БЕРІКТІГІ-ЖО_АРЫ-БОЛАТ. Беріктігі жоары осындылы болат
 Скачать 61.5 Kb.
|
|
Мазмұны Кіріспе...................................................................................................................... 3 Беріктігі жоғары қосындылы болат...................................................................... 4 Тозуға төзімді болат............................................................................................... 9 Қорытынды........................................................................................................... 10 Қолданылған әдебиеттер...................................................................................... 11 Кіріспе Болат көп компонентті көміртекті темір қорытпасы. Құрамында тұрақты элементтер (Si, Mn, S, P) мен көміртегісі 0,025-2,14%, негізі темір қорытпаны көміртекті болат деп атайды. Қазіргі кезде болат өндіру негізінен екі сатылы темір кені шойын болат сұлбасы бойынша жүзеге асырылады, яғни алдымен домна пешінде шойын алу, содан кейін болат қорыту тәсілдерінің бірімен шойыннан болат өндіру. Қазіргі кездегі болат өндіру тәсілдерінен электрлік пештерде және оттегілі конвертерлерде болат қорытуды атаған жөн. Мартендік тәсілмен болат алу жылдан жылға азаюда. Себебі, конвертерде сұйық шойынды оттегімен жоғарыдан үрлеу арқылы болат қорыту процесі ашылып, болат өндіру негізінен осы тәсілмен іске асырыла бастаған соң, дүниежүзілік практикада мартен пешін салу доғарылды. Көптеген елдерде мартен пештері оттегілі конвертерлермен немесе электродоғалық пештермен ығыстырылды. Қазақстанда да мартен пешінде болат қорыту доғарылды. Болат қорытудың дүниежүзілік практикасында электродоғалық пештер мен оттегілі конвертерлер бірін бірі толықтырып, болат өндірудің басты бағытына айналды. Беріктігі жоғары қосындылы болат Техниканың дамуы, салмағы мейлінше аз болатын машина жасауға ұмтылу беріктік шегі 1500 – 2000 МПа немесе одан да жоғары конструкциялық материалдарды қолдануды талап етеді. Беріктігі жоғары болаттардың белгілі бір тұтқырлық қоры болып, соққы тұтқырлығы ең аз дегенде 0,2 МДж /м2 болу керек. Беріктігі жоғары болат бөлшектерінің жұмыстық кернеуін аққыштық шегінің ( 0,2 ) мәні бойынша есептеумен қатар жарықшақ өлшемін, оның критерийі К1с параметрін есепке алу керек. Цементацияланатын төменгі көміртекті және жақсартылатын орташа көміртекті қосындылы болаттардың ең жақсы маркаларының өздеріне тән термиялық өңдеуден кейін беріктік шегінің мәні 1200 – 1400 МПа екені белгілі. Сондықтан болаттың жоғары беріктігін, оның морт сынуға жоғары қарсыласуымен ұштастыру үшін қолданылады: 1) орташа көміртекті кешенді қоспаланған төменгі босаңдатылған және термия – механикалық өңделген беріктігі жоғары болат; 2) мартенситті ескіретін болат; 3) метатұрақты аустенитті болат. Кешенді қоспаланған төменгі босаңдатылған беріктігі жоғары болат. Көміртекті болаттардың механикалық қасиеттерін қарастырғанымызда, көміртегі мөлшері 0,4% – дан асқанда, болаттың беріктігі аз өзгеретінін, ал соққы тұтқырлығының күрт төмендейтінін көрдік. Сондықтан керекті беріктік пен тұтқырлықты алу үшін 0,4 % көміртегі бар болатты Cr, Ni, Mn, Si, Mo, W және басқа элементтермен кешенді қоспалайды. Болаттың соққы тұтқырлығын никель (1,5 – 3%) қосу арқылы арттырады. Никель мөлшері