Көміртекті-темір қортпалары. Болатты термиялық өңдеу
Көміртек қатты темірде 4% артық болмауы керек, сұйық темірде көбірек ерійді. Шойындағы көміртек не бос күйде, не цементит Fe3C түрінде болады. Осы көміртектің шойын ішінде қандай түрде болуына байланысты, шойынның қасиеттері әр түрлі болады.Шойынды баяу суытса, ондағы цементит Fe3C айырылып, темір мен көміртекке айналады. Сол графиттің қаралығынан шойынның да жарылған жері күңгір тартып тұрады, мұны сұр шойын дейді. Мұнда кремний біраз (2-3,5%) болады. Сұр шойын, ішінде цементит болмағандықтан жұмсақ болады, қалыпқа жақсы құйылады, бірақ оңай жарылады. Сұр шойыннан машиналардың тұлғасын, құбырлар, плиталар т.б. ірі заттар құйылып жасалады.Шойынды тез суытса, ондағы цементит айырылып үлгермейді, ол шойын ішінде сол қалпында қалғандықтан шойынға қаттылық, әрі томырықтық қасиет береді. Жарылған беті жарқыраған, ақшыл таза болғандықтан оны ақ шойын деп атайды. Мұнда кремний аз –1%, бірақ біраз марганец 1-1,5% болады. Ақ шойын сол қалпында қолданылмайды, оны тағы өңдеп болат және темірге айналдырады.Шойынның құрамындағы көміртекті азайтса, қатты болат (C-0.3-2%) және жұмсақ болат(С-0,3% кем) яғни темір алынады.Химиялық өңдеу дегеніміз – болат заттың үстіңгі қабатының қасиеттерінің құрылымы мен химиялық құрамы өзгеріске түсетін процесс.Теңіз және теміржол транспортында цементтеу, азоттау, нитроцементтеу және жалпы түрде «диффузиялық металлизация» деп аталатын процестер көп қолданылады Химия-термиялық өңдеу 3 қарапайым процестен тұрады:диссоциация, адсорбция және диффузия.Дисоциация дегеніміз – газдық ортадағы молекулалардың элементтен ыдырап және бөлініп шыққан еркін белсенді атомдарын болаттың сыртқы қабатының сіңіруі.Диффузия – адсорбталған атомдардың жылулық қозғалыстары нәтижесінде заттың сырт қабатынан ішкеі қабатына терең енуі.Көміртегі, азот және бор - ішкі қабатқа енетін қатты ерітіндіні құраушылар,ауыспалы қатты денелерді құраушыларға қарағанда жақсырақ араласып кетеді.Диффузия жылдамдығы жоғары болған сайын бөлшектердің қызу температурасы да арта түседі.Цементтеу дегеніміз болаттан жасалған бұйымдардың беткі қабатының көміртекпен қанығу процесі. Цементтеу негізінен бөлшек бетінің жабысқақ өзегін сақтай отырып, аса қаттылығын алу мақсатында қолданылады. Ол тозуға тұрақтылығы мен беріктік шегін арттырады. Цементтеу үшін механикалық өңдеуден, өткен 0,05 – 0,10мм қалыңдықта тегістелген бөлшектер қолданылады. Цементтелмейтін аймақты мыстың жұқа қабатымен электр әдісі немесе отқа төзімді сұйық шыныда араластырылған батпақ, құм және асбесттен тұратын арнайы сылау арқылы жауып қояды.Цементтелу 900-950с жоғары температурада жүзеге асады. Болат құрамында көміртек мөлшері аз болған сайын қыздыру температурасын арттыруды қажет етеді.Осындай температураларда атомарлы көміртек болаттың үстіңгі қабатында адсорбталады және металдың ішкі бөлігіне енеді.Нәтижесінде үстіңгі беттегі көміртек мәні 0,8 – 1,0% шамасын құрайды. Көміртектің жоғарғы концентрациясы әлсіз цементтелу қабатының болуына мүмкіндік туғызады.Цементтелу жүргізілетін ортаны карбюризатор деп атайды.Болаттың физикалық, әсіресс механикалық қасиеттері оның ішкі құрылымына байланысты. Болаттың құрылымын жақсарту үшін оны термиялық өндейді; термиялық өндеудің маңызды әдісі болатты суару және жасыту.Термиялық өндеу кезінде болат ішінде химиялык процестер жүреді. Суару процесіндегі болатын өзгеріс былай түсіндіріледі.Болат құрамындағы цементит жоғары температурада темірмен аустенит деп аталатын (балкыған γ-Fе-дегі көміртектің ерітіндісі) қатты ерітінді түзеді, аустенит өте қатты зат әрі жоғары температурада ғана тұракты, бірақ қыздырған болатты суға малып, бірден аустенит айрылып үлгермей, суарган болат құрамында қала береді. Шын мәнісінде, болатты суарғанда құрамындагы аустенит өзгеріп, айтылған жағдайда өзінен гөрі қаттылығы артык мартенситке (α-Fе ішіндегі көміртектің аса қанық ерітіндісі) айналады. Ал, болатты жасытқанда - ол баяу суыған кезде, аустенит айырылып, қайтадан цементит пен феррит (α Ғе ішіндегі С ерітіндісі) түзіледі, содан болат жұмсарады.Болаттан жасалған кейбір заттардың сырты қатты, іші жұмсақ болуы керек кездер болады, мысады автомашинаның ось темірінің сырты қажалмайын қатты болумен бірге машинаны ой шұқырда соққан кезде өсь морт сынып кетпес үшін ішкі денесі жұмсак болуы керек. Міне осындайдй металдың сыртқы бетінің химиялық құрамын өзгертетін бірнеше әдістер бар:Цементтеу - жұмсақ болаттан жасалған заттың сырқы бетіне көміртек сіңіреді, ол үшін бұл затты көміртек(ІІ)оксиді ішінде, не кемір толтырған ыдыста қыздырады, сосын оның сыртының 0,8-2мм қабаты қатайып берік болады.Азоттау үшін болаттан жасалган затты аммиак ішінде 500-6000-та 20минут ұстайды. Аммиактан ажырап шығатын атомдалған азот диффузия арқылы металлдың бетіне сіңіп, сол арада нитридтер Fe2N, Fe4N, AlN,ClN т.б. түзеді.(нитридтер өте қатты заттар).Циандау болаттан жасалған заттың сырткы бетін көміртек, әрі азотпен байыту. Ол үшін бұл затты натрий цианидінің басқа тұздармен балқыған коспасына (NаСN+NaCl+Na2CO3 ) малады, сонда металдың бетінде нитрид, карбидтердің қоспасы түзіледі (қалындығы 0,1-0,2 мм). Осы сияқты жылу арқылы силицийлеу,алюминийлеу (алитирлеу) хромдау әдістері бар.Осы күні болатты таза күйде қолдану сиреп барады. Болаттың арнаулы, сапалы (легированная сталь) түрлері алынады, ол үшін оған тиісті мөлшерде бір не бірнеше металл араластырады.
