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

А. Fe—Fe₃C СИСТЕМАСИНИНГ ХОЛАТ ДИАГРАММАСИ

Темир—углерод қотишмалари шартли равишда икки компонентли қотишмалар жумласига киритилади. Углероднинг темир билан бирикиб,химиявий бирикма —цементит Fe₃C хосил цилиши мумкинлигиюқорида айтиб ўтилган эди. Бундан ташқари, қотишмада углерод эркинхолда, яъни графит тарзида хам бўлиши мумкин; Цементитнингпарчаланиши натижасида хам графит хосил бўла олади. 'Демак, темир—углерод қотишмаларининг икки хил системаси--цементитли ваграфитли системалари мавжуд. Бу системалардан биридаги компонентлар темир билан цементит (Fe—Fe₃C) бўлса,. иккинчисидаги компонентлар темир билан графит (Fe—С) дан иборат.

Fe—Fe₃C системасининг холат диаграммаси110- расмда тасвирланган.Расмда Fe—С системасининг холат диаграммаси Пунктир чизиқларбилан кўрсатилган.
Fe—С системаси барқарордир, шунинг учун у стабил системадеб аталади. Цементитнинг парчаланиши мумкин бўлганлигидан Fe—Fe₃C системаси, назарий жихатдан олганда, батамом мувозанатдаги системабўла олмайди, шунинг учун у метастабил системадейилади. Мувозанат холат шундан иборатки, мумкин бўлган цроцессларнинг, хаммаси охиригача боради. Аммо Fe₃C (цементит), темир билан углерод қотишмаларидан фойдаланишнинг одатдаги шароитида парчаланмайди. Шу сабабли Fe—Fe₃C системасини амалда мувозанатдаги система деб хисоблаш мумкин.
Fe—Fe₃C диаграммасидан пўлат ва оқчўянларни Ўрганишда кенгкўламда фойдаланилади; Fe—С системасидан эса таркибидаги углеродграфит тарзида бўладиган пўлат ва чўянларни ўрганишдагина фойдаланиш мумкин.
Fe—Fe₃С системасининг холат диаграммасида абсциссалар ўқииккита берилган, улардан бири (юқоридагиси) қотишмалар таркибидагиуглерод миқдорини билдирса, иккинчиси (пастдагиси) цементитмиқдорини кўрсатади. Шуни хам айтиб ўтиш керакки, қотишма таркибидагиуглерод миқдори 15 га купайтирилса, пулат ва чуян таркибидаги

110- расм. Fe— Fe₃C системасининг холат диаграммаси

(пунктир чизиқлар Fe — С системасига оид).

цементитнинг орирлик миқдори (амалий жихатдан олганда эса хажмий миқдори хам) чиқади, чунки темир—углерод қотишмаларида 1%углеродга —*15% цементит турри келади.

Диаграммадаги ABCD чизиғи ликвидус чизиғи бўлиб, AHJECF чизиғисолидусчизиғидир.Бу чизиқларнинг характери диаграмманинг мураккабэканлигини кўрсатади.
Fe — Fe₃C холат диаграммасининг юқориги чап кисми учинчи тип холатдиаграммасининг перитектикали турига, пастки чап қисми бешинчи типхолат диаграммасининг эвтектоидли турига ухшайди. Диаграмманинг унгкисми учинчи тип холат диаграммасига ухшаб кетади. Бинобарин, диаграммадагиHJB чизиқи- перитектик узгариш чизиғи, ECF — эвтектик узгаришчизиғи, PSK — эвтектоидавий узгариш чизиғидир.
Fe — Fe₃C системасининг холат диаграммасида ликвидус чизигиданюқоридаги сохани суюққотйшма (углероднинг темирдаги суюқ эритмаси)ташкил этади. АВ чизиғида суюққотишмадан б-қаттиқ эритма (феррит) кристалланабошлайди; бинобарин, AHJBA сода суюққотишма билан б-қаттиқ эритма (углероднинг б-темирдаги қаттиқ эритмаси) кристалларидан иборатбулади. HJB чизиғида (1500°С температўрада) перитектик реакциябошланиб, б-қаттиқ эритма у-қаттиқ эритмага (аустенитга, яъни углероднингу-темирдаги қаттиқ эритмасига) айлана боради, демак, HNJHсодада 6-қаттиқ эритма (феррит)билан аустенит кристалларитуради, AHNAсохани эсануқул б-қаттиқ эритма кристаллариташкил этади.
JECBJ сода суюққотишмабилан аустенитдан иборатдир.CD чизирида суюқ қотишмаданцементит кристаллари ажралибчиқа бошлади; демак, CDFC содасуюққотишма билан бирламчицементит кристалларидан иборатбулади.

