Шойын. Графитизация процессы. Шойын құрылысы. Графит формасы

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

СЕМЕЙ ҚАЛАСЫНЫҢ ШӘКӘРІМ АТЫНДАҒЫ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

 

 

 

 

БӨЖ №1

Тақырыбы: Шойын. Графитизация процессы. Шойын құрылысы. Графит формасы. Шойынның құрылысы және қасиеті. Шойын құрамындағы қоспалар.

 

 

                                           Орындаған: Шалқарова Ж. Ш.

Оқу тобы: ХН-221

                                         Тексерген:  Лебаева Ж. Т

 

 

 

 

 

 

Семей 2015

 

 

 

Жоспар

1. Шойын және оның құрамы
2. Шойынның графиттену үрдісі.
3. Шойынның құрылымы
4. Графит формалары
5. Шойынның қасиеттері
6. Шойын құрамындағы қоспалар бойынша бөлінуі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Құрамында 2,14%-дан жоғары көміртек бар көміртекті темір қорытпасын шойын деп атайды. Шойын құрамында 0,5-3,8% Si; 0,5-1,5% Mn; 0,01-0,05% S; 0,10-0,30% P болады.

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.

Шойынның графиттену үрдісі. Көміртекті темір қорытпасының (шойынның) кристалдану үрдісінде графиттің түзілуін графиттену дейді. Шойынның кристалдану үрдісінде графит сұйық және қатты фазадан (аустениттен) бөлінеді.

Шойынның графиттену үрдісінің негізгі қозғаушы күші – жүйенің Гиббс энергиясы аз күйіне ұмтылуы. Сұйық фазаның, цементиттің және графиттің Гиббс энергиясының температураға байланысты өзгеруі 1-суретте келтірілген. 1153oC-дан жоғары бос энергияның ең аз мәні сұйық фазаға тән болса, 1153-1147oC аралығында – графитке, яғни осы температура арасында сұйық фазадан графит бөлініп шығады. 1147oC-дан төмен цементит пен графиттің бос энергиясы сұйық фазаға қарағанда аз. Сондықтан 1147oC-дан төмен сұйық фазадан цементит кристалдары бөлініп шығып, содан кейін ол графитке ыдырайды. Өйткені 1147oC-дан төмен графиттің Гиббс энергиясы цементитке қарағанда аз.

2-суретте көрсетілген  темір – көміртек диаграммасының (сол жақтағы жоғарғы бұрыштан  басқа) тұтас сызықтары метатұрақты Fe – Fe3C күйі жүйесін көрсетсе, пунктир сызықтар тұрақты Fe – C (графит) күйі жүйесін көрсетеді.

Сұйық фазаның графиттену үрдісінде C'Д' сызығынан төмен бірінші реттік графит бөлінеді: L а Г. Диаграмманың E'C'F' сызығы (1153oC) – L  А + Г (эвтектикалық графит) фазалық тепе-теңдігінің сызығы, P'S'K' сызығы (738oC) – А  Ф + Г (эвтектоидтық графит) фазалық тепе-теңдігінің сызығы. S'E' сызығынан төмен бөлінетін графитті екінші реттік деп атайды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-сурет – Fe-C күйі  диаграммасы 

Сұйық фазадан немесе аустениттен графит түзілу үшін диффузиялық үрдістер қарқынды болу керек. Тазалығы жоғары көміртекті темір қорытпасын баяу салқындатқанның өзінде графит түзілуі сирек. Бірақ нақты қорытпада металл емес кірінділер, графит түйірлері және т. б. графиттенудің дайын орталықтары болғандықтан, ақырын салқындату кезінде графит фазасының түзілуі орын алады.

Сұйық шойынды модификациялау арқылы, оның құрылым түзілу үрдісіне әсер етеді. Модификатор қосқанда ұсақ графитті шойын құрылымы түзіліп, оның механикалық қасиеттері жақсарады. Шойынға модификатор ретінде магний немесе церий қосу арқылы графиті шар тәріздес беріктігі жоғары шойын алынады.

Шойында графит құрылудың екінші бір жолы, алдымен сұйық фазадан немесе аустениттен цементит бөлініп, оның темір мен графитке ыдырауы. P'S'K' сызығынан жоғары температурада цементит аустенит пен графит қоспасына ыдырайды: Fe3C а Feγ(C) + C (графит). P'S'K' сызығынан төмен температурада: Fe3C а Feα(C) + C (графит).

