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

mFeO+nЭ Э_nO_m+mFe

бу тенглама схемасидаги Э — оксид хосил қилувчи элемент. Тд, V, А1 ва бошқалар ана шундай элементлар жумласига киради.

Углерод билан яқиндош булган купчина элементлар. Цементитда эрийди ёки алохида карбид фазалар хосил қилади. Карбид фадалар хосил қилувчи элементлар жумласига Д. И.Менделеевнинг даврий системасида темйрдан чапроқда турган элементлар, масалан, Tiv V, Сг, Мп, Zr, Nb, Mo, Тс, Hf, Та, W, Re элементлари киради. Бу элементлар карбид хосил цадшбгина қолмай, балки темирда эрийди хам. Демак, курсатиб утилган элементлар маълум нисбатда хам карбидлар, хам қаттиқ эритмалар хосил қилади. Бу нисбат пўлатдаги шу элементлар билан углерод миқдорига боглиқ булади.
Легирловчи элементларнинг углерод, азот, кислород, ва бордан бошқа, шунингдек, Менделеев даврий системасида. темйрдан анча узоц турган металлоидлардан бошқа кўпчилиги темирда йнчагина миқдорда эрийди. Менделеев даврий системасида темйрдан унгроцда турган элементлар, масалан, кобальт, никель, мис ва бошқалар темирда эрийди,
аммо карбидлар хосил ыилмайди.
Юқорида айтилганлардан легирловчи элементларнинг жуда купчилиги феррит, аустенит ва цементитда эрийди ёки махсус карбидлар хосил қилади деган хуЛосага келамиз.
Легирловчи элементларнинг ферритга таъсири. Легирловчи элементларнинг а-темирда эриши темирнинг кристалл панжарасидаги темир атомлари урнини легирловчи Элемент атомлари олишидан иборат, демак, бунда урин олиш қаттиқ эритмаси хосил булади. Легирловчи элементлар атомларининг улчамлари темир атомларининг улчамларидан фарқ қилганлигй учун легирловчи элемент атомлари темирнинг кристалл панжарасидаги темир, атомлафи урнини олганда панжарада кучланишлар хосил булиб, бунинг оқибатида панжаранинг параметри (даври) узгаради легирловчи элемент атомининг улчами темйр атрминйкидай кичик булса, панжаранинг параметри кичраяди, легирловчи элемент атомининг улчами темир атомникидан катта булган тацдирда эса панжара параметри катталашади а-панжара параметрининг узгариши натижасида ферритнинг хоссалари хам узгаради.
Кристалл панжараси, худди а-темирники каби, яъни цажми марказлашган куб булган Сг, W ва Мо элементлари ферритнинг пухталигини бошқа тип панжарали элементлардан (Mri, Si ва Ni дан) кўра камроқ оширади, 1 % дай ортиқ марганец, ва И/о дан ортиқ кремний, шунингдек, вольфрам ва молибден ферритнинг харбий қовушоқлигини пасайтиради. 1% дан ортиқ хром ферритнинг қовушоқлигини нисбатан кам пасайтиради, никель эса мутлақо пасайтйрмайди, балки сал оширади. Демак, юқорида курсатиб утилган элементлар ичида энг қимматлиси Еикелдир, чунки никель ферритни етарли даражада пухта қилиш билан бирга, унинг қовушоқлигини пасайтирмайди, бошқа элементлар г эса ферритнинг қовушоқлигини унча пасайтирмаса цам, аммо ферритни I етарли даражада пухта цилмайди (масалан, Сг) ёки ферритни жуда нухта қилгани билан унинг қовушоқлигини пасайтириб юборади (масалан, Мп ва Si).
