Мазмұны
Кіріспе 3
1.Мартенситтік түрленіс 4
Кіріспе
Темір – цементит күйі диаграммасы бойынша құрамында 0,8% көміртегі бар болатты қыздырғанда, бастапқы құрылым перлит диаграмманың PSK сызығына (А1 нүктесі) дейін түрленбейді. Ақырын қыздыру кезінде Ас1 нүктесінде (727oC) перлит тұрақсызданып, аустенитке түрлене бастайды. Перлиттің аустенитке түрленуі кристалдану процесі болғандықтан, өскіндер пайда болып, олар өседі. Түрлену процесі феррит пен цементиттің бөліну шекарасында аустенит өскіндерінің пайда болып оның өсуі нәтижесінде болады. Түрленіс қатар жүретін екі процестен тұрады: α à γ полиморфтік ауысуы және Feγ-де цементит кристалдарының еруі. Полиморфтік түрленіс процесінің жылдамдығы, цементит еру процесіне қарағанда, жоғарырақ келгендіктен, түзілген аустенит әлі көміртегі бойынша біркелкі емес. Бұрын цементит пластинкалары орналасқан жерлерде әлі көміртегі мөлшері жоғары. Диффузиялық процесс аяқталып, аустенит біркелкі болу үшін уақыт керек. Фазалық түрленіс перлиттің жоғалып, аустенит кристаллиттерінің түзілуімен аяқталады. Әрбір перлиттік колонияда бірнеше аустениттің туындау орталығы пайда болатындықтан, перлиттің аустенитке түрленісінде болат кристаллиттері ұсақталады. Осы кристаллиттер өлшемі аустенит кристаллитінің бастапқы өлшемін сипаттайды. Темір – цементит күйі диаграммасы бойынша перлиттің аустенитке ауысуы өте ақырын қыздыру кезінде ғана орын алады. Нақты жағдайда түрленіс диаграммада көрсетілгеннен жоғарырақ температурада өтеді. Қыздыру дәрежесіне байланысты перлит әртүрлі жылдамдықпен аустенитке түрленеді. суреттегі 1-қисық сызық перлиттің аустенитке түрленуінің басталуын көрсетсе, 2-қисық сызық процестің аяқталуын көрсетеді. Бірақ құрылған аустенит біркелкі емес. Аустенит біркелкі болу үшін болатты Ас1 нүктесінен жоғары қыздырып және диффузиялық процестер аяқталу үшін осы температурада біраз уақыт ұстау керек. Қыздыру жылдамдығының перлиттің аустенитке түрлену уақытына әсері v1 және v2 сәулелері арқылы сипатталады. Егер v1> v2 десек, онда қыздыру жылдамдығы неғұрлым жоғарылаған сайын, перлиттің аустенитке түрлену уақыты азаятынын және түрлену жоғарырақ температурада орын алатынынын көреміз. Түрленістің басталу және аяқталу қисық сызықтары 727oC-ны көрсететін А1 сызығына бірте-бірте жақындап, түбінде бір нүктеде қиылысады. Сонда перлиттің аустенитке түрленісі тұрақты бір температурада өтеді. Міне, осы температура және болатты өте ақырын қыздыру жылдамдығы, темір – цементит күйі диаграммасы бойынша 121 орын алатын перлиттің аустенитке тепе-теңдік жағдайда түрленісі болып табылады. Ал нақты жағдайда перлиттің аустенитке түрленуі тепе-теңдік жағдайға қарағанда А1 нүктесінен жоғары, екі температура аралығында өтеді және болатты қыздыру жылдамдығы неғұрлым артқан сайын, соғұрлым бұл температуралар жоғарырақ орналасады.
1.Мартенситтік түрленіс
Аустениттік күйдегі болатты межелі немесе аумалы жылдамдыққа (vм) тең не үлкен жылдамдықпен тез суытса, диффузиялық процестер 129 орын алмай (феррит-цементит қоспасы түзілмей), аустенит мартенситке (шыныққан көміртекті болат құрылымына) түрленеді.
vм – болатты шынықтырудың межелі немесе аумалы жылдамдығы, яғни аустениттің мартенситке түрленуінің ең кіші суыту жылдамдығы. Мартенсит деп көміртегінің Feα-дегі аса қаныққан ену қатты ерітіндісін айтады.
