Әдiстемелiк ұсыныстар титулдік парағы

Металлургия кафедрасы

(қолы)

(қолы)
ЖжӘҚБ құпталған

ЖжӘҚБ бастығы _______________ А.А. Варакута, 20 __ж. «___» _________

(қолы)
Университеттің оқу-әдiстемелiк кеңесiде құпталған

20__ж. «____» ____________ хаттама №___,

Кіріспе
«Металтану және термиялық өңдеу» профильді пәнге жатады және металлургия бакалаврын дайындаудағы міндетті компонент болып табылады.

Пәнді оқытудың мақсаты – студенттерде металдар мен қорытпалардың қасиеті және олардың құрамы мен құрылымдарынан байланыстылығын ғылымы білімділікке, қыздыру мен суыту кезіндегі фазалық және құрылымдық түрленудің теориялық негіздерін, сонымен қатар термиялық өңдеу режимдерін меңгеруге үйрету.

Пәнді оқытудың мазмұны – курстық теориялық негізін оқып білу және жоғары кәсіптік білім стандартымен орнатылған квалификациялық сипаттамаларының талабымен сәйкес термиялық өңдеудің тиімді режимдерін тандауға есептерді шешуге тәжірбиелік менгерту қажет.

Пәнді оқып білу үшін физика, химия, кристаллография мен металлография пәндеріне негізделеді.

Қорытпалардағы кристалдану процессі және фазалық түрленулер. Күй диаграммалары. Фазалық түрленудің термодинамикалық негіздері. Кристалдану процессіне әсер ететін факторлар. Модификациялау. Дендриттік және зоналық ликвация.

Кристалдандыру кезінде жүретін үрдістер алуан түрлі. Шөміштен ағызу және қорамсауытты (қалыпты) толтыру кезінде гидродинамикалық, жылуфизикалық, ал кристалдану кезінде жылукинетикалық, диффузиялық, физика–химиялық, фильтрациялық, деформациялық үрдістер бір–бірімен ұштасып, қабаттасып жүріп жатады.

Табиғаттағы заттар үш түрлі агрегаттық күйде болуы мүмкін – қатты, сұйық және газ тәрізді. Қатты заттың көлемі мен пішіні тұрақты болса, сұйықтың көлемі тұрақты болғанымен пішіні тұрақсыз – құйған ыдыстың ішкі қуысына қарай өзгеріп тұрады. Ал, газдың көлемі де, пішіні де тұрақсыз екені мәлім. Кристалды қатты денедегі атомдар белгілі бір геометриялық тәртіппен, кеңістікте тор құрап орналасады. Мұны кристалдық тор деп атайды.

Кристалдану үрдісі екі кезеңнен тұрады – кристалдардың туындауы және өсуі. Осыған байланысты кристалдану үрдісінің екі түрлі көрсеткіші болады. Олар – кристалдардың туындау жылдамдығы және кристалдардың өсу жылдамдығы.

Кристалдану үрдісі екі жолмен жүреді – өздігінен кристалдану (гомогенді) және еріксіз кристалдану (гетерогенді).

Кристалдану кезінде дұрыс геометриялық пішіндегі кристалдар қалыптасуы өте сирек құбылыс. Қатты фазаның негізгі түзілімі дендрит деп аталатын ағаш түріндегі, тармақталған кристалдар.

Сұйықтан қатты күйге өту кезінде болат құрамындағы элементтердің темірде ерігіштігі азаяды. Ең аз ерігіштік көрсететіндер күкірт, оттегі, фосфор, көміртегі, одан кейін кремний, марганец, хром, никель және басқалар. Бұл ликвация деп аталатын химиялық әркелкілік ақауына әкеледі. Ликвацияны аймақтық (макроликвация) және дендриттік(микроликвация) деп екі топқа бөліп қарастырады. Ірі өлшемді болат құймакесектердегі аймақтық химиялық әркелкіліктің (ликвацияның) түрлерін 6 суреттен көруге болады.

Темір көміртегілі қорытпалар. Болаттар және олардың технологиялық қасиеті. Болаттардың классификациясы мен маркілері. Қоспаланған болаттардың құрылымдық класстары. Шойындар. Шойынның құрылымы мен қасиеті. Сұр, беріктігі жоғары, соғылымды, арнайы шойындар және оларды алудың тәсілдері.

Болаттардың технологиялық қасиеттері жақсы, сонымен қатар бағасы онша қымбат емес. Сондықтан болат өнеркәсіптің негізгі конструкциялық материалы болып әзірге қала бермек.

Химиялық құрамы бойынша барлық болат екі үлкен топқа бөлінеді:

1. 
   көміртекті;
   
2. 
   қоспаланған.
   