Шойын құйманың құрылымы, оның химиялық құрамы мен кристалдану жылдамдығына тікелей байланысты.

Шойын құрамындағы көміртек пен кремний графиттену үрдісін жеңілдетсе, марганец пен күкірт керісінше қиындатып, көміртектің темірмен қосылыс цементит түрінде болуына ықпал етеді. Фосфордың шойынның графиттену үрдісіне әсері аз.

Шойынды ақырын салқындату, оның графиттену дәрежесін ұлғайтады.

Көміртек пен кремнийдің және құйма қабырғасының қалыңдығының шойын графиттену дәрежесі мен құрылымына әсері 13.3-суретте көрсетілген.

Шойын  құрылымы графиттену дәрежесіне байланысты бөлінеді:

1 Ақ шойын. Көміртек негізінен  цементит түрінде. Құрылымы перлит + ледебурит + цементит.

2 Жартыкеш шойын. Көміртектің  көпшілік бөлігі (0,8%) цементит түрінде. Құрылымы перилт+ледебурит+графит (пластинкалы)

3 Перлитті сұр шойын. Құрылымы  перлит+графит (пластинкалы) Перлиттің  құрамындағы көміртектің 0,7-0,8%-ы  цементит түрінде.

4 Феррит-перлитті сұр  шойын. 0,1-0,7% С цементит түрінде. Құрылымы  феррит + перлит + графит (пластинкалы).

5 Ферритті сұр шойын. Көміртек  графит (пластинкалы) түрінде.

Шойынның графиттену үрдісінде түзілетін графит пішіні бойынша пластинкалы, шар және ұлпа тәріздес болып бөлінеді (4- сурет). 

 

 
 

а)                              б)                             в)

а –пластинкалы графит (сұр шойын); б – шар тәріздес графит (беріктігі жоғары шойын); в – ұлпа графит (соғылмалы шойын)

  Шойынның механикалық қасиеттері металдық негізіне, графиттің пішініне, өлшеміне, оның саны мен орналасуына байланысты. Металдық негізі перлитті шойын ферриттіге қарағанда беріктеу. Пластинкалы графитті шойын, шар тәріздес пен ұлпа графитті шойынға қарағанда, беріктігі жағынан төмен.         

 Графит пішіне қарай  шойын пластикалығы мынадай:

Графит	Пластинкалы	Ұлпа	Шар тәріздес
δ, %	0,2-0,5	5-10	10-15

 

 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. Шойынның соғылмалы аталымы шартты атау. Шойын морттылығы жоғары материал болған соң, оған соғу үрдісін қолданбайды. Шойынның құйылғыштық қасиеттері жоғары, сол себепті одан бөлшек пен бұйымды негізінен құю әдістері арқылы жасайды.

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

Сұр шойын. Темір-графит күйі диаграммасы бойынша кристалданып, құрамындағы көміртек негізінен пластинкалы графит түріндегі (8.5,а-суретті қараңыз) шойынды сұр шойын деп атайды. Металдық негізі бойынша сұр шойын үшке бөлінеді:

1) ферритті (Ф + Гпл);

2) феррит-перлитті (Ф + П + Гпл);

3) перлитті (П + Гпл).

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 шойын. Шойынның үйкеліс коэффициенті аз болу керек. Үйкелісі аз сұр, соғылмалы және беріктігі жоғары шойын маркаларынан подшипник, төлке және т. б. жасалынады.

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 және шойындар 700-800oC-ға дейін ыстыққа төзімді.

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер

1. Немеребаев, М. Материалдар мен конструкциялық материалдар технологиясы: оқулық / М. Немеребаев.- Алматы, 2011.- 263 б.-
2. Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов: учебник / Г.П. Фетисов; Ф.А. Гарифуллин.- 3-е изд., испр.- М: Оникс, 2009.- 619 с.
3. Улахович, В.А. Выплавка чугуна в мощных доменных печах/ В.А. Улахович.- М.: Металлургия, 1991.- 171 с.
4. Материалы в машиностроении. Выбор и применение. Т.4. Чугун: справочник в 5 томах / под ред. А.А. Жукова, А.Д. Шермана.- М.: Машиностроение, 1999.- 248 с.
5. Гуляев, А.П. Металловедение: учебник / А.П. Гуляев.- 5-е изд., перераб.- М.: Металлургия, 1998.- 647с.