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

Б. ЧЎЯННИ ТЕРМИК ИШЛАШ


I. ЧЎЯННИ ТЕРМИК ИШЛАШ НАХАРИЯСИ АСОСЛАРИ

Чўянларни термик ишлашдан кўз да тутиладиган мақсад уларнинг структурасини (тузилишини), хоссаларини ва кучланганлик (зўриққанлик) холатини ўзгартиришдан иборатдир. Чўянларни термик ишлашнинг ўзига хос хусусиятлари шундан иборатки, биринчидан, цементитни парчалаб, унинг таркибидаги углерод эркин холатга— графит холатига ўтказилади, иккинчидан, бирикма таркибига кирадиган углерод миқдорини (перлит миқдорини) ошириш мақсадида эркин углерод

(графит) эритилади.
Цементитнинг парчаланиши. Пўлатни термик ишлаш усулларини кўриб чиқишда цементитнинг барқарор фаза эмаслиги айтиб утилган эди. Бинобарин, чўянлар таркибидаги цементит хам маълум шароитда парчаланиб, барқарор фазалар — аустенит билан графит ёки феррит билан трафит хосил қилади. P'S'K' чизиғидан (738°С дан) юқоридат (127-расмга қаранг) аустенит билан графит барқарор фазалардир, демак, бу температурада цементит аустенит билан графитга парчаланади, P'S'K' чизиғидан (738°С дан) паст температурада эса феррит билан графит барқарор бўлиб, цементит ана шу фазаларга парчаланади.
Цементитнинг парчаланиб графит хосил қилиш прОқ есси; қаттиқ холатда графитланиш деб аталади (бу туррида V боб, чўянлар булимининг'1-параграфига хам қаранг, 150-бет). Температура кутарилган сари цементитнинг парчаланиш прОқ ессй тезлашади. Ватанимиз заводларида олинган маълумотларга кўра, чўяндаги эвтектика таркибига кирувчи цементит, билан иккиламчи цементит 800°С температурада 300 минут давомида, 1050°С температурада эса атиги 4 минут давомида парчаланиб бўлади. Цементитнинг айни бир температурада парчаланиш (изотермик парчаланиш) вақти хам хар хил бўлади. Цементитнинг изотермик парчаланиши билан вақт орасидаги боғланишни кўрсатувчи эгри чизиқ 183- расмда тасвирланган.
Цементитнинг изотермик парчаланиш прОқ есси дастлаб секинроқ бориб, сўнгра жуда тезлашуви, уНдан кейин эса (90% цементит парчаланиб булгач) яна секинлашуви 183- расмдаги эгри чизиқдан яққол кўриниб турибди. Совет олимларидан С. А. Салтиков, Г. Н. Троицкий, А. Д. Ассонов хамда В. И. Прядилов тадқиқотларининг кўрсатишича, оқ чўян қиздирилиб, сўнгра сувда, мойда ёки завода тобланса, цементитнинг парчаланиш тезлиги ошиб кетади. Бунинг сабаби шуки, чўян тоблангандан кейин цементитнинг парчаланиш марказлари сони анча ортади. Масалан, одатдаги оқ чўян юмшатилганда унинг хар мм² сатхида 50 га яқин графит харрачаси бўлса, олдиндан тобланиб, сўнгра юмшатилгандан кейин бундай заррачалар сони 4000 га етади.
Цементитнинг парчаланиш тезлигига (графитланиш прОқ ессига) қўшимчалар хам катта таъсир этади (бу туррида V боб, чўянларга оид бўлимнинг 2-параграфида батафсилроқ сўзланган 153-бет); масалан, чўянга 0,1—0,2% алюминий қўшилса, цементитнинг парчаланиши тезлашади. Алюминий (А1), углерод (С), кремний (Si), титан (Ti) ва никель

183- расм. Цементитнинг изотермик парчаланиши

билан вақт орасидаги боғланиш графиги (100% вакт
цементитнинг батамом парчаланишига тўғри келади).

(Ni) цементитнинг парчаланиш проқ ессини тезлатади, вольфрам (W), марганец (Мп), молибден (Мо), олтингугурт (S) ва хром (Сг) эса секинлаштиради.

Чўяндан деталь қўйиш шароити хам цементитнинг парчаланиш тезлигига таъсир қилади. Суюқ чўяннинг бирламчи кристалланиш тезлиги қанчалик катта ва, демак, чўяннинг харрачалари қанчалик майда бўлса, цементит шунчалик тез парчаланади.
Цементитнинг парчаланиши натижасида паға-паға (бодроқ нусха) графит хосилбўлади, бундай графит юмшаш графиты ёки юмшаш углеродидир (184-расм, б ). Паға-паға графитнинг ташқи кўринишини 132-

184- расм. Ок чўян юмшатилганда структурасининг

ўзгариши х 100:
а — юмшатишдан олдин; 6 — графитловчи одатдаги юмшатишдан
кейин; в — олдин тоблаб олиниб, сўнгра юмшатилгандан кейин.

расмдан қаранг, 156-бет. Агар оқ чўяннинг юмшатишдан олдинги структураси (184-расм, а) билан юмшатилгандан кейинги структурасини (184-расм, в) бир-бирига солиштириб курсак, чўян юмшатилгандан, яъни цементит парчалангандан кейин углерод цементит бўлган жойга эмас, балки бошқа хар хил жойларга тупланганлйгйни кўрамиз. Демак, бунда углерод диффузияси содир бўлар экан.

