Ашық сабақ Шойындар

Шымкент қаласы ЖОЛ-КӨЛІК КОЛЛЕДЖІ

Оқытушы: Жаркинбекова Ф.Е.
Пәні: Металдар технологиясы
Тақырыбы: Шойындар. Шойындар классификациясы. Ақ шойын, оның құрамы, қасиеті және қолданылуы жергілікті ағарту және оның мақсаты. Сұр шойын.

Сабақтың мақсаты: Оқушыларды шойындар классификациясымен таныстыру. Шойындардың түрлері: ақ шойын мен сұр шойын туралы мәлімет беру.

Шойындардың болаттан айырмашылығы: құрамында жоғары көміртегінің және қоспалардың болуы: технологиялық көрсеткіштері бойынша құю қасиеті жоғары пластикалықдеформацияға аз икемді болуы, пісіру конструкциясында қолданылмайды.Шойындарды көміртегінің күйіне байланысты келесідей ажыратады:

●Ақ шойын – көміртегі байланысқан түрінде болады, бұзғанда ақ түсті және металдық жылтыр болып келеді.

●Сұр шойын – барлық көміртегі және оның көп бөлігі бос күйінде, графит түрінде болады,ал 0,8 % көміртегі байланысқан түрінде болады. Графиттің көп мөлшеріне байланысты оның сынығы сұр түс береді.

●Жарым – жартысы – көміртегінің жартысы бос күйінде, графит түрінде болады, 2 %-н астам көміртегі цементит түрінде болады. Техникада аз қолданылады.

Темір-графит күй диаграммасы.

Өзгеру нәтижесінде көміртегі темірмен химиялық байланысқа қана түсіп қоймай, жай күйде графит түрінде болініп шығады. Сұйық фаза, аустенит және феррит графитпен тепе –тең күйде болуы мүмкін. Темір-графит күй диаграммасы 11.1 суретте штрихты сызықтармен көрсетілген.Диаграмма сызықтары темір-цементит диаграмма сызықтарынан жоғары орналасқан. Эвтектикалық және эвтектоидттық айналу температурасы 1153˚С және 738˚С. С, Е, S нүктелері – солға жылжытылған және сәйкесінше С-ң 4,24; 2,11 және 0,7 % концентрацияда болады.Темір-комиртекті жүйелі диаграмма:түтас сызықтар- цементтитті xЯ_ ;=шҫсистемасы;пунктир –графитті Жоғары температурада цементит графит бөлу арқыры бөлінеді, сондықтан темір – цементит күй– жағдай диаграммасы метастабильді, ал темір–графит диаграммасы–стабильді. Темір және көміртек қорытпаларында графиттің түзілу процесі – графитизация деп аталады.

Темір-графит күй диаграммасы.
Графитизация процесі

Графит – бұл көміртектің полиморфты модификациясы. Графит құрамында 100%көміртегі болуына байланысты, сұйық фаза және аустенит құрамы бойынша графиттен гөрі цементитке жақын. Сәйкесінше, цементиттің сұйық фазасының және аустениттің түзілуі графитке қарағанда жеңіл жүруі керек.Басқа жағынан, қыздыру кезінде цементит темірмен көміртегіге ыдырайды. Сәйкесінше,графит цементитке қарағанда аса стабильді фаза болып келеді.Графиттің шойынан түзілуінің екі жолы бар:

1. Қолайлы графиттің сұйық фазасынан түзілуі қолайлы жағдайда тікелей болады (сұйық фаза графит кристализациясының дайын ортасының болуы және өте жай суыту).

2. Бұрын түзілген цементиттің ыдырауында. 738˚С-н жоғары температурада цементит схема бойынша аустенит пен графит қоспасына ыдырайды.

Fe3C → 3Fey(C) + C (графит)

738˚С төмен температурада цементиттің ыдырауы схема бойынша іске асады.Fe3C → 3Fea(C) + C (графит)

Цементиттің ыдырау сатысы суытудың аз жылдамдығында көбірек болады.

Эвтектика құрамына кіретін сұйық фазадағы, сонымен қатар цементиттің және бірінші ретті цементиттің ыдырауындағы графитизацияны, графитизацияның бірінші сатысы деп атайды.

Екінші ретті графитизацияның аустениттен бөлінуін – графитизацияның өткінші сатысы деп атайды. Перлит құрамына кіретін цементиттің нәтижесінде түзілген графитизацияның, сонымен қатар эвтектоидттық түзілуі – графитизацияның екінші сатысы деп атайды.Шойын құрылымы графитизация сатысына байланысты, яғни ондағы көміртегінің белгілі-бір мөлшерінің байланысқан түрде болуына 62Сур.11.2.Графиттау кезіндегі құрулған құрылым схемасы 738˚С-н жоғары температурада ұстау цементиттің графитизацисына әкеліп соғады .