Вольфрам, молибден ёки кремнййни эритган ферритнинг хоссалари қотишманинг тез ёки секин совитилишига боглиқ булмайди, марганецни ёки никелни эритган ферритнинг хоссалари эса котишманинг совитилиш тезлигига боғлиқдир, яъни тез совитилган ферритнинг қаттиқлиги секин совитилгандагига қараганда анча юқори булади.
А. П. Гуляевнинг тадқиқотларига кура, марганец ёки никель билан легирланган феррит тез совитилганда қаттиқлигининг ортишига сабаб шуки, бунда мартенсит типидаги структура (нинасимон феррит), секин совитилганда эса одатдаги (полиэдрик) феррит хосил булади (217- расм). Полиэдрик ферритнинг қаттиқлиги нинасимон ферритнинг қаттиқлигидан Бринель буйича 100— 150 бирлик пастдир.
Легирловчи элементларнинг критик нуқталар вазиятига таъсири. Пўлатга легирловчи элементлар қушилганда Ас₁ ва Ас₃ критик нуқталарнинг вазияти ўзгаради. Темир-легирловчи элемент холат диаграммасида у - темир сохасини торайтирувчн элементлар Ас₁ ва Ас3 критик нуқталарни юқорига томон силжитади, яъни критик температураларни кутаради, а-темир сохасини кенгайтирувчи элементлар эса бу нуқталарни пасайтиради. Легирловчи элементларнинг Ас₁ критик нуқта вазиятига таъсирини курсауувчи эгри чизиқлар 218- расмда тасвирланган.
Легирловчи элементларнинг Ас₁ нуқта вазиятига таъсири легирланган пўлатнй термик ишлаш учун уни циздириш температурасини танлашда албатта цисобга- олиниши керак.
Легирловчи элементлар эвтектоид таркибидаги углероднинг концен- трациясига хам таъсир этади. Легирловчи элементларнинг бундай таъсирини курсатувчи эгри чизиқлар 219-расмда тасвирланган. Легирловчи элементларнинг купчилиги эвтектоид таркибидаги углерод миқдорини камайтиради ва, демак, темир — цементит холат диаграммасидаги S нуқтани чап томонга силжитади.
Баъзи элементлар, масалан, титан цамда ванадий эвтектоид таркибидаги углерод концентрациясини бир қадар оширади, бу элементлар 219-расмда курсатилган эмас.
Легирловчи элементларнинг купчилиги углероднинг у-темирда эрувчанлигини пасайтиради ва, демак, темир — цементит цолат диаграммасидаги Е нуқтани чапга томон силжитади.
Легирланган пўлатларда карбид фазалар. Д. И. Менделеев даврий системасида темирдан чапроқда турган, яъни атомининг d орбитасидаги электронлар сони темир атомининг d орбитасидагидан кам булган металларгина пўлат углероди билан бирикиб, карбидлар хосил қилади. Бу металлар атомларининг цам, темир атомининг хам и орбитасида электронлар тулмаган булади. Карбид хосил цилувчи металл даврий системада цанча чапроқда турса, унинг d орбитасидаги электронлар сони шунча кам булади. Металл атомининг d орбитасида электронлар сони қанчалик кам булса, бу элемент шунчалйк барқарор карбид хосил қилади.