1. 
   кәдімгі сапалы;
   
2. 
   сапалы;
   
3. 
   жоғары сапалы;
   
4. 
   ерекше жоғары сапалы.
   

1. 
   конструкциялық;
   
2. 
   құрал-саймандық;
   
3. 
   ерекше қасиетті болаттар.
   

Сапалы көміртекті болатты екі орынды сандармен маркалайды (ГОСТ 1050-88). Мысалы, 45 маркалы болат. Көміртектің орташа мөлшері 0,45%.

Қоспаланған болатты, оның химиялық құрамын көрсететін, әріптер мен сандар арқылы маркалайды. Әрбір қоспалаушы элемент әріппен белгіленді (ГОСТ 4543-71): азот – А, алюминий – Ю, бор – Р, ванадий – Ф, вольфрам – В, кобальт – К, кремний – С, молибден – М, марганец – Г, мыс – Д, никель – Н, ниобий – Б, титан – Т, хром – Х. Әріптерден соң тұрған сан қоспалаушы элементтің пайыздық мөлшерін көрсетеді. Егер қоспалаушы элемент мөлшері 1-1,5%-дан аз болса, онда сан жазылмайды.

Конструкциялық қоспаланған болат маркасының алдыңғы екі орынды саны көміртектің мөлшерін пайыздың жүздік үлесімен көрсетеді. Мысалы, 20ХНЗА маркалы болатта орташа есеппен 0,20% С, 1% Сr, 3%Ni бар. Марканың соңындаға А әрпі болаттың жоғары сапалы, зиянды элементтер күкірт пен фосфордың әрқайсысының мөлшері 0,025%-дан көп емес екенін көрсетеді.

Құрал-саймандық қоспаланған, болаттарда көміртек мөлшері 1%-дай болғандықтан марканың алдында сан көбінесе жазылмайды. Мысалы, ХВГ маркалы құрал-саймандық болатта көміртек мөлшері орташа есеппен 1%-дай. Кейбір құрал-саймандық қоспаланған болаттың маркасының алдында сан жазылады да. Мысалы, 6ХС маркалы болаттың көміртек мөлшері орташа есеппен 0,6%.

Болат маркаларының көп болуына байланысты, оларды жеке топтарға бөліп, әрбір топты әріппен белгілейді, ал сандар не көміртектің, не басты қоспалаушы элементтің мөлшерін көрсетеді. А әрпімен автоматты, Е – магниттік, Р – тез кескіш, У – көміртекті құрал-саймандық, Ш – шарикподшипниктік, Э – электртехникалық болатты белгілейді. Мысалы, А20 маркасы құрамында 0,20% көміртек бар автоматтық болат, ЕХ3 құрамында 3%Сr бар магниттік болат, Р18 маркасы 18%W бар тез кескіш болат, У8 құрамында 0,8% С бар құрал-саймандық болат, ШХ15 құрамынды 1,5%Cr бар шарикподшипниктік болат, Э3А маркасы 3%Si бар жоғары сапалы электртехникалық болат.

Көміртек шойында цементит немесе графит түрінде болады. Көміртегі цементит түріндегі шойын сынығының түсі ақшыл болған соң, оны ақ шойын дейді. Көміртегі графит түріндегі шойын сынығының түсі сұрғылт болғандықтан, оны сұр шойын деп атайды.

Графиттің пішіні мен түзілу үрдісіне қарай сұр шойын, соғылмалы шойын(қыздыру және салқындату арқылы термиялық өңдеуден өткен) және беріктігі жоғары шойын болып бөлінеді.

Ақ шойын. Темір-цементит күйі диаграммасы бойынша кристалданып, құрамындағы көміртек темірмен химиялық қосылыс цементит құратын шойынды ақ шойын дейді. Құрылымына байланысты ақ шойын үшке бөлінеді:

1) эвтектикаға дейінгі (2,13-4,3% С);

2) эвтектикалы (4,3% С);

3) эвтектикадан кейінгі (4,3-6,69 С).

Соғылмалы шойын деп ақ шойыннан арнайы графиттендіру жұмсартуы арқылы алынатын, ұлпа графитті шойынды айтады.(сурет).

1) ферритті (Ф + Г_пл);

2) феррит-перлитті (Ф + П + Г_пл);

3) перлитті (П + Г_пл).

Графит шойынның механикалық қасиетін төмендеткенмен, оған пайдалы әсері де бар:

1) кесу құралдарымен өңделуін жақсартады;

2) үйкеліске төзімділігін арттырады;

3) шойынның діріл мен тербелісті басуы ұлғаяды;

4) шойын беткі ақауларының әсері азаяды.