111- расм. Пулатда цементит тури:

а — нитрат кислота эритмаси таъсир эттирилган,
б — натрий пикрат эритмаси таъсир эттирилган. х 500

Fe—-Fe₃C долат диаграммасини нуқул темирга оид чапдаги вертикал чизиғида тоза темир,нуқул цементйтга оид унгдаги вертикалчизиғида (DFKL да) эсатоза цементит кристалланади.

Цементит Fe₃C формула билан хам, Ц харфи билан хамбелгиланади.Махсус пўлатларда ва чуянларда цементит маълум миқдор марганец, хромва бошқа элементларни эрита олади. Пўлат намунасидан тайёрланган шлифпитрат кислота HN0₃эритмасига ботирилиб, металлографик микроскопостига қуйиб қаралса, цементит оқиш кристаллар тарзида, шлиф, натрийпикрат С₆Н₂(N0₂)_зОN_а эритмасига ботирилиб, унгра микроскоп орқали қаралганда эса қорамтир кристаллар тарзида куринади (111- расм).
Диаграмманинг.ECF чизиғида (1147°С да) эвтектик реакция боради.Бу рёакция натижасида эса таркиби С нуцтадаги каби суюқ қотишмаданаустенит билан цементитнийг эвтектик аралашмаси хосил бўлади. Бу аралашма ледебурит* деб аталади ва Л билан белгиланади.
Диаграмманинг PSK чизирида (727°С да) эвтектоидавий реакцияборади, бу реакция натижасида таркиби 5 нуқтадагидек аустенитданферрит билан иккиламчи цементитнинг эвтектоидавий аралашмаси хосилбулади. Бу аралашма перлит** деб аталади ва П билан белгиланади.
Ледебуритнинг микроскопик тузилиши 112-расм, а да, перлитнинг микроскопик Тузилиши эса 112- расм, б да тасвирланган.
Углероднинг темирдаги эритмалари айниқса диққатга сазовордир. Углероднинг темирда эрувчанлиги темирнинг қандай кристалл шаклдаэканлигига борлиқ.
Углерод атомининг диаметри 1,54А га тенг. а-темирнинг хажми марказлашган,яъни атомлар (ионлар)дан бири кўб хажмининг марказидатурадиган панжарасининг хар қирраси уртасида биттадан, хаммасибулиб 12 та буш жой бор. Бундай буш жойнинг — кристалл панжарағовагининг диаметри 0,62А га тенг. Бундай жойга углерод атоми сиғмайди, албатта.
у-темирнинг ёклари марказлашган кристалл панжарасининг уртасида диаметри 1,02А га тенг ғовак бор. Ана шу ғовакка углерод атомисиғиши мумкин, бунда углерод атоми кристалл панжаранинг улчамларини бир қадар оширади, ўзи эса эриётганда валент электронларинибериш хисобига сал кичраяди.

112- расм. Ледебуритнинг (а) ва перлитнинг (б) микроскопик тузилиши Х450 ва Х1000.

Бу мулохазалар углероднинг а-темирда эримаслигини, у темирдаэса эри-шини кўрсатади. Аммо олимларнинг ўтказган тадқиқотлари углероднинга-темирда хам жуда оз миқдорда (0,0 2% миқдорида) эришиникўрсатди.
Углерод ва бошқа элементларнинг а - темирдаги эритмаси феррит деб,утемирдаги эритмаси эса аустенит деб аталади.
Феррит*. Феррит Ф, а ёки Fea(C) билан белгиланади.727°С температурада углероднинг а-темирда эриши мумкин бўлган энг кўп миқдори 0,02% гатенг. Тем-пература 727°С дан кўтарилганда а-темирдаэрийдиган углерод миқдори камайиб боради ва911°С да нолга тенг бўлади; температўра пасайгандахам углероднинг а-темирда эрийдиган миқдори камайибборади ва уй температурасида тахминан0,008%(0,0 1%) га тенг бўлиб қолади.

113- расм. Ферритнингмикроскопик тузилиши.X100

Феррит юмшоқ, пластик фазадир; унинг кристаллпанжараси хажми марказ-лашган кўб. Ферритнинг механикхоссалари қуйидагича: НВ=80; Ь_ь—250 Мн/м²; б = 50%; ур = 80%:
Микроскоп остида феррит бир жинсли полиэдрикдоналар тарзида куринади (113- расм).
Аустенит*. Аустенит А, у ёки Fey(C) биланбелгиланади. Аустенит Fe — Fe3C холат диаграммасидаNJESGN сохани ишғол этади. Унинг кристалл панжараси ёқлари марказлашганкубдир(114-расм, б). Кристалл панжарасининг параметрлари аусте–ниттаркибидаги углерод миқдорига қараб ўзгаради ва 3,63 дан 3,68Агача булади. 1147°С температурада у-темирда эрийдиган углероднингэнг кўп миқдори 2,14%дир. Температуранинг пасайиши билан углероднинг эрувчанлиги камайиб, 727°С температурада 0,8% ни Ташкил этади.Аустенит юмшок ва пластик дир: НВ—220; б = 40—50%.