218-расм. Легирловчи элементларнинг Ас% критик нуқта вазиятига таъсирини курсатувчи эгри чизиқлар.

219- расм. Легирловчи элементларнинг эвтектоиддаги углерод

концентрациясига таъсирини курсатувчи эгри чизиқлар.

Қуйида даврий системанинг темирни ва карбид хосил қилувчи металларни уз ичига олувчи қисми келтирилган. Бу металлар химиявий белгисининг унг томонида атомининг d орбитасидаги электронлар сони курсатилган.

Даврлар
IV	Ti 2	V 3	Сг 4	Мп 5	Fe 6	Со 7	Ni 8
V	Zr 2	Nb 3	Мо 4
VI	Hf 2	Та 3	W 4

Бинобарин, пўлатларда қуйидаги элементлар (металлар): титан, ванадий, хром, марганец, цирконий, ниобий, молибден, гафний, тантал Хамда вольфрам элементлари углерод билан бирикиб, карбидлар хосил қилади.

Табиатда кобальт ва никелнинг хам карбидлари маълум, аммо пўлатларда бу металлар карбид хосил қилмайди, чунки улар атомининг d орбитасидаги электронлар сони темир атомининг d орбитасидаги электронлар сонидан ортиқ булганлиги учун углерод уз электронларини бу металларга эмас, балки темирга бериб, темир билан бирикади.
Карбид хосил булишида углерод узининг валент электронларини карбид хосил қилувчи металл атомининг d орбитасини тулдиришга беради, металлнинг валент электронлари эса металл борланиш хосил цилади, шунинг учун хам карбидларда металл хоссадари булади.
Агар пўлатда легирловчи элементлар сони бирдан ортиц булса, карбид фазани, биринчи навбатда, атомининг d орбитасида электронлар сони кам булган металл зосил қилади. Масалан, пўлатда хам хром, хам ванадий булса, углерод билан биринчй навбатда ванадий бирикади, демак, биринчи навбатда ванадий карбиди хосил булади, чунки ванадий атомининг d орбитасидаги электронлар сони хром атомининг d орбитасидаги электронлар сонидан кам.
87- бетда айтиб утилганидек, агар металлоид атоми радиусининг металл атоми радиусига нисбати 0,59 га тенг ёки ундан кичик булса, сингиш фазалари зосил булади. Бундай золда металл атомлари, одатда, К₈, К1₂ ва Г1₂ панжаралар хосил қилади, металлоид атомлари эса металл панжараси ровакларига маълум тартибда сингади.
Карбид хосил қилувчи металлардан купчилиги атомининг радиуси (гм) углерод а томининг радиуси (г А дан етарли даражада катта, яъни - ^ < 0,59 с/гм булганлиги учун бу металлар билан углерод орасида сингиш фазалари хосил булиши мумкин.
Легирловчи элементларни углеродга муносабати жихатидан икки группага карбид хосил қилмайдиган элементлар группаси билан карбид хосил қиладиган элементлар группасига булиш мумкин.
Биринчи группа элементлари пўлатдаги углерод билан узаро химиявий таъсир этмайди ва шунинг учун, карбидлар хосил қилмайди. Улар графит хосил қилувчи элементлар деб аталади.. Бундай элементлар жумласига Ni, Со, А1 ва Si киради.
Иккинчи группа элементлари пўлатдаги углерод билан узаро химиявий таъсир этиб, карбидлар зосил цилади. Бу карбидлар легирланган карбидлар деб аталади. Карбид хосил қилувчи элементлар жумласига Сг, V, W, Nb, Мо, Мп, Ti, Та ва Zr киради. Карбкд хосил қилувчи элементлар цементитда эриб, легирланган цементит зосил цилиши хам мумкин.
Легирланган карбидлар и к к и типга: кристалл панжараси оддий карбидлар типи билан кристалл панжараси мураккаб карбидлар типига булинади. Агар — < 0,59 булса, биринчи тип карбидлар, агар — >0,59 булса, иккинчи тип карбидлар хосил булади. Биринчи тип карбидларга W₂C, WG, VC, Мо₂С, ТЮ, NbC, Та₂С, ТаС, , ZrC, иккинчи тип карбидларга эса Сг₂Сз, Cr₃C6, Mn₃C, Fe₃C, Fe₃Mo₃C, Fe₃W₃C киради.
Химиявий формулалари ухшаш булган карбидлар бир-бирида эрий олади. Шунинг учун, масалан, пўлатда хам ванадий, хам цирконий булса, икки хил карбид эмас, балки битта карбид хосил булиб, бу карбид таркибига хам ванадий хам цирконий киради. Бинобарин, пўлатда хосил буладиган карбидлар сони юқорида курсатиб утилганидан кам булади. Агар биз карбид хосил қилувчй метадлар мажмуини М билан белгиласак, пўлатларда биринчи тип карбидлардан МС ва М₂С карбидлари (сингищ фазалари) иккинчи тип карбидлардан эса М₃С; М2₃С₂' М₇С₃ ва МвС карбидлари булади.