Беріктігі жоғары шойын. Сұр шойынды магний не цериймен модификациялау арқылы графиті шар тәріздес беріктігі жоғары шойын алынады. Беріктігі жоғары шойын алу үшін көбінесе модификатор ретінде магний (0,03-0,07%) пайдаланылады. Магний сұр шойынның кристалдану үрдісінде графиттің бағытты өсуін тежеп, оның шар тәріздес қалыптасуына ықпал етеді.

Ағартылған шойын. Шойын құймасының сырты ақ шойыннан, іші сұр немесе беріктігі жоғары шойыннан тұрады. Ағартылған қабатты шойынның көміртек мөлшері 2,8-3,6% болса, кремний мөлшері төмен – 0,5-0,8%. Ағартылған шойынның беткі қабатының қаттылығы (НВ 9500-10000 МПа) мен тозуға төзімділігі өте жоғары. Сондықтан олардан илемдеу білігін, вагон доңғалағын, диірмен шарларын және т. б. жасайды.

Ағартылған шойынның қасиеттерін жақсарту үшін қоспалаушы элементтерді қосады және термиялық өңдеуді қолданады.

Үйкеліске төзімді сұр шойынды АЧС (антифрикционный чугун серый) әріптерімен және реттік санмен маркалайды (ГОСТ 1585-85). Үйкеліске төзімді сұр шойын маркалары АЧС-1-АЧС-6. АЧС-1 маркасының химиялық құрамы: 3,2-3,6% С; 1,3-2,0% Si; 0,6-1,2% Mn; 0,15-0,4% P; 0,12%-дан аз S; 0,2-0,5% Cr; 1,5-2,0% Cu.

Үйкеліске төзімді материал ретінде соғылмалы (маркалары АЧК-1, АЧК-2) және беріктігі жоғары шойындар (маркалары АЧВ-1, АЧВ-2) қолданылады.

Қоспаланған шойын. Химиялық құрамы бойынша қоспаланған шойын: хромды, кремнийлі, алюминийлі, марганецті және никельді болып бөлінсе, пайдалану жағдайы бойынша – ыстыққа төзімді, ыстыққа берік, тозуға төзімді, коррозияға төзімді және магнитсіз.

Шойынның ыстыққа төзімділігін кремний, хроммен қоспалау арқылы арттырады. ЧС5, ЧХ16 және т. б. шойындар 700-800^oC-ға дейін ыстыққа төзімді.

Ыстыққа берік материал ретінде шар тәріздес графитті қоспаланған шойындар (ЧН19Х3Ш, ЧЮ22Ш, ЧН11Г7Ш) пайдаланылады. Ыстыққа беріктік қасиетін арттыру үшін, шойынды жұмсарту мен босаңдатудан өткереді.

Тозуға төзімді қоспаланған шойындардан ЧХ9Н5, ЧЮ7Х2, ЧГ7Х4, ЧН4Х2 секілді маркаларды атаған жөн.

Кремний мен хроммен қоспаланған шойындар (ЧС13, ЧС15, ЧС17, ЧХ28, ЧХ32 және т. б.) қышқылдарда коррозияға төзімді. ЧН15Д7 шойыны сілтілерде төзімді.
3 дәріс. Термиялық өңдеу

Термиялық өңдеу түрлерінің классификациясы. Термиялық өңдеу кезінде болатты қыздыру. Межелік нүктелер. Бақыланатын атмосферада болатты қыздыру. Термиялық өңдегендегі бұйымды суытудың ерекшеліктері. Бұйымды суыту температураларының барлық диапазондарында өгеріске ұшырамайтын орталар. Суытылатын бұйымның бетінде қайнайтындықтан агрегаттық күге өзгеріске ұшырайтын орталар.

Гомогенді жасыту. Тепе-теңдіксіз кристалдану. Гомогенді жасыту кезіндегі негізгі құрылымдық өзгерістер. Қайта кристалдану және қайта кристалдануға дейінгі жасыту. Қайта кристалдануға дейінгі жасытқандағы құрылымы мен қасиетінің өзгеруі. Қайту мен қайта кристалдану процесстерінің механизмі. Қайта кристалданудың бастапқы және соңғы температуралары. Қайта кристалданудың текстурасы. Күйдірілген металдың анизотропиялық қасиетті және түрінің түйіршікті құрылымдар. Қалдық кернеулерді жоюға арналған жасыту. Қалдық кернеулердің пайда болуы мен рөлі. Кернеуді жоятын жасытудың режимі. Қалдық кернеулерді азайтудың қосымша тәсілдері.

Қатты күйіндегі фазалық түрленудің жалпы заңдылығы. Фазалық түрленудің термодинамикасы. Гомогенді және гетерогенді фазалардың түзілуі. Фазалық түрленудің кинетикасы. Қыздыру кезіндегі аустениттің түзілуі. Аустениттенудің механизмі мен кенетикасы. Аустениттік түйірдің өлшемі. Құрылымдық түпнегізділік және аустениттің аса қайта кристалдануы. Перлиттің түрленуі. Эвтектоидқа дейінгі және кейінгі болаттардағы аустениттің түрленуі.

Эвтектоидқа дейінгі және кейінгі болаттарды екінші реттік жасытудың түрлілігі. Шойындарды екінші реттік жасытудың түрлері. Графиттеу процессі. Түсті металдарды екінші реттік жасытудың түрлері.

Түрленудің ерекшеліктері мен термодинамикасы. Мартенситтік түрленудің кристаллогеометриясы. Мартенситтік түрленудің кинетикасы. Мартенситтің құрылымы мен субқұрылымы. Мартенситтің морфологиялық типі. Түрленудің механизмі мен кинетикасы. Жоғары және төменгі бейнит.

Полиморфсыз түрленетін шынықтырудың негізгі параметрлері. Аса суытылғын ерітіндінің ыдырау кинетикасы. Суытудың межелік жылдамдығы. Шынықтырылғыштығы мен шынықтырылу тереңдігі. Полиморфсыз түрленетін шынықтырудан кейінгі қасиетінің түрленуі. Полиморфты түрленетін шынықтырудың режимі. Шынықтырудан бекемдеу және оның табиғаты. Мартенситке шындап қасиетін өзгерту. Шындаудың түрлері.

Қатты ерітіндінің ыдырау термодинамикасы. Ескіру барысындағы құрылымдық өзгеріс. Бөлінділердің кеңістіктік таралуы және пішіндерінің типтері. Толассыз және толасты ыдырау. Ескіру кезіндегі бөлінудің кезектілігі мен кинетикасы. Ескіру кезіндегі қасиеттік өзгеруі. Ескірудегі бекемделуі мен беріксізденудің табиғаты. Ескіру кезіндегі қорытпа құрамы әсері.

Статикалық және динамикалық ескіру. Босату. Босатқандағы негізгі түрленулер. Төменгі орташа және жоғарғы босату. Босатудың режимін тандау және қызметі. Босату морттығы.
10 дәріс. Термомеханикалық өңдеу

Термомеханикалық өңдеудің түрлері. Термомеханикалық өңдеу кезіндегі беріктенудің табиғаты. Ыстық деформация процесстеріндегі құрылымдық және соңындағы өзгерістер.

Төменгі температуралары ТМӨ, жоғары температуралары ТМӨ. Термомеханикалық өңдеу режимін таңдау және қызметі.
11 дәріс. Химия – термиялық өңдеу

Химия – термиялық өңдеу кезіндегі түзілетін процесстердің жалпы заңдылығы. Бірфазалы және көпфазалы диффузиялық зоналар, олардың түзілуі. Қанықтыру түрлері. Қанықтыру режимін тандау және қызметі. Қанықтырған соң термиялық өңдеу.

1. 
   Сүлеймен Е.Б. Материалтану. Оқулық. – Павлодар: С. Торайғыров атындағы
   

2. 
   Гуляев А.П. Металловедение, уебник, 6-е издание, перерап. и доп.-М.: Металлургия,
   

3. 
   Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. Учебник, 3-е из-
   

4. 
   Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. Учебник, 4-е издание, пер-
   

5. 
   Натапов Б.С. Термическая обработка металлов. Учебное пособие – К.: Виша школа,
   

6. 
   Блантер М.Е. Теория термической обработки металлов. Учебник М.:Металлургия,
   

7. 
   Термическая обработка в машиностроении. Справочник под ред. Ю.М. Лахтина,
   

8. 
   Колачев Б.А., Ливанов Б.А., Елаин В.И. Металловедение и термическая обработка
   

9. 
   Курдюмов Г.В., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали.- М.:
   

10. 
    Бернштейн М.Л., Займовский, Капуткина Л.М. Термомеханическая обработка стали
    

11. 
    Узлов И.Г., Савенко В.Я., Поляков С.Н., Термическая обработка проката – К. Тех-
    

12. 
    Металловедение и термическая обработка металлов. Справочник под
    

13. 
    Паисов И.В. Пособие к лабораторным занятиям по металловедению и термической
    

14. 
    Орысша-қазақша түсіндірме сөздік: Металлургия / Жалпы редакциясын басқарған
    

15. Сүлейменов Е.Б., Сүлейменов Т.Ж. Материалтану сөз тізбегінің орысша-қазақша сөздігі. – Алматы: Республикалық баспа кабинеті, 1993. – 19 б.

16. 
    Сүлеймен Е.Б. Металтану сөз тіркесінің орысша-қазақша сөздігі. – Павлодар: С.