Егер процесті толық аяқтаса, онда жоғары температурада құрылым аустениттен жәнеграфиттен құралатын болады, ал суытқаннан кейін перлит пен графиттен тұрады. 1-ші ретті графитизация процесі аяқталмаған болса, онда 738˚ С-н жоғары температурада құрылым аустенит, графит және цементиттен тұрады, ал одан төмен температурада перлит, графит және цементиттен тұрады. Критикалық нүкте арқылы өтуінде аустениттің перлитке ауысуын және критикалық төмен температурада ұстау перлит құрамындағы цементиттің ыдырауына әкеп соғады. Егер процесс толығымен аяқталса құрам ферриттен және графиттен, ал процесс аяқталмаған жағдайда перлит, графиттен және ферриттен тұрады.

Сұр шойынның құрамы, қасиеті, жіктелуі және маркалануы.

Сур.11.3.Графиттың қоспасының формасына және металдық негізіне байланысты шойынның микроқұрылым схемасы 63

Ең көп таралған шойындар құрамы 2,4...3,8% көміртегі бар. Көміртек мөлшері көп болған сайын, графит көбірек түзіледі және оның механикалық қасиеті төменірек болады, сондықтан, көміртек мөлшері 3,8% -ден аспауы қажет. Сонымен қатар, жоғары құйылу қасиеттерін алу үшін көміртек мөлшері 2,4%-тен кем болмауы қажет. 

Шойын құрамының графитизация процесіне әсері.

Көміртек пен кремний графитизацияның жүруіне жағдай жасайды, марганец процесті қиындатады және шойынның ағартылуына жағдай жасайды. Күкірт шойынның ағартылуына жағдай жасайды және құйылу қасиеттерін нашарлатады, оның мөлшері – 0,08...0,12%. Фосфор графитизация процесіне әсер етпейді, бірақ сұйық аққыштығын жақсартады. Фосфор шойындарда пайдалы қоспа болып саналады, оның мөлшері0,3...0,8%.

Құйманың механикалық қасиеттеріне графиттің әсері.

Графиттік қоспаны шойын құрамындағы бос форма ретінде қарастыруға болады. Осындай ақаулардың қасында күш түсірілген кезде күштену(напряжения) жиналады, олардың шамасы жоғары болған сайын ақаудың u1257 .ткірлігі де жоғарылайды. Сондықтан, пластинкалы формалы графиттік қоспалар максималды мөлшерде металл беріктігін төмендетеді. Одан жақсырағы жапалақ формалы, ал үйлесімдісі шарлы формалы графит. Сұр шойын үшін салыстырмалы ұзару (δ) 0,5%, соғылымды шойын үшін 10%-ке дейін, жоғары төзімді шойын үшін 15% дейін болады. Графиттің бар болуы шойынның қатты күштенуге қарсы әсерін төмендетеді, әсіресе: ұру және айыру. Қысуға қарсы әсері аз төмендейді. 

Графиттің пайдалы әсерлері

●Сынғыш жоңқа түзілгендіктен, графит кесумен өңдеуді жақсартады.

●Болатпен салыстырғанда шойын жақсы антифрикциялық қасиеттерге ие, өйткені графиттің бар болуы қосымша үйкелу бетінің майлануын қамтамасыз етеді.

●Микро бос орындарда графит орналасқандықтан, шойын вибрацияны бәсендетеді және жоғары циклдық жабысқақтыққа ие болады.

●Шойыннан жасалған детальдар сыртқы концентратты күштенуге сезімталдығы аз болады.

●Шойын болаттан әлдеқайда арзандау.

●Шойыннан құю арқылы жасалалған бұйымдар болат дайындамаларынан кесу , құю және соңынан механикалық өңделетін қысыммен өңдеу арқылы жасалған бұйымдарға қарағанда арзан болып келеді. 

Сұр шойын

Құрылымы пластикалығына әсер етпейді, ол өте төмен қала береді. Механикалық беріктігі көбінесе мөлшерімен, формасымен және графит қосуларының мөлшерімен анықталады. Ұсақ графит қабыршағының формасы беріктігін аз төмендетеді. Мұндай форма модификация арқылы алынады. Модификатор есебінде алюминий, силикокальций, ферросилиций қолданады. Сұр шойын жеңіл өңделіп, жақсы қасиеттерге ие болғандықтан машина өндірісінде кеңінен қолданылады. Беріктілігіне байланысты сұр шойын 10 маркалы болады(ГОСТ 1412). Сұр шойындар созылуға қарсы төзімділігі аз болса да, қысылуға төзімділігі жоғары. Сұр шойындардың құрамында көміртек мөлшері – 3,2...3,5% ; кремний – 1,9...2,5% , марганец – 0,5...0,8%, фосфор – 0,1...0,3%, күкірт – 0,12%. Металл негіздік құрылымы көміртегі мен кремний мөлшеріне байланысты.Көміртегі мен кремний жоғарлаған сайын, графитизация дәрежесі мен ферритті құрылымды металл негізінің пайда болу бейімділігі жоғарылайды. Бұл пластикалылығының жоғарылауысыз шойын беріктігінің төмендеуіне әкеліп соқтырады. Жақсы беріктік қасиеттерімен және тозуға төзімділігімен ерекшеленетіні перлитті сұр шойындар.Сұр шойын құймаларының созылуға және ұру күштеуіне қарсылығы аз болатынын ескеретіндіктен, оны қысылатын және иілетін бұйымдар жасау үшін қолданады.Станок өндірісінде базалық, корпустық детальдар, кронштейндер,тісті доңғалақтар; автоөндірісінде – цилиндр блоктары, поршеньді сақиналар, бөліп тұратын біліктер, ұстасу дисктерін жасау үшін қолданылады.Сонымен қатар сұр шойын құймалары электромашина өндірісінде халық пайдаланатын тауарлар жасауға қолданады. Белгіленуі: индекс СЧ (сұр шойын) және 10-1 СЧ көбейтілген беріктік шегін көрсететін сан. 

Шойын – темір мен көміртектің қорытпасы, құрамында 2,14% С. Шойындардың құрамына көміртектен басқа кремний, марганец, фосфор, күкірт қоспалары кіреді. Шойынның қасиеттері осы қоспаларға байланысты. Механикалық қасиеттері және қолдану ауданы құрылымына байланысты. Шойындар бірнеше түрлі болады: ақ, сұр, жоғары берікті және соғымды.

1. Шойын құрылымы. Көміртек шойын құрамында Fe₃C карбид графит түрінде не болмаса олардың қоспасы түрінде кездеседі. Ақ шойындар – ол шойын, оның құрамындағы көміртек цементит (Ц) — Fe₃C түрінде болады. Механикалық қасиеттері оның құрылымына байланысты. Шойынның құрылымы: графит (Г), перлит (П), феррит (Ф), ледебурит (Л) және фосфид эвтектикасы. Микроқұрылымы бойынша шойындарды былай ажыратады: ақ шойын I (Ц+П), сұр шойын перлитті II (П + Г), сұр ферритті III (Ф + Г), жартылай (П+Ц+Г), перлит-ферритті (Ф+П+Г), жоғары берікті (П+ шар графитті).

2. Сұр және ақ шойындар.Сұр шойын – Fe-C-Si қорытпаның жүйесі, құрамында марганец, фосфор және күкірт қосылыстары болады. Сұр шойында көміртегі графит түрінде пластикалы пішінінде болады. Сұр шойын химиялық құрамы: C-2,4-3,8%, Si-1-5%, P-0,2-0,4%, S- 0,12%-ке дейін болады. Сұр шойын металл негізінен және графит қосуынан тұрады. Металл негізі бойынша шойындар сұр перлитті (П+Г); сұр феррит-перлитті (Ф+П+Г); сұр ферритті (Ф+Г) болып бөлінеді.

Механикалық қасиеттері металл матрица қасиетіне, формасына, графит өлшеміне байланысты. Аздаған беріктігі бар графит, шойынның беріктігін төмендетеді, кесу арқылы өңдеуді жақсартады. МЕСТ 1412-85 бойынша сұр шойын әріппен «С» (сұр), «Ш» (шойын) және санмен маркаланады. Бірінші топ саны орта маңызды беріктік шегі созылу кезіндегі көрсетіледі, екінші-орта маңызды беріктік шегі майысу кезінде. Сұр шойындарды қасиеттері бойынша бөлуге болады: ферритті және феррит-перлитті, перлитті. Ақ шойын цементиттің арқасында қатты, морт сынғыш, кесу арқылы нашар өңделеді. Жоғары қаттылықтың арқасында ақ шойын жоғары төзімді болады.