114- расм. Аустенит:

а — аустенитнинг микроскопик тузилиши(х500); б — аустенит кристалл панжараеннинг
элементар катакчаси.

Таркибида 1,0% углерод бўлган пулатдаги аустенитнинг микроскопиктузил-иши 114- расм, а да тасвирланган.

Fe—FезС системаси холат диаграммасидаги нуқталарда температураларнинг ва қотишма таркибидаги углерод миқдорининг қандай булишини диаграмманинг узидан яққол куриш мумкин.
Диаграммадаги учта горизонтал чизиқда уч хил процесс боришиюқорида айтиб ўтилди. Ана шу ўзига хос бирламчи ва иккиламчи кристалланишпроцесслар-ига мувофиқравишда ва урганишни осонлаштириш мақсадида диаграмманинг алоҳида-алоҳида қисмларини кўриб чиқамиз..
Fe—Fe₃C системаси ҳолат диаграммасининг юқориги чап бурчаги.Диаграмм-анинг бу қисми ва I, II, III ҳамда IV қотишмаларнинг совиш эгри чизиқлари 115- расм-да тасвирланган.I қотишма (х концентрацияли қотишма) совитилганда унинг ўзга- ришини кўриб чиқайлик.
Суюқ қотишманинг кристалланиши I нуқтада бошланади, бу нуқтадасуюқ қотишмадан феррит (б-қаттиқ эритма) кристаллари ажралибчиқа бошлайди.
Кристалланиш процессйда. суюқ фазанинг концентрациясиАВ чизиғи бўйлаб, қаттиқ фазанинг концентрацияси эса АН чизиғи бўйлаб ўзгаради.Суюқ ва қаттиқ фазалар сохасидаги а нуқтада суюқ фазанингконцентрацияси с нуқтанингабсцисса-лар (концентрациялар) ўқигатуширилган проёкцйясидан, қаттиқ фазанинг концен-трацияси эса Ь нуқтанинг ўша ўққа туширилган проекциясидан топилади; 1 қаттиқ фазамиқдори билан суюқ фаза миқдорини кесмалар цоидасидан фойдаланиб аниқ-лаш мумкин. 2 нуқтада суюқ фаза батамом қотади, яъни бир жинсли қаттиқ қотиш-ма — углероднинг б-темирдаги қаттиқ эритмаси(феррит) ҳосил бўлади. Бу қотишма 3 нуқтагача узгармайди, аммо3—4 нуқталар орасида б-қаттиқ эритма аустенитга айлана боради.
б-қаттиқ эритманинг концентрацияси HN чизиғи бўйлаб, аустенитнингкон-центрацияси эса IN чизиғи бўйлаб ўзгаради. 3 ва 4 орасидатурган бирор нуқтадаги феррит билан аустенитнинг концентрацияларива бу фазаларнинг миқдорлариюқо-рида айтилган принцип асосида топилади.4 нуқтада б-қаттиқ эритмабатамом аус-тенитга айланади. // қотишма(у концентрацияли қотишма) .совитилгандасуюқ қотишма 1 нуқтада кристаллана бошлайди,яъни ундан, худди I қотишмада бўлгани каби, б-қаттиқ эритма ажралиб чиқади ва бу процесс 2' нуқтагача давомэтади (115-расм, б). 2/ нуқтада суюқ фазанинг концентрацияси В нуқтадаги каби(0,5% С), 6-қа-ттиқ эритманинг концентрацияси эса И нуқтадаги . каби (0,1 % Qбўлади ва перитектик реакция бошланибконцентрацияси У нуқтадаги каби аустенит(у-фаза) ҳосил бўла бошлайди. Учта фазамавжуд (С = К ~ Ф + 11= 0) бўлганлигиданпроцессўзгар-мас (1500°С) температурадаборади, шунинг учун совиш эгри.чизиғидаги 2.—2кесма горизонтал чизиқбўлади. 2;нуқтада суюқ фаза батамомкристалланади ва 2;—3;нуқталар Оралиғида қотишма б-қаттиқ эритма билан аустенитдан иборат бўлади.

115- расм. Fe— Fe₃C ҳолат диаграммасининг юқориги чап қисми (а) ваI,II, III ҳамда IV қотишмаларнинг совиш эгри гизиқлари {б).