неғұрлым көп болса, суықта сынғыштық табалдырығы соғұрлым жақсы. Керекті шынықтырылу тереңдігін алу үшін хром мен марганец қосады. Карбидтүзгіш элементтер болат кристаллитін ұсақтау үшін керек. Беріктігі жоғары болатта хром мөлшері 5 % – дан, марганец пен никель мөлшері 2 – 4 % – дан, молибден, вольфрам және кремний мөлшері 1% – дан аспайды. Жоғары беріктікке ( в=1800 – 2000 МПа, КСU = 0,2 – 0,4 МД ж/м2 ) болаттар шынықтыру мен төменгі босаңдатудан (250 – 300˚С) кейін ие болады. Көбірек тараған беріктігі жоғары болаттарға 30ХГСНА, 40ХГСН3ВА, 30Х5МСФА, 40ХН2СМА, 30Х2ГСН2ВМ және т.б жатады. Орташа көміртекті термия – механикалық өңделетін беріктігі жоғары болат. Болатты термия – механикалық өңдеуде деформациялық беріктендіру фазалық түрленіспен ұштастырылып, оның әрі беріктігі, әрі пластикалығы мен тұтқырлығы арттырылады. 55ХГР, 40ХНМА, 38ХМ3МА, 38ХАЗМА, 30Х5М2СФА маркалы және басқа орташа көміртекті қосындылы болаттарға беріктендірудің екі түрін қолдану арқылы, оның жеткілікті пластикалық және тұтқырлығымен, беріктік шегін 2000 – 2800 МПа – ға дейін жоғарылатуға мүмкіндік туады. Термия – механикалық өңдеуде болаттың беріктік шегі, кәдімгі термиялық өңдеумен (шынықтыру + төменгі босаңдату) салыстырғанда 10 – 20%, ал пластикалық пен тұтқырлық көрсеткіштері 1,5 – 2 есе артады. Термия – механикалық өңдеу жоғары температуралық термия – механикалық өңдеу және төменгі температуралық термия – механикалық өңдеу болып бөлінеді. Жоғары температуралық термия – механикалық өңдеуде аустениттік күйдегі болатты (қыздыру Ас3 нүктесінен жоғары ) деформациялап, бірден шынықтырып, төменгі босаңдатудан өткереді. Төменгі температуралық термия – механикалық өңдеуде болат деформациясы аустениттің жоғары тұрақты температуралық аймағында (400 – 600˚С ) орын алады. Болаттың ең жоғары беріктенуі ( в=2800МПа) төменгі температуралық термия – механикалық өңдеуде орын алып, жоғары температуралық термия – механикалық өңдеуде беріктік шегі төмендеу ( в =2400МПа), бірақ пластикалық көрсеткіштері мен соққы тұтқырлығы жоғары. Жоғары температуралық термия – механикалық өңдеудің технологиялығы жақсы және одан өткеруге көптеген орташа көміртекті қоспаланған болаттар жарамды. Сонымен қатар жоғары температуралық термия – механикалық өңделген болаттың суықта сынғыштық табалдырығы жақсы, қажуға қарсылығы мен К1с параметрі жоғары. Мартенситті ескіретін беріктігі жоғары болат. Мартенситті ескіретін болаттар беріктігі жоғары материалдардың жаңа тобы. Бұрынғы қарастырған болаттардың беріктігін жоғарылату көміртекті мартенситті қалыптастыру немесе карбидтік беріктендіру арқылы жүзеге асатын. Ал мартенситті ескіретін, көміртегі өте аз (0,03% – дан кем), жоғары қоспаланған, интерметаллидті фазалардың кұрылуына байланысты беріктенетін, беріктігі жоғары болат. Мартенситті ескіретін болаттар Fe – Ni – Mo, Fe – Ni – Co – Mo, Fe – Cr – Ni – Mo, Fe – Cr – Ni – Co – Mo жүйелері негізінде құрылған. Сонымен қатар Al, V, W, Nb, Si, Ti және т.б элементтермен қоспаланған. Конструкциялық материалға керекті беріктік, пластикалық пен тұтқырлықтың ең жақсы үйлесімі құрамында 17 – 19% Ni; 7 – 12% Co; 3 – 5% Mo; 0,2 – 1,6% Ti бар мартенситті ескіретін беріктігі жоғары болаттарға тән. Техникада көбірек қолданыс тапқан болаттың бірі құрамында 0,03% – дан кем көміртегі; 16,7 – 19,0% Ni; 8,5 – 9,5% Co; 4,6 – 5,5% Mo; 0,5 – 0,8 %Ti; 0,15% Al бар Н18К9М5Т маркасы. Шынықтырылған болаттың (820˚С, ауа) беріктік шегі 1000 – 1100 МПа, пластикалығы (δ = 18 – 20%, Ψ = 70 – 80%) мен соққы тұтқырлығы (KCU = 2 – 2,5 МДж/м2 ) жоғары. Болаттың негізгі беріктенуі ескіру процесі (480 – 500˚С) кезінде, мартенситтен ұсақ дисперсиялы интерметаллидті фазалар бөлінгенде орын алады. Ескіруден кейін болат беріктік шегі 1900 – 2100 МПа-ға дейін артса, пластикалық қасиеттері (δ = 8 – 10%, Ψ = 45 – 55%) мен соққы тұтқырлығы (KCU = 0,5 – 0,7 МДж/м2 ) төмендейді. Метатұрақты аустенитті беріктігі жоғары болат. Метатұрақты аустенитті болаттар пластикалы келген беріктігі жоғары материалдардың жаңа тобы. Олар құрамында 8 – 14% Cr; 8 – 32% Ni; 0,5 – 2,5% Mn; 2 – 6% Mo; 2% Si бар, жоғары қосындылы болаттар (30Х9Н8М4Г2С2, 25Н25М4Г1). Шынықтыру процесінде (1000 – 1100˚С) болат жоғары тұтқырлы, бірақ аққыштық шегі төмен аустениттік құрылым түзеді. Сондықтан болатты беріктендіру мақсатымен, оны қайта кристалдану температурасынан төмен (400 – 600 ˚С) температураға дейін қыздырып, 50 – 80% – дық қысу дәрежесімен пластикалық деформациялайды. Сонда болаттың деформациялық беріктенуі, оның деформациялық ескіру процесінде карбидтік беріктелуімен ұштасады. Сөйтіп, болаттың деформация – термиялық беріктенуінен, оның аққыштык шегі 1800 МПа – ға дейін жоғарылайды. Сонымен қатар болаттың пластикалығы (δ=20%) және жарықшаққа төзімділігі К1с, басқа беріктігі жоғары болаттармен салыстырғанда, жоғары. Болаттың конструкциялық беріктігі Конструкциялық материалдың жоғары эксплуатациялық қасиеті, жақсы технологиялық қасиеті әрі арзан болуы керек. Сенімді пайдалану қасиеттерімен, жұмыс қабілетін қамтамасыз ету үшін, материалдың конструкциялық беріктігі болу керек. Бір-бірінен машина бөлшектері пішінімен, өлшемімен, түрімен, жүктеме өзгешелігімен және пайдалану жағдайымен ерекшеленеді. Конструкциялық материалдың эксплуатациялық талаптарының маңызы зор. Нақты жағдайда машина, аспап немесе механизмнің жұмыс қабілеті материалдың конструкциялық беріктігіне байланысты. Болаттың конструкциялық беріктігі және оны бағалау. Нақты пайдалану жағдайында бөлшектің ұзақ та сенімді жұмысын қамтамасыз ететін материалдың жиынтық қасиетін конструкциялық беріктік деп атайды. Конструкциялық беріктік материалдың өз қасиеттерімен ғана емес, сонымен қатар жүктеме түріне, бөлшекті пайдаланудың температурасы және жұмыс ортасына байланысты. Материалдың конструкциялық беріктігі беріктілік (материалдың пластикалық деформацияға қарсыласуы), сенімділік (морт қирауға қарсыласу) және ұзақжарамдылық (берілген уақыт ішінде материалдың бөлшек жұмыстық қабілетін қамтамасыз етуі), яғни конструкциялық беріктік – материалдың беріктілік, сенімділік және ұзақтылық критерийлерінен тұратын жиынтық сипаттама. Материалдың беріктілік критериі оның жұмыс істеу жағдайына байланысты таңдалады. Конструкциялық материалға статикалық күш түскенде, беріктілік критериі ретінде, материалдың пластикалық деформацияға қарсыласуын сипаттайтын аққыштық шегі σт , σ0,2 алынады. Аққыштық шегінің мәні неғұрлым көп болса, соғұрлым бөлшекке үлкен кернеу түсіруге, соның арқасында тетік салмағы мен өлшемін азайтуға болады. Көптеген машина бөлшектеріне циклдік