3. Жоғары берікті шойындар. Шойындар құрамындағы бос графит шар формалы болатын жоғары берікті шойын деп аталады. Шар формасын ұстау үшін буланып жатқан сұйық шойынға сілтілік және жер сілтілік металдар (0,03...0,07 %) қосады. Ол магний қатысуы мен графит шар формасын қабылдайды. Химиялық құрамына және суыту жылдамдығына байланысты жоғары берікті шойынның келесі құрылымы алынады: феррит +шар графиті, феррит + перлит + шар графиті, перлит + шар графиті.

Жоғары берікті шойындарды ВЧ әрпімен және сандармен маркалайды. Санның бірінші тобы созылуда шойынның орташа беріктігін көрсетеді, екіншісі үзілудегі металдың салыстырмалы ұзарғыштығын көрсетеді. Жоғары берікті шойындар автомабильдің жауапты бөлшектерін және матор жасауда, ауыр машиналар жасауда (білік, станок прокаті, траверс пресі, иіндік білік, насос корпустары) қолданылады.

Графитті шойындарды мақта пішінді - соғымды деп аталады. Соғымды шойын жоғары пластикалы болады. Металл негізді құрылымы бойынша соғымды шойын ферритті және перлитті болады. Соғымды шойындар КЧ әрпімен және сандармен маркаланады. Санның бірінші тобы созылуда шойынның беріктігін көрсетеді, екінші созылудағы металдың салыстырмалы ұзарғыштығын көрсетеді. Соғымды шойындар автомобиль, ауыл шаруашылық, тігін машиналарының бөлшектерін жасауда кеңінен қолданылады. Соғымды шойындар ылғалды ортаға, жану газдарына, және суға төзімді болып келеді.

4. Легірленген шойындар. Легірленген элементтер шойынның металдық негізіне, көлеміне және графитті сипатына әсер етеді. Белгілену тәуелділігіне байланысты легірленген шойындарды төзімді, антифрикциялы, ыстыққа төзімді, коррозияға төзімді деп бөледі. Никельмен (3,5...5%), хроммен (0,8%) легірленген төзімді шойындарды абразивті ортада жұмыс жасайтын бөлшектер дайындауда қолданады. Титан, мыс, ванадий, молибден қосылған шойындар (0,6% Сг және 2,5% Ni дейін) жағылу материалдарсыз үйкелісте төзімді болады. Оларды автомобильдің тезеуіш барабандарын, цилиндр гильзаларын және т.б. дайындау үшін қолданады. Ұнтақтау жабдықтарын жасау үшін ЧХ9Н5, ЧХ16М2, ЧХ22, ЧХ28Д2 маркалы жоғары хромды шойынды пайдаланады.

Ыстыққа төзімді ЧХ2, ЧХ3 маркалы легірленген шойындарды агломерациялық машина колесниктерін, химиялық жабдықтардың контакты аппаратын, 600°С (ЧХ2) және 700°С (4X3) жұмыс істейтін турбокомпрессорлар жасау үшін қолданады. Ыстыққа төзімді шойын ЧХ16, ЧЮХШ және ЧЮ7Х2 900°С температураға шыдайды, соған байланысты одан пеш арматурасын, станок прокат роликтерін, шыны өндірісіндегі пресс формалары жасалады. Ыстыққа берік легірленген шойындарға шар тәрізді графитті ЧНМШ, ЧН11Г7Х2Ш, ЧН19ХЗШ, ЧН11Г7Ш жатады. Олар 500...600°С температурада жұмысқа жарамды және оларды дизель, компрессор, газ турбиналары бөлшектерін жасауға қолданады.

Антифрикциялы шойындар қорытпалар ретінде (сұр, жоғары берікті, соғымды шойындар) қолданылады. Антифрикциялы шойындарды легірлеу үшін хром, мыс, никель, титан пайдаланылады. Легірленген шойындардың маркалануы болаттың маркалануы сияқты.

IV.Оқушының білімін, іскерлік пен дағдысын қалыптастыру және бекіту (пысықтау):

1 тапсырма: Шойынның құрылымын ажыратып беріңіздер

2 тапсырма: Шойынның жіктелуі

3 тапсырма: Сұр шойынның құрылымы

Үйге тапсырма:

1. Шойын дегеніміз не?
2. Ақ шойынның сұр шойыннан айырмашылығы қандай?
3. Графитизация дегеніміз не??
4. Сұр шойынның құрамы, қасиеті және қолданылатын аумағы?
5. Құйманың механикалық қасиеттерін атаңыздар?

Әдебиеттер: Б.О.Сыздыкова, А.Т.Абдрахманова «Конструкциялық материалдар және металдар технологиясы»