М у н д а р и ж а I боб. Металларнинг кристалл тузилиши ва кристалланиш поцесси

а — цементитлангандан кейин бир марта тобланган (структура кам
углеродли мартенсит); б — цементитлангандан кейин иккинчи марта
тобланган (структура мартенсит билан феррит).

Шундай қилиб, углеродли пўлатдан ясалиб, цементитланган деталь ўзагининг қаттиқлиги термик ишлангандан кейин хам узгармай қолади, холбуки, легирланган пўлатдан ясалган деталь узагининг структурасида катта ўзгариш булади ва, демак, унинг қаттиқлиги ортади.

2- §. АЗОТЛАШ

Пўлатнинг сиртқи қатламини азотга туйинтириш процесси азотлаш деб аталади. Деталнинг азотга туйинтирилган сиртқи қатлами жуда қаттиқ, ейилишга жуда чидамли ва коррозиябардош булиб қолади.

Азотлаш процессини жахонда биринчи булиб (1913 йилда) рус олими Н. П. Чижевский текширди ва амалда жорий қилди.
Деталнинг азотланган қатлами жуда қаттиқ булганлиги ва азотлангандан кейин деталнинг улчамлари жуда оз ўзгарганлиги учун (бу узгариш азотланган датламнинг солиштирма хажми билан ўзагининг солиштирма хажми орасида фарқ хосил булишидан келиб чиқади, 256-бетга қаранг), деталлар узил-кесил термик ишлангандан ва силлиқла-ниб, зарур улчамга келтирилгандан кейингина азотланади.
Деталларнинг сирти аммиак оқимида 500—600°С температурада азотланади. Бунинг учун, кам углеродли пўлатдан ясалган, оғзи зич беркиладиган муфель печга сиртқи қатлами азотланадиган деталлар жойланади. Муфелга маълум тезликда аммиак (NH₃) юборилади, бу ерда аммиак парчаланади:

2NH₃ = 2N + ЗН₂.

Бу реакция натижасида ажралиб чиққан азот атомлари деталнинг сиртқи қатламига диффузиланади.

Азотлаш процессини тўғри тасаввур қилиш учун Fe—N системасининг холат диаграммаси билан танищиб чиқайлик. Бундай диаграмма 206- расмда тасвирланган, Бир фазали сохалар диаграммада штрихлаб қуйилган.
Fe—N еистемасида қуйидаги фазалар хосил булиши мумкин;
а) a-фаза, бу фаза азотнинг а-темирдаги қаттиқ эритмаси (азотли феррит). Азотли ферритда 591°С температурада 0,42%, 18°С температурада эса 0,10% чамаси азот булади.

206- расм Fе— N системаси xолат диаграммасининг бир қисми.

б) у-фаза, бу фаза азотнинг у-темирдаги қаттиқ эритмаси (азотли аустенит). Азотли аустенйт эвтектоид температураси (591°С) дан юқори температурадагина мавжуд була олади. Пўлат секин совитилса, 591°С да азотли аустенит парчаланиб, эвтектоид (а+.у') хосил қилади, эвтектоид таркибида 2,35% азот булади. Пўлат тез совитилса, у-фазадан азотли мартенсит хосил булади.

в) у'-фаза, бу фаза темир нитрид булиб, унинг химиявий таркиби Fe₄N формула билан ифодаланади; Fe-N нинг кристалл панжараси ёқлари марказлашган кубдир; у'-фаза да 6,9% азот булади.
г) e-фаза, бу фаза темирнинг Fe₂N таркибли нитриди бўлиб, унинг кристалл панжараси Гексагонал панжарадир.
Азот купгина легирловчи элементлар, масалан, хром, марганец, титан ва бошқалар билан бирикиб хам шу элементларнинг нитридларини хосил қилади (AIN, MoN, CrN, СrИ, MnN, TiN, VN ва бошқалар).
Легирланган пўлатдан ясалган деталнинг азотланган қатлами жуда қаттиқ (HV =1200 гача) булади. Азотланган қатламнинг жуда қаттиқ булиши нитридларнинг нихоятда майда (дисперслик даражаси жуда юқори) заррачалар тарзида эканлигидан келиб чиқади; бу заррачалар сирпаниш текисликларини блокировка қилиб (тусиб) қўяди.
Пўлатнинг диффузион (азотланган) қатламида, Fe—N холат диаграммасига ва процесс температурасига мувофиқ, азотли хар хил фазалар булади. Азотлаш температураси эвтектоид температурадан (591°С. дан) паст булса диффузион қатлам а, у' ва е-фазалардан иборат бўлади. Пўлат эвтоктоиддан юқори температураларда, масалан 650°С да азотланса, диффузион қатламда тўртта фаза a, Y, у' ва е-фазалар булиши мумкин (206-расмдаги диаграммага қаранг). Темирнинг 591°С дан юқори температурада азотланган қатламининг микроскопик тузилиши 207-расмда тасвирланган.
207-расм. Темирнинг азотланган қатлами (Ю- М. Лахтин).
207- расмдан куриниб турибдики, азотланган деталь сиртида "+ '- фазалар, ундан кейин а+у'-фазалар (эвтектоид), ундан кейин эса а-фаза хосил булади.
Амалда, легирланган пўлатдан ясалган деталлар азотланади. Пўлатда легирловчи элементларнинг булиши азотланган қатлам хосил булиш кинетикасини унча узгартирмайди. Пўлатда легирловчи элементлар бўлса, дастлаб, азотга туйинган а-эритма қавати, сунгра +с қавати, шундан кейин эса е + у '+ а-қавати хосил булади, айни хамонда
легирловчи элементларнинг нитридлари, масалан, CrN, MoN, AIN ва бошқалар хам хосил булади. Нитридлар деталь азотлаш температурасидан нормал температурагача совитилганда хам хосил булади, чунки совитилганда уларнинг азотли асосий фазаларда эрувчанлиги камаяди.
Диффузион қаватнинг чуқурлиги ва деталь сиртининг қаттиқлиги, асосан, азотлаш температурасига, азотлаш процессининг давом этиш вақтига ва азотланаётган пўлатнинг таркибига боглиқдир.

208- расм. Азотлаш температурасининг диффузион қатлам чуқурли-

гига (а) ва қаттиқлигига (б) таъсири. 38ХМЮА маркали пўлат
(Ю. М. Лахтин).

Азотлаш процессининг давом этиш вақти билан деталь сиртининг қаттиқлиги ва диффузион қатламнинг чуқурлиги орасидаги боғланиш 208- расмда тасвирланган.

Диффузион қатлам чуқурлигининг усиши температуранинг кутарилиши билан ортади, аммо детални азотлашда диффузион қатламнинг қаттиқлигини ошириш зарур булганлигидан температурани кутариш мумкин булмайди, чунки температура кутарилганда нитридларнинг дисперслик даражаси пасаяди. Таркибида термик барқарор нитридлар хосил қилувчи элементлар (А1, Сг, Мо) булган пўлатлар нитраллойлар деб аталади. Нитраллойларнинг азотланган қатлами жуда қаттиқ бўлади. Одатдаги конструкцион пўлатдан ясалган деталларнинг азотланган сиртқи қатлами айтарли даражада қаттиқ булмайди, углеродли пўлатдан ясалган деталлар азотланган қатламининг қаттиқлиги эса паст булади, чунки уларда легирловчи элементлар булмаганлигидан уларнинг нитридлари хам булмайди, темир нитридларига келсак, улар 500°С ва ундан юқори температураларда коагулланиб қолади.
Кам легирланган пўлатлардан ясалган деталларни азотлаш осон, яъни айни температурада талаб этилган қалинликдаги диффузион қатлам хосил қилиш учун кам вақт кетади, куп легирланган пўлатлардан ясалган деталларни эса азотлаш анча қийин булади. Масалан, зангламас пўлатдан ясалган деталларни азотлашда калинлиги 0,2—0,25 мм дан ортиқ диффузион қатлам хосил қилиб булмайди.
Азотланадиган деталлар СССРда 38ХМЮА (0,35—0,42% С, 1,5— 1,8% Сг, 0,15—0,25 %Мо, 0,7— 1,1 %А1) ва 35ХМЮА (0,30—0,38% С, 1,35—1,65% Сг, 0,4—0,6% Мо, 0,75—1,1 %А1) пўлатларидан тайёрланади.
Азотланган деталларнинг толиқиш чегараси 25—100% ортади.

209- расм. 35ХМЮА пўлатидан ясалган қилиндрик деталлар азотлангандан кейин шу деталлар диаметрининг узайишини курсатувчи эгри чизиқлар (И. Е. Конторович ва Р. И. Мочалкин): I —500°С да 48 соат давомида азотланган

(азотланган қатлам цалинлиги 0/34 мм);
11 — 500°С да 72 соат давомида азотланган
(азотланган қатлам калинлиги 0,49 -
мм); III — биринчи босқичда 500°С да
12 соат, иккинчи босқичда sea 600°С да-
12 соат давомида азотланган (азотланган
қатлам қалинлиги 0,35 мм); IV — биринчи
босқичда 500° С да 18 соат, иккинчи
босқичда эса 600°С да 18 соат давомида
азотланган (азотланган қатлам қалинлиги
0,57 мм); V — биринчи босқичда 500°С да
18 соат, иккинчи боскичда 600° С да 18
соат, учинчи боскичда эса 500°С да -6
соат давомида азотланган (азотланган-
қатлам қалинлиги 0,75 мм).

Деталларни азотлаш процесси 500— 520°С температурада, купинча, 24—60 соат давом этади. Азотлаш вақтини қискартириш учун азотлашнинг босқичли усулйдан фойдаланилади. Икки босқичли процессдан фойдаланилганда энг яхши натижаларга эришилади. Бунда деталь олдин 500—520°С да азотланиб, сунгра температура 600—620°С га етказилади. Азотлашнинг биринчи босқичида диффузион қатламнинг қаттиқлиги юқори даражага етади, температуранинг 600— 6203С га етказилиши натижасида эса талаб

этилган қалинликдаги диффузион катлам хосил қилиш учун кетадиган вақт кисқаради.
Коррозияга қарши (декоратив) азотлаш процесси, одатда, 600—700°С темпе-
ратурада утказилади. Бу процесснинг давом этиш вақти 10—15 минутдан 3—6 соатгача боради.
Деталлар азотланган қатламининг солиштирма хажми билан узагининг (ички қисмининг) солиштирма хажми орасида фарқ хосил булади, бунинг оқибатида эса азотланган деталларда катта ички кучланишлар диффузион қатламда сиқувчи, узакда эса чўзувчи кучланишлар вужудга келади, шу сабабли, азотланган деталлар деформацияланади. Азотланган деталларнинг қанчалик деформацияланишини 35ХМЮА пўлатидан ясалган цилиндрик деталлар мисолида куриш мумкин (209-расм).
Деталларни азотлаш вақтида улар тоб ташлаши, мурт булиб қолиши, уларнинг қаттиқлиги етарли даражада булмаслиги, Диффузион қатламда майда говаклар хосил булиши мудокин. Бу нуқсонлар материалнинг сифатига, азотлаш шароитига, деталларни азотлашдан олдин термик ва механик ишлаш режимларига хамда уларга азотлангандан кейин ишлов бериш режимига боглиқдир.