жүктеме әсер етеді. Олардың беріктілік критериі ретінде төзімділік шегі (σ-1, σR) алынады. Жоғары циклдік жүктеу кезінде, материалдың қажулық қирауы орын алмайтын ең жоғары кернеуін төзімділік шегі дейді. Материал беріктігі жоғарылаған сайын, оған түсетін кернеу ұлғайып, серпімді деформация артады , (4.43) Мұндағы Е – серпімділік модулі. Серпімді деформацияны шектеу үшін, материалдың қатаңдық критериі болып табылатын, серпімділік модулі жоғары болу керек. Сенімділік – материалдың морт қирауға қарсы тұру қасиеті. Пайдалану (эксплуатация) кезінде бөлшектің морт қирауы, оның жұмысын бірден тоқтады. Морт сынбау үшін, материалдың пластикалық қасиеттері (δ, φ) және соққы тұтқырлығы (КС) жоғары болу керек. Бірақ бұл көрсеткіштер беріктігі жоғары емес материалдардан жасалған бөлшектердің эксплуатациялық жағдайын дұрыс сипаттағанмен, беріктігі жоғары, пластикалығы төмен материалдардың пайдалану жағдайын бағалауға жеткілікті бола бермейді. Тетік салмағын азайтуға тырысу беріктігі жоғарылау, бірақ пластикалығы төмендеу материалдарды қолдануға жағдай туғызады. Сондықтан беріктігі жоғары материалдардың конструкциялық беріктігін бағалау үшін, стандартты көрсеткіштер жеткіліксіз болғандықтан, болаттың мортты қирауға қарсыласуын – жарықшаққа төзімділігін және суықта сынғыштығын анықтайды. Материалдың жарықшаққа төзімділігі –тұтқыр қирау параметрі К1с немесе жазық деформация кезіндегі кернеудің қарқындылық коэффициенті арқылы бағаланады. Егер К1с параметрінің мәні белгілі болса, онда әрекет етуші кернеу бойынша, жарықшақтың қауіпті мөлшерін анықтауға болады немесе белгілі бір мөлшерлі жарықшақ бар да, бөлшектің қирауы кернеудің қандай мәнінде орын алатынын табуға болады. К1с коэффициенті неғұрлым үлкен болса, соғұрлым материалдың морт қирауға қарсыласуы және сенімділігі жоғары. Суықта сынғыштық табалдырығы материалдың морт қирау бейімділігіне температура төмендеуінің әсерін сипаттайды. Суықта сынғыштық табалдырығы неғұрлым төмен температураға тең болса, соғұрлым металл сенімдірек. Суықта сынғыштық табалдырығы мен тетіктің эксплуатациялық температурасын білу арқылы, оның температуралық тұтқыр қорын бағалауға болады. Температуралық тұтқыр қоры суықта сынғыштық табалдырығы мен тетіктің жұмыстық температурасының аралығы. Температуралық тұтқыр қоры неғұрлым көп болса, соғұрлым металдың морт қирау қаупі азаяды. Ұзақжарамдылық– бөлшектің жұмыс қабілетін берілген уақыт ішінде қамтамасыз етіп, материалдың біртіндеп істен шығуына қарсылық көрсету қасиеті. Қажу, тозу, коррозия және т. б. процестердің үдеуінен материалдың жұмыстық қабілеті азаяды. Материалдың көптеген рет қайталанатын кернеу цикліндегі жұмыс қабілетін циклдік ұзақтылығы сипаттайды. Бір период ішінде σmax және σmin мәні арасында кернеу өзгерісінің жиынтығын кернеу циклі дейді. Кернеу циклі циклдік коэффициентпен (R) сипатталады. Цикл коэффициенті симметриялы (R = –1) және асимметриялы (R = min/ max ) болады. Циклдік жүктеме әсерінен жарықшақ пайда болып, ол ұлғайып, материалдың қирауын қажу дейді. Материалдың қажуға қарсы тұру қасиетін төзімділік деп атайды. Қажуға сынақ жүргізу арқылы материалдың төзімділік шегін анықтайды. Цикл коэффициенті асимметриялы болғанда төзімділік шегін σR деп белгілейді, ал цикл коэффициенті симметриялы болғанда – σ-1. Материалдың циклдік ұзақтығы мен беріктігі құрылымына, бөлшек бетінің сапасына, жұмыс ортасының коррозиялық әсеріне және т. б. байланысты. Тозу – үйкеліс күші әсерінен материалдың беткі қабатының біртіндеп мүжіліп бүлінуі. Тозуға төзімділік – үйкеліс жағдайында материалдың тозуға қарсылық көрсету қабілеті. Тозуға төзімді болат Машина бөлшектерін ұзақ уақыт пайдалану мүмкіншілігі материалдың тозуға төзімділігіне байланысты. Материалдың тозуы металл бөлшектердің бір – бірімен үйкелісі, жұмыстық ортаның әсері, қатты түйірдің бөлшек бетін тырнауы және т.б. беттік процестер арқылы орын алады. Үлкен қысым мен соққылы жүктеме түсетін үйкеліс жағдайында, құрамында 0,9 – 1,3% С; 11,5 – 14,5%Мn бар 110Г13Л маркалы аустенитті құйма болаты қолданылады. Болаттың тозуға жоғары төзімділігі аустениттің деформация кезінде бекемделуге бейімділігінен. Болаттан экскаватор шөмішінің тісін, ұсатқыштың жағын, темір жол айқышын және т.б. жасайды. Құйма болат құрылымы аустенит пен түйіршік шекарасында орналасқан (Fe,Mn)3С карбидтерінен тұрады. Карбидтер болат беріктігі мен тұтқырлығын төмендететіндіктен, оны 1100˚С – ға дейін қыздырып, суда шынықтырады. Қыздыру кезінде карбидтер аустенитте еріп, шынықтарудан кейін тұрақты аустениттік құрылым түзіледі. Оның механикалық қасиеттері: в =800 – 1000 МПа; 0,2 = 250 – 350 МПа; δ = 35 – 45%; Ψ = 40 – 50%; НВ 1800 – 2200 МПа. Қаттылығы және аққыштық шегі төмен, ал пластикалығы жоғары болатқа соққылы күш түскенде, оның беткі қабатында көптеген кристалдық ақаулар пайда болып, болат қаттылығы НВ 6000 МПа – ға дейін жоғарылап, тозуға төзімділігі артады. Қорытынды Техниканың дамуы, салмағы мейлінше аз болатын машина жасауға ұмтылу беріктік шегі 1500 – 2000 МПа немесе одан да жоғары конструкциялық материалдарды қолдануды талап етеді. Беріктігі жоғары болаттардың белгілі бір тұтқырлық қоры болып, соққы тұтқырлығы ең аз дегенде 0,2 МДж /м2 болу керек. Конструкциялық материалдың жоғары эксплуатациялық қасиеті, жақсы технологиялық қасиеті әрі арзан болуы керек. Сенімді пайдалану қасиеттерімен, жұмыс қабілетін қамтамасыз ету үшін, материалдың конструкциялық беріктігі болу керек. Бір-бірінен машина бөлшектері пішінімен, өлшемімен, түрімен, жүктеме өзгешелігімен және пайдалану жағдайымен ерекшеленеді. Конструкциялық материалдың эксплуатациялық талаптарының маңызы зор. Нақты жағдайда машина, аспап немесе механизмнің жұмыс қабілеті материалдың конструкциялық беріктігіне байланысты. Машина бөлшектерін ұзақ уақыт пайдалану мүмкіншілігі материалдың тозуға төзімділігіне байланысты. Материалдың тозуы металл бөлшектердің бір – бірімен үйкелісі, жұмыстық ортаның әсері, қатты түйірдің бөлшек бетін тырнауы және т.б. беттік процестер арқылы орын алады. Қолданылған әдебиеттер 1. Ғазалиев А.М., Егоров В.В., Исин Д.Қ Машина жасау өндірісінің технологиялық және химиялық процестері: Оқулық/А.М.Ғазалиевтің редакциясымен.-Алматы: Білім, 2010.-740 б. 2. Материаловедение и технология металлов: Учебник/ Батышев А.И., Смолькин А.А., Егоров В.В. и др.; Под ред. А.И.Батышева и А.А. Смолькина.-Караганда: КарГТУ, 2011.-371 с. 3. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник/ Арзамасов В.Б., Волчков А.Н., Головин В.А. и др; Под ред. В.Б.Арзамасова и А.А.Черепахина.-М.: Академия, 2007. |