Мартенсит аустенит күйіндегі болатты тез суытқан кезде, Feγ-дің жақты центрленген куб торының Feα-дің көлемді центрленген куб торына, диффузиясыз қайта құрылуы арқылы түзіледі.
Темір-цементит күйі диаграммасының SE сызығы бойынша аустениттің жақты центрленген куб торында 727oC-дан 1147oC арасында 0,8%-дан 2,14% көміртегі ериді, ал ферриттің көлемді центрленген куб торында 727oC-да−0,025%, бөлмелік температурада 0,006% көміртегі ериді. Сондықтан аустенит мартенситке түрленгенде, жақты центрленген куб тордағы барлық көміртегі көлемді центрленген куб торға ауысады, бірақ бұл торда көміртегі өте аз еритіндіктен, куб тор тетрагониалық торға бұрмаланады. Бұрмалану немесе тетрагониалық дәрежесі деп мартенсит тетрагониалық торының периодтар қатынасын (с/а>1) айтады. Болаттағы көміртегі неғұрлым көбейген сайын, мартенсит торының тетрагониалық дәрежесі және шыныққан болат қаттылығы соғұрлым арта түседі.
Мартенсит торының құрылуы, аустенит торы атомдары бағытты түрде, көрші атомдар өзара сақталып, атомдардың жылжуы бір атом аралық қашықтықтан аспай, ығысу арқылы өтеді. Мартенсит кристалының аустенитпен байланысы когерентті болған кезде, мартенситтің құрылу жылдамдығы өте жоғары (~10³ м/с). Мартенсит кристалы кристаллит шекарасы немесе басқа ақауларға жеткен кезде, когеренттілік бұзылып, кристалл өсуі тоқтайды.
Аустениттің мартенситке түрленуі үздіксіз суытқанда, Мδ (мартенситтік түрлену басы) температурасында басталып, Мс (мартенситтік түрлену соңы) нүктесінде аяқталады . Мартенситтік түрлену басы және соңы температуралары болаттың химиялық құрамына байланысты. Көміртегі және көптеген қоспалаушы элементтер (Co, Al, Si басқа) Мδ және Мс нүктелерін төмендетеді (1 сурет). Қоспалаушы элементтердің ішінде тек Co және Al мартенситтік түрленудің басы мен соңы температураларын жоғарылатады, ал Si ешқандай әсер етпейді.
Көміртегінің мартенситтік түрленіс нүктелеріне әсері 1, а суретінде көрсетілген. Көміртегі мөлшері 0,6%-дан асқанда, Мс нүктесі 0 oC-дан төмен жатады. Мс нүктесі 0oC-дан төмен болаттың мартенситтік түрленісі соңына дейін жүрмейді, аустениттің біраз мөлшері мартенситке түрленбейді, оны қалдық аустенит (Ақ) деп атайды. Көміртегі мөлшері 0,6-1,0% болатта 10%-ға дейін қалдық аустенит болады, ал көміртегі мөлшері 1,3−1,5% болғанда – (30-50%).
Көміртегі мөлшері 0,6%-дан төмен болатта да біраз аустенит мартенситке түрлене алмайды. Аустениттің көлемі мартенситке қарағанда кішілеу болғандықтан, мартенсит кристалдары аустенитті жан-жақтан қысып, түрленуге кедергі жасайды. Нәтижесінде Мс нүктесінен төмен суытқанның өзінде 1-3% қалдық аустенит болады.
Қалдық аустенит мартенситке түрлену үшін шыныққан болатты суықпен өңдейді, сонда Ақ ≥ М.
Аустенит-мартенситтік түрленісте көлем өзгереді. Ең үлкен көлем мартенситке тән, ал ең кіші – аустенитке. Құрамында 1% көміртегі бар болаттың мартенситтік түрленуінде көлем 1%-ға ұлғаяды. Нәтижесінде шыныққан болатта үлкен кернеулер туындайды.
Мартенсит құрылымының қаттылығы және беріктігі жоғары. Көміртегі мөлшері ұлғайған сайын, шыныққан болат мартенситінің қаттылығы арта түседі.