық корытпа - перлит түзіледі. РSК түзуіне сәйкес температураны А₁ әрпімен белгілейді. Р нүктесі көміртегінің α-Ғе-дегі максимум ерігіштігін (0,02%) анықтайды. GР, РQ сызықтары көміртегінің α-Ғе-дегі ерігіштігінің температураға байланыстылығын көрсетеді. GРQ сызықтарының сол жағына орналасқан барлық нүктелер ферриттің күйін анықтайды. РSК сызығынан төмен орналасқан диаграмма нүктелері мынадай болаттардың түрін анықтайды:

1) 0,02% < С < 0,8% - эвтектоидқа дейінгі болаттар, құрылысы: Ф+П(Ф+Ц).

2) С-0,8% - эвтекттоидты болат, құрылысы: П+(Ф+Ц).

3) 0,8% < С < 2,14% эвтектоидтан кейінгі болаттар, құрылысы: П(Ф+Ц).

Қорытпалардың кризистік температурасын анықтайтын А әрпіне «С» (қорытпалар қыздырылса) және «Г» (қорытпалар суытқанда) индекстерін қояды (А_с және А_г).

Бақылау сұрақтары:

1Металдың ликвидиясы дегеніміз не?

2. Жүйенің басқа бөліктерінен белгілі шекарамен шектелген біртекті бөлігін не деп

атаймыз?

3. Феррит және цементиттің дисперсиялық қоспасы дегеніміз не?

4. Ме_а, Ме_β, Ме_γ – α, β, γ индекстері нені білдіреді?

3 Дәріс

Көміртекті және легірленген болаттар