Биринчи тип карбидлар (сингиш фазалари) аустенитда қийин эрийди, бинобарин, улар, хатто юқори температурагача қиздирилганда цам қаттиқ эритма хосил қилмаслиги мумкин. Иккинчи тип карбидлар эса қиздирилганда аустенитда осон эрийди. Хамма карбид фазаларнинг, айииқса, сингиш фазаларининг суюқланиш температураси ва қаттиқлиги юқоpи булади.
Пўлатда фазалар узгаришига легирловчи элементларнинг таъсири. Легирловчи элементлар пўлат аустенитининг парчаланиш кйнетикасига жуда катта таъсир этади. Ферритда ёки цемёнтитда эрийдиган, яъни махсус карбидлар хосил қилмайдиган элементлар аустенитнйнг узгариш процесси тезлигигагина таъсир этади. Улар аустенитнинг парчаланиш процессини тезлатади ёки секинлаштиради. Кобальт аустенитнинг парчаланиш процессини тезлатади, легирловчи элементларнинг купчилиги
эса аустенитнинг парчаланишини Секинлаштиради, булар жумласига мйс, никель, марганец ва бошқалар киради. Бу элементларнйнг процессии секинлаштирувига сабаб шуки, улар углеродга цараганда? секин диффузиланади, қаттиқ эритмада Легирловчи элементлар билан бирга булган углерод цам секин, диффузиланади, у-фазанинг а-фйзага айланиш процессининг ўзи хам секин боради ва цоказо.
Карбид хосил қилувчи элементлар аустенитнинг Изотермйк парчаланиш процерсига сифат жицатидан цам таъсир этади. Масалан, иккинчи тип карбидлар цосил қилувчи элементлар аустенитнинг изотермик парчаланиш процессига цар хил температураларда. турлича таъсир курсатади, яъни 700—500°С температурада аустенитнинг парчаланишини секинлаштиради, 500—400°С температурада жуда секинлаштиради, 400—300°С температурада (бейнит хосил булиш сохасида) эса аустенитнинг парчаланиш процессини тезлатади. Демак, таркибида карбид хосил қилувчи элементлар, масалан, титан, ванадий, хром, вольфрам, молибден булган пўлатларда аустенитнинг изтермик парчаланиш тезлигида иккита максимум булади, бу максимумлар орасида ута совиган аустенитнинг нисбий барқарорлик сохаси ётади. Карбид ххосил қилувчи элементлар билан Легирланган пўлатларда аустенитнинг изотермик нарчала-нишида иккига узгариш интервали — перлитга (пластинкасимон структурам) ва бейнитга (нинасимон структурага) айланиш интерваллари очиқ ифодаланиб туради.
Углеродли пўлатда ва карбид хосил қилувчи элементлар билан легирланган пўлатда аустенитнинг изотермик парчаланиш диаграммаларининг схемаси 220- расмда тасвирланган (схемада аустенитнинг парчалана бошлаш эгри чизиқларигина. курсатилган).
Легирловчи элементларнинг 700—500°С да аустенитнинг парчаланиш (перлитга айланиш) процессини секинлаштируви, яъни аустенитнинг изотермик парчаланиш диаграммасидаги чизицларни унг томрнга силжитуви амалий. жицатдан олганда катта ахамиятга эга, чунки бу хол тоблаш температурасигача циздирилган пўлат анча секин, масалан, мой ёки хавода совитилганда унинг тобланиш чуқурлигини оширади ва аустенитнинг мартенситга айланиш сохасигача ута совишини таъминлайди.
Хром, никель, молибден ва марганец пўлатнинг тобланиш чуқурлигини энг кўп оширади, кўпчилик конструкцион пўлатлар ана шу элементлар билан легирлайади. Агар пўлат бир неча элемент билан, масалан, хам никель, хам хром билан легирланса, унинг тобланиш чуқурлиги айниқса ортади. Хром-никелли пўлатга молибден қушилса, пўлатнинг тобланиш чуқурлиги ундан хам ошади.
Аустенитнинг парчаланиш кинетикасига карбид хосил қилувчи элементлардан титан, ниобий хамда ванадий узига хос тарзда таъсир этади. Бу элементлар қийин эрийдиган карбидлар хосил цилганлигидан, (30—900°С температураларда улар химиявий бирикмалар (карбидлар) таркибидалигича қолиб, аустенитга ўтмайди.
220- расм. Аустенитнинг изотермик парчаланиш диаграммаларининг
схемаси: