Uglerod va boshqa elementlarni po’lat xossalariga ta’siri

4.Uglerod va boshqa elementlarni po’lat xossalariga ta’siri.
Ma‘lumki, xalq xo’jaligining turli sanoat tarmoqlarida boshqa po’lat navlari qatori legirlangan po’latlarni ishlatishga bo’lgan talab yildan-yilga oshib bormoqda. Shuning uchun odatdagi po’latlar tarkibida maxsus qo’shimchalar - legirlovchi elementlar qo’shish orqali spetsifik xususiyatga ega bo’lgan po’latlarni hosil qilish maqsadga muvofiqdir. Barcha elementlar, bundan uglerod, azot, vodorod va qisman bor mustasno, temir bilan o’rin olish qattiq eritmalarini hosil qiladi. Ular temirda erib, (-va (-temir mavjud bo’ladigan temperatura sohalarini belgilovchi A3 va A4 nuqtalarini joylashuviga ta‘sir qiladi. Keltirilgan 15-rasmdan ko’rinib turibdiki, legirlovchi elementlarning ta‘siriga ko’ra ikki guruhga bo’linadi, ya‘ni:
A4ni ko’taruvchi va A3ni pasaytiruvchi, ya‘ni austenit sohasini kengaytiradi. Bular austenitli qotishmalar deyiladi.
A4 pasaytiruvchi, A3 ko’taruvchi, ya‘ni ferrit sohasini kengaytiradi, bular ferritli qotishmalar deyiladi.
Birinchi guruh Ni,Mn,Cu,C,N va boshqalar, ikkinchisiga esa Cr, W, Mo, V, Si, Al, Ti, Nb va boshqalar kiradi.
Ba‘zi legirlovchi elementlarning po’lat xossalariga ko’rsa-tiladigan ta‘sirini qisqacha ko’rib o’tamiz.
Xrom po’latlarning qattiqligini va mustahkamligini oshiradi, qovushqoqligi saqlanadi, korroziyaga qarshilik ko’rsatish qobiliyatini oshiradi, ammo plastikligini biroz pasaytiradi.
Nikel po’latlarning mustahkamligini, zarbiy qovushqoqligini, korroziyabardoshligini, toblanish chuqurligini oshiradi, issiqlikdan kengayish koeffitsientini o’zgarishiga olib keladi. Nikelli po’lat zich bo’ladi, chunki nikel yaxshi qaytariluvchi metalldir.
Volfram qo’shilgan po’lat juda qattiq bo’ladi, chunki u uglerod bilan birikib, juda qattiq ximiyaviy birikma - volfram-karbidini hosil qiladi. Volframli po’lat qizarguncha qizdirilganda ham o’z qattiqligini saqlab qoladi. Volframli po’lat toblangandan keyin bo’shatilganda mo’rtlashmaydi.
Vanadiy po’latlarning zichligini oshiradi, donlarini maydalab, qattiqligini va mustahkamligini oshiradi.
Kobalt po’latlarning zarbiy qovushqoqligini, issiqqa bar-doshliligini va magnit xossalarini oshiradi.
Molibden po’latlarning egiluvchanligini, mustahkamligini, korroziyabardoshligini, issiqbardoshligini va quyundibardoshligini oshiradi.
Mis po’latlarning korroziyabardoshlik xossalarini kuchaytiradi.
Titan po’latlarning mustahkamligini va korrozibardoshligini oshiradi, uni kesib ishlanuvchanligini yaxshilaydi. Titan yaxshi qaytaruvchi metall bo’lganligidan po’latlarning zichligini oshiradi.
Niobiy po’latlarning korroziyabardoshligini va kislotabar-doshligini oshiradi.
Alyuminiy po’latlarning issiqqa bardoshliligini, agar qotishmaga kremniy ham qo’shilsa, korroziyaga chidamliligi ham yaxshilanadi, quyundi bardoshligi oshadi.
Tsirkoniy mayda donli po’latlar hosil bo’lishiga imkon beradi. Chunki po’latga tegishli miqdorda tsirkoniy qo’shish yo’li bilan uning donlarini zarur o’lchamga keltirish mumkin.
Lantan, neodim po’latlardagi g’ovakliklarni, oltingugurt miqdorini kamaytiradi, po’lat yuzasining sifatini yaxshilaydi, po’latni mayda donli qiladi.
Tseriy po’latlarning puxtaligini va ayniqsa, plastikligini oshiradi. Legirlovchi elementlar sifatida yuqorida ko’rib chiqilgan elementlardan tashqari bor, azot, fosfor, selen va boshqa elementlar ham ishlatiladi.
Ma‘lumki, har qanday po’lat tarkibida uglerod asosiy element sifatida (miqdoridan qat‘iy nazar) mavjud bo’ladi.
Uglerodli po’lat strukturasi muvozanat holatida asosan ferrit va sementitdan iborat bo’ladi. Bulardan, faqat sementit po’lat tarkibidagi uglerodning miqdoriga to’g’ri proportsional holda o’sib boradi, ya‘ni uglerod miqdori 0,38 % ga yetganda sementit miqdori 5% bo’ladi. 2,0 % S miqdoriga esa 30 % sementit miqdori to’g’ri keladi. Bundan tashqari, po’latlar tarkibida uglerodning miqdori oshib borgan sari tegishli po’latning mustahkamlik xususiyatlari (NV,) oshadi, plastikligi esa (,) kamayadi. Lekin shuni qayd qilish zarurki, po’latlarning tarkibida uglerodning oshib borishi tegishli po’latlarning texnologik xossalarini, ya‘ni kesib ishlash, payvandlash, issiqlayin va xususan sovuq holatda deformatsiyalanishini yomonlashtiradi.
Po’latlarning tarkibidagi asosiy element (komponent) lar (Fe va S) dan tashqari, ma‘lum bir miqdorda doimiy qo’shimcha elementlar bo’ladiki, bu komponentlar ham tegishli po’latlarning xossalariga turlicha ta‘sir ko’rsatadi. Shuning uchun ham ba‘zi bir doimiy qo’shimchalarning ta‘siri haqida to’xtash maqsadga muvo-fiqdir.
Marganets va kremniy ferritda eritma hosil qilib, po’latlarning mustahkamlik xossalarini oshiradi (ya‘ni mayda donli, zich po’latlar hosil qilinadi) va po’lat tarkibida kislorod va oltingugurtning salbiy ta‘sirlarini kamaytiradi. Odatda, uglerodli po’latlar tarkibida (0,5... 0,8%) Mn va (0,3... 0,5%) Si bo’ladi. Oltingugurt va fosfor asosan po’latlar tarkibiga cho’yandan o’tadi. Chunki ular temir bilan ximiyaviy reaksiyaga kirishadi va FeS, Fe3P kabi birikmalari yuqori temperaturada ham mo’rt bo’ladi. Ayniqsa, po’lat uchun S juda xafli komponentdir. U issiqsinuvchanlikni keltirib chiqaradi, ya‘ni FeS+Fe kabi evtektikani hosil qiladi. Bundan tashqari, hosil bo’ladigan uchlamchi evtektika (FeS+Fe0+Fe) ning erish temperaturalari (9880S)dan juda past bo’lib, po’latni issiqsinuvchan bo’lishiga sabab bo’ladi.
Tarkibida oltingugurt miqdori yuqori bo’lgan po’lat cho’g’lan-ganda, issiqsinuvchan bo’lganligidan, bunday po’latni qizdirib turib bolg’alash, prokatlash, shtamplash va umuman, qizdirib turib bosim bilan ishlash mumkin bo’lmaydi.
Fosfor ferrit va austenitda erib, ularning plastikligini pasaytiradi. Fosfor po’latning mo’rt holatiga o’tish temperaturasini ham oshiradi. Natijada, fosfor po’latlarni sovuqsinuvchan bo’lishiga olib keladi.
Po’lat tarkibida uglerod miqdorini oshib borishi esa fosfor zararini tegishli ravishda oshiradi, xolos.
Kislorod, azot va vodorod elementlari umuman po’latlar uchun yashirin zararli qo’shilmalar bo’lib, po’latlar tarkibidagi temir bilan turli ximiyaviy birikmalar (qattiq va mo’rt nitridlar) hosil qiladi. Ishlab chiqarish usullariga qarab uglerodli po’latlar tarkibidagi 0,01 dan 0,1 gacha kislorod, elektr usuli bilan ishlab chiqarilgan po’latda 0,008 dan 0,01% gacha, marten po’latida 0,004 dan 0,006 % gacha, bessemer po’latida esa 0,01 dan 0,014% gacha azot bo’ladi.
Vodorod esa po’latning puxtaligini (u), nisbiy uzayish () va nisbiy torayish () xossalarini pasaytiradi.
Umuman olganda, po’lat ko’p komponentli qotishma hisob-lanadi. Bu komponentlar (C,Mn,Si,S,P,O,H,N) uning xossalariga ta‘sir etadi.
15-rasm. Temir- grafit holat diagrammasi
16-rasm. Po’latning mexanik xossalariga uglerodni ta‘siri
Sekin sovutilganda po’lat strukturasi ikkita fazadan: Ferrit va sementitdan iborat bo’ladi. Po’latdagi sementit miqdori uglerod miqdoriga to’g’ri proportsional ravishda o’sib boradi
Qattiq va mo’rt sementit zarralari dislokatsiya harakatiga qarshilikni oshiradi, ya‘ni deformatsiyaga qarshiligi ortadi, plastiklik va qovushqoqlik kamayadi.
Po’latda uglerodning ko’payishi qattiqligini, oquvchanlik chegarasini, uzilishiga nisbiy qarshiligi oshishiga sabab bo’ladi; nisbiy cho’zilish, nisbiy ko’ndalang qisqarish, zarbiy qovushqoqligi esa kamayadi.
Po’lat tarkibida uglerodning 0,1% ga oshishi sovuqqa sinuvchanligi temperaturasini har 200S ga ko’tarishiga olib keladi. Uglerodli po’latlarda qo’shimcha sifatida kremniyning miqdori 0,35. . .0,4% dan, marganets esa 0,5. . . 0,8% dan oshmaydi. Kremniy va marganets po’lat olishning achitish jarayonida unga qo’shiladi. Ular po’latni achitadi, ya‘ni Fe0 dagi kislorod bilan birikib shlakka o’tadi. Bu bilan po’lat xossalari ancha yaxshilanadi. Kremniy metallni gazsizlantirib, quymaning zichligini oshiradi.
Kremniyning qattiq eritma (ferrit)da qolishi oquvchanlik chegarasini keskin oshiradi. Bu esa po’latning cho’zish yoki sovuqlayin o’tqazish qobiliyatini yomonlashtiradi. Marganets esa po’latning plastikligini kamaytirmasdan mustahkamligini sezilarli oshiradi, ya‘ni issiqlikka sinuvchanligini yuqori temperaturalarda (oltingugurt ta‘sirida paydo bo’ladigan) mo’rtlashuvini kamaytiradi.
Oltingugurt po’latlardagi zararli qo’shimcha. U temir bilan ximiyaviy birikma hosil qiladi. U temirning qattiq holatida umuman erimaydi. FeS temir bilan oson suyuqlanuvchi evtektikani (suyuqlanish temperaturasi 9880S) hosil qiladi. U donlar chegarasida joylashadi.
Prokatlash yoki bolg’alashda po’latlarni 1000-12000S gacha qizdirilganda evtektika suyuqlanib, metall donalari orasidagi bog’lanish buziladi. Oqibatda po’lat deformatsiyalanishida evtektika joylashgan yerlarda darzlar, siniqlar vujudga keladi. Bu hodisa issiqqa sinuvchanlik deyiladi.
Agar po’latda Mn bo’lsa, u S bilan qiyin eriydigan birikma MnS hosil qiladi. Bu esa issiqqa sinuvchanlik hodisasini yo’qotishi mumkin.
Oltingugurt (S) po’latning payvandlanuvchanligini, korroziyaga turg’unligini yomonlashtiradi. Shuning uchun ham po’latda oltingugurt miqdori (0,035. . . 0,06%) qat‘iy chegaralangan.
Fosfor - zararli qo’shimcha, shuning uchun ham po’latning sifatiga qarab uning miqdori 0,025. . . 0,045% gacha ruxsat etiladi. Agar fosfor miqdori 1-1,2% gacha bo’lsa, Fe3Pfosfid hosil qiladi. Fosfidda 15,62% R bo’ladi. fosfor ferritda erib, uning kristall panjaralarini buzadi, uzilishiga nisbiy qarshiligi va oquvchanlik chegarasini oshiradi, plastiklik va qovushqoqligini kamaytirib yuboradi. Po’latda qancha ko’p fosfor bo’lsa, u po’latning qovushqoqligini shuncha sezilarli qilib o’zgartiradi, har 0,01%R po’latning sovuq sinuvchanligi temperaturasini 20. . . 250S ga oshiradi.
Fosforning zararli ta‘siri - uning likvatsiyalarga moyilligidir. Shuning uchun po’latda ruxsat etiladigan fosfor miqdori 0,025. . . 0,08% bo’ladi.
Azot, kislorod, vodorodlar esa nitrid va oksidlar hosil qilib, sovuq sinuvchanlik temperaturasini oshishiga, mo’rt buzilish qarshiligini pasayishiga sabab bo’ladi.
Vodorod esa po’latda erib, uni mo’rt bo’lishiga, flokenlar- juda nozik darzlar, siniqliklar hosil bo’lishiga olib keladi. Flokenli metallar sanoatda umuman ishlatilmaydi.
Po’latning xossalarini yaxshilash maqsadida ba‘zi elementlar maxsus qo’shiladi. Bu elementlar (Ni,Mn,Cr,W,Mo,V) – legirlovchi elementlar deyiladi.
Legirlovchi elementlar po’latga kirgizilganda, temir bilan ular quyidagi fazalarni:
1)qattiq eritmalarni hosil qilishi;
2)legirlovchi elementlar sementitda erib, legirlangan sementitni yoki mustaqil maxsus karbidlarni hosil qilishi mumkin;
3)agar legirlovchi element miqdori ko’p bo’lsa, intermetall birikmalarni hosil qiladi.
Uglerod, azot, vodorod, bordan (bor atomlari qisman - temirda joriy etish bilan, qisman temir atomlarini o’rnini olish yo’li bilan) tashqari barcha elementlar temir bilan o’rin olish yo’li bilan tashkil topadigan qattiq eritmalarni hosil qiladi. Temirda ular erib, A3 va A4 nuqtalarning joylashuviga ta‘sir etadi.
17-rasm. Temirning polimorfizmiga legirlovchi elementlar ta‘siri
A3 va A4 nuqtalar va - temirning temperatura intervalidagi mavjudlik chegarasini belgilaydi.
Temirning polimorfik modifikatsiyalarini mavjudlik temperaturasi chegarasiga legirlovchi elementlarning ta‘siriga ko’ra ikki gruppaga bo’lish mumkin. Birinchi gruppaga Ni,Mn kiradi.
Ni va Mn A3 nuqtani pasaytiradi, A4 nuqtani esa ko’taradi. Buning natijasida temirlegirlovchi element holat diagrammasida (fazani kengayishi, -faza mavjud bo’lgan sohaning qisqarishi kuzatiladi.
Legirlovchi element kontsentratsiyasi 17-rasmda (n nuqta) ko’rsatilganidan ko’p bo’lsa, u holda fazaviy o’zgarishlar bo’lmaydi hamda barcha temperaturalarda - temirdagi legirlovchi element qattiq eritma holida namoyon bo’ladi. Ular austenitli qotishmalar deyiladi. Agar oz bo’lsada, o’zgarishlar sodir bo’lsa, yarim austenitli deyiladi.
Ikkinchi gruppa elementlari (Sr,W,Mo,V,Si,AI) esa A4 nuqtani pasaytirib, A3 nuqtani esa ko’taradi. Bu esa legirlovchi elementlarning ma‘lum kontsentratsiyasidan so’ng kritik nuqtalar, aniqrog’i A4 va A3 orasida interval qo’shilib ketadi va - faza butunlay berkilib qolib, hamda barcha temperaturalarda qotishma legirlovchi elementning (-temirdagi qattiq eritmasidan iborat bo’lib qoladi. Ular ferritli, qisman sodir bo’lsa, yarim ferritli deyiladi.
Legirlovchi elementlar uglerodning evtektoidli kontsen-tratsiyasiga holat diagrammasidagi S nuqtasiga] va - temirdagi uglerodning eruvchanlik chegarasiga holat diagrammasidagi Ye nuqtasiga] katta ta‘sir qiladi. Ni,Co,Si,W,Cr,Mn, lar S va Ye nuqtalarni uglerod miqdori kam bo’lgan tomonga siljitadi. V,Ti,Nb - esa, aksincha evtektoidda uglerod kontsentratsiyasini oshirishga harakat qiladi.
Si, Mn dan tashqari legirlovchi elementlar ferritda erib, nisbiy uzayishga qarshiligini o’zgartirmaydi, uning vaqtinchalik qarshiligini oshiradi. Si, Mn, Ni ferritni mustahkamlaydi. Qolganlari esa ferrit mustahkamligini nisbatan kam o’zgartiradi.
Legirlovchi elementlarni 1-2% miqdorida po’latga kirgizish zarbiy qovushqoqlikni kamaytiradi va ko’p mikdordagisi esa sovuq sinuvchanlik ostonasini oshishiga olib keladi.
Faqat Ni bundan mustasno. U ferritni mustahkamlaydi hamda bir vaqtda zarbiy qovushqoqlikni oshiradi, sovuqsinuvchanlik ostonasini uzoqlashtiradi.
Legirlovchi elementlar (-temirda erib, uy temperaturasida va yuqori temperaturalarda austenitning mustahkamligini oshiradi. Uzilishga vaqtincha qarshiligi yuqori bo’lishi bilan bir vaqtda oquvchanlik chegarasini pastligi austenit uchun xarakterli hisoblanadi.
Austenit paramagnetik, issiqlikdan kengayishining temperatura koeffitsienti ancha katta, deformatsiya natijasida tez va kuchli mustahkamlanadi, ya‘ni oson naklep (nagartovka)lanadi.
Uglerod bilan munosabatiga ko’ra, legirlovchi elementlar quyidagilarga bo’linadi:
1) Grafitlashtiradigan elementlar Ni, Si, Cu va Ag (bu elementlar qattiq eritmada bo’ladi).
2) Karbid hosil qiluvchi elementlar: ular karbid hosil qiluvchi fazalarning turg’unlik darajasiga ko’ra,
bo’ladi.
Agar po’latda karbid hosil qiluvchi elementlar Mn, Cr, W, Mo oz miqdorda bo’lsa, ular sementitda eriydi va ularning atomlari temir atomlarining o’rniga joylashadi, bu holda sementit tarkibi quyidagi formula (FeM)3C bilan ifodalanadi. M-legirlovchi element. Masalan: Mn sementitda erib, (FeMn)3 C karbidi, Cr ning erishi esa (FeCr)3S karbidini hosil qiladi.
Agar uglerod miqdoriga nisbatan Cr, Wo Mo ning oshirilgan miqdori bo’lsa po’latlarda maxsus karbidlar hosil qilishi mumkin.
Agar Cr 2% dan oshmasa, u holda legirlangan sementit (Fe,Cr)3C bundan ko’proq bo’lsa - maxsus karbid (FeCr) 7C3;10. . .12%Cr bo’lsa, (FeCr)23C6 hosil bo’ladi.
W va Mo ni po’latga shunday miqdorda kirgizilganda (sementit bu elementlar bilan to’yinish chegarasidan ko’proq miqdorda), murakkab karbidlar - Fe3Mo3C, Fe3W3C lar hosil bo’ladi. Maxsus karbidlar Fe va boshqa metall atomlarini o’zida eritish qobiliyatiga ega. Masalan, Cr7C3 karbidi 200S da 55% gacha Fe ni eritib, (Cr,Fe)7C3 murakkab karbidini hosil qiladi.
Sr23S6 karbidi 35% gacha Fe ni eritadi va (Cr,Fe) 23C6 karbidini hosil qiladi. Sementit tipidagi karbidlarni M3C bilan, kristall panjarali xrom karbidlarini M7C3,M23C6 belgilaydilar. Metall atomlari volfram yoki molibden tipida joylashgan panjarali karbidlar M6C va M4S, MC bilan belgilanadi. M-simvoli yoki belgisi ostida esa karbid tarkibiga kiruvchi metall elementlari summasi tushuniladi. Legirlangan po’latlarda hosil bo’ladigan karbidlar ikki guruhga bo’linadi.
1) M3C, M7C3,M23C6,M6S qizdirishda nisbatan austenitda osongina eriydi; 2) MS tipidagi karbidlar (TiC,VC,NbC) po’latlarni real sharoitlarda qizdirishda austenitda umuman erimaydi (VC - esa bundan istisno).
Po’latda karbidlarning dispersiyasi zarralari qancha ko’p bo’lsa, u shunchalik mustahkam va qattiq bo’ladi. Bu fazalarning zarrachalari plastik deformatsiyalanishiga qarshiligini oshiradi.
|