Аммо, қотишма У нуқтадан чапда бўлганлиги учун,2 нуқтадан 3 нуқтага томон қотишмадаги б-қаттиқ эритма аустенитгаайлана бориб,3' нуқтада батамомайланиб бўлади. Демак, 3' нуқтадан паст қотишма фақат аустенитдан иборатдир.
/// қотишманинг (z концентрацияли қотишманинг)совишини кўриб чиқайлик.
Бу қотишма I" нуқта билан 2" нуқтаоралиғида суюқ фаза билан б-қаттиқ эритмадан иборат бўлади; 2" нуқтада перитектикреакция бошланиб, яъни суюқфаза билан б-қаттиқ эритма узаро таъсирэтиб, аустенит ҳосил қилади ва бупроцесс ўзгармас температурада 2 нуқта- 58гача давом этади (115- расм, б). Аммо 2нуқтада суюқ фаза ортиб қолади ва у совитилаверса, ундан аустенит кристаллана бошлайди. 3" нуқтада суюқ фаза батамом аустенитга айланади. Демак3' нуқтадан пастда қотишма нуқул аустенитдан иборат бўлади.
Энди, таркибида 0,5% углерод булган IV қотишмани кўриб чиқайлик.
Бу қотишма совитилганда I"' нуқтада суюқ қотишмадан аустенитажралиб чиқа бошлайди ва бу процесс 2'" нуқтагача (солидус нуқтасигача) давом этади. Демак, 1'" ва 2'" нуқталар оралирида суюқ фазааустенит, 2"' нуқтадан пастда эса фақат аустенит мавжуд бўлади.
Шундай қилиб, таркибида ,0,5% дан кам углерод бўлган ҳар қандайқотишма олинганда, оқибат натижада, аустенит ҳосил бўлар экан.
Fe—Fе_зС системаси ҳолат диаграммасининг пастки чап бурчаги. Диаграмманинг бу қисми ва I, II ҳамда III қотишмаларнинг совиш эгричизиқлари 116-расмда тасвирланган.

116- расм. Fe:—Fe₃C системаси ҳолат диаграммасининг пастки чап бурчаги (а)

ва I,II ҳамда III қотишмаларнинг совиш эгри чизиқлари (б).

Таркибида 0,01% дан кам (х%) углерод булган I қотйшма 950°Счамаси темпе-ратурада аустенитдан иборат бўлади. Нормал температурада темир Fea тарзидабўлади, бинобарин,I қотйшма совитилганда1 нуқтадан 2нуқтагача бўлганТемпера-туралар оралиғида аустенитферритга айлана боради. Совиш эгри чизиғида буузга-риш 1—2 кесмабилан ифодаланган (116- расм, б). 1 нуқта билан 2. нуқта оралигида қотишма иккита қаттиқ фазадан — аустенит билан ферритдан иборат.1 нуқтадан 2 нуқтага томон аустенит концентрацияси камайиб, ферритконцентрацияси ортиб боради. 2 нуқтадан пастда қотйшма нуқул ферритдан,яъни углероднинг а-темирда-ги бир жинсли қаттиқ эритмасиданиборат бўлади ва совитиш давом эттирилганда қотишмада ҳеч қандай ўзгариш юз бермайди.

Таркибида 0,01% дан ортиқ аммо 0,02% дан кам (у%) углеродбўлган II қотиш-манинг совитилганда қандай узгариши 116-расм, б датасвирланган. Бу қотйшма шу билан фарқ қиладики, аустенит ферритгаайланиб булгандан кейин қотйшма сови-тилаверса, II чизиқPQ чизиғини 3' нуқтада кесиб утади. 3' нуқтадан юқорида ферритда 0,0 2% углеродэриган бўлади, температура пасайган сари углероднинг ферритда
эрувчанлиги тез камаяди, 3' нуқтадан пастда эса эритмадаги углеродконцентрация-си ўзгаради, яъни ортиқча углерод цементит таркибигакирган холда ажралибчиқа-ди. Демак, 3' нуқтадан пастда қотйшмаферрит билан учламчи цементитдан иборат бўлади, чунки ферритданажралиб чиқадиган цементит учламчи цементит деб ата-лади. Қотишмасовитилаверса, бу процесс давом этиб, феррит таркибидаги углерод миқдори 0,01% га тушиб қолади. Суюқ қотишмадан ажралиб чиқадиган цементит бирламчи цементит деб, аустенитдан ажралиб чиқадигани эса иккиламчи цементит деб аталади.
Энди, таркибида 0,02% углерод булган III қотишмани кўриб чицайлик.