Цементитнинг парчаланиш прОқ есси қуйидаги прОқ есслардан иборат:
а) цементитнинг парчаланиб, ундаги углероднинг аустенитга (критик температурадан юқорида) ёки фёрритга (критик температурадан пастда) ўтиш прОқ есси;
б) углерод харрачаларининг графитланиш марказига аустенит орқали диффузиаланиш прОқ есси;
в) графитланиш марказидан темир харрачаларининг кетиши, яъни углерод харрачалари учун жой бўшаш прОқ есси—кўз диффузия;
г) аустенитдан'углероднинг ажралиб чициб, графит донасининг ўсиши.
Равшанки, айни температурада мураккаб прОқ есснинг умумий тезлиги шу температурада энг секин борадиган прОқ ессцинг тезлигига 6орлиқ бўлади.
Юқорида айтиб утилган прОқ есслар натижасида углероднинг сфероид шаклидаги доналари — юмшаш углероди хосил бўлади. Бу прОқ есс аустенит орқали парчаланиш деб аталади.
Цементитнинг парчаланиши ва углероднинг диффузиаланиши алохида-алохида прОқ есслардир. Уларнинг тезликлари бир-бирига боғлиқ бўлмаган холда ўзгаради. Температура кутарилган сари цементитнинг парчаланиш тезлиги билан углероднинг диффузиаланиш тезлиги ортади.
Бирор температурагача углероднинг диффузиаланиш тезлиги цементитнинг
парчаланиш тезлигидан катта бўлади, бу температурани критик температура деб атаймиз ва t_кр билан белгилаймиз. t_кр дан юқорида углероданинг диффузиаланиш тезлиги цементитнинг парчаланиш тезлигидан кичик бўлади. Демак, чўян t_кр дан паст температурада юмшатилса, цементитнинг парчаланишидан хосил бўлган углероднинг хаммаси аустенит орқали ўтиб графитланиш марказида тупланишга улгуради; агар чўян t_кр дан юқори температурада юмшатилса, цементитнинг парчаланишидан хосил бўлган углерод аустенитдан утйшга улгура олмай, асосан, цементит бўлган жойнинг ўз ида қолади. Бунинг натижасида сфероид шаклли углерод эмас, балки пластинка нусха углерод хосил бўлади, бу углерод юмшаш углероди дейилмай, тўғридан-тўғри графит деб, цементитнинг бундай парчаланиши эса бевосита парчаланиш деб аталади.
Чўянда юмшаш углероди хосил қилиш керак бўлса, уни t_кр нуқтадан юқори температурагача Қиздириш ярамайди. Одатдаги оқ чўянлар учун t_Kp= 1080— 1125°С. Баъзи элементлар, жумладан кремний, t_кр нуқтани пасайтиради, шунинг учун таркибида кўп миқдор кремний бўлган оқ чўян юмшатилганда пластинка нусха графит хосил бўлиши мумкин.
Цементит А₁ критик нуқтадан юқори температурада парчаланганда аустенит билан юмшаш углероди хосил бўлади (графитланишнинг биринчи босқичи). Фақат феррит билан юмшаш углеродидан иборат структура хосил цилищ, яъни тўла графитланиш прОқ ессини амалга
ошириш учун чўян ё стабил (барқарор) система (темир — графит сиетемаси) бўйича яна совитилиши ёки А₁ критик нуқтадан пастроқ температурада маълум вақт тутиб турйлиши керак (графитланишнинг иккинчи боскичи). Чуя стабил система буйича совитилганда аустенитдан ортиқча углерод ажралиб чиқади, А₁ критик нуқтадан паст температурада тутиб турилганда эса перлит таркибидаги цементитдая углерод ажралиб чиқади.
Чўянни совитишнинг аустенитдан углерод ажралиб чиқиши учун зарур бўлган тезлиги чўяннинг химиявий таркибига боғлиқ . Чўянда графитловчи элементлар (А1, С, Si, Ti ва Ni) миқдори қанча кўп бўлса, совитиш тезлиги шунча катта бўлади. Перлитдаги цементитнинг парчаланиш тезлиги хам чўяннинг химиявий таркибига боғлиқдир: кремний прОқ ессии тезлаштирса, хром ва марганец сусайтиради.
Чўянни термик ишлашнинг яна бир усули эркин углеродни эритиш усулидир. Бу усулдан феррит билан графит ёки феррит, графит ва перлитдан иборат кулранг ёки боғлаланувчан чўянларда химиявий бирикма холидаги углерод миқдорини ошириш учун фойдаланилади. Маълумки, углерод у темирда а-темирдагидан кўра кўпроқ миқдорда эрийди, демак углеродни эритиш учун чўян критик нуқтадан юқори температурагача қиздирилиши керак. Чўян критик нуқтадан юқори температурагача қиздирилгандагина а-темир у-темирга айланади. Эркин углеродни эритиш прОқ есси цементитлаш просессига (244-бетга қаранг) ухшашдир, фарқи фақат шундаки, айни холда углерод (карбюризатор) ташхарида эмас, балки чўяннинг ўз ида —графит харрачалари тарзида бўлади. Чўяндаги графит харрачалари бир-бирига жуда яқин
бўлганлигидан, углероднинг уфазага диффузиаланиш йули жуда қисқа бўлади ва, шунинг учун, у-фазанинг темир —графит диаграммасидаги S'E' чизиғига яқин концентрациягача углеродга туйиниш прОқ есси нисбатан тез утади.
Эркин углероднинг хаммаси аустенитда эрийди деган тушуннага келиш ярамайди. Аустенитда 1,1—1,3% углеродгина эрий олади, чўянда эса, одатда, 2,5—3,5% углерод бўлади. Демак, эркин углероднинг фақат бир қисмигина эритмага ўта олади, бир қисми эса графит тарзида қолади. Бинобарин; чўян термик ишланганда шу чўяндаги графит қўшилмалар амалий жихатдан олганда ўзгармай қолади.