Ыстықтай қаттылықты анықтау әдістері

Тәжірибелік жұмыс

Шойындардың, көміртекті және легірленген болаттардың термиялық беріксіздендіруін анықтау

4.1 Жұмыстың мақсаты: металлды материалдардың ыстыққа беріктік қасиетімен танысу, металдың максималды беріксіздену температурасын анықтау және ыстыққа берік және ыстыққа берік пен материалдың беріксіздену дәрежесін бағалау.

 

4.2 Аспаптар мен материалдар: ыстықтай қаттылығын анықтайтын құрылғылар; түрлі материалдан жасалған зерттелетін үлгілер жиынтығы, зімпара қағаз, термопар, вольтметр, секундомер, өлшегіш микроскоп.

 

Жалпы мәліметтер

Ыстыққа беріктік деп – ұзақ уақыт бойы материалдың жоғарғы температурада деформация мен қирауға ұзақ уақыт бойы қарсы тұруын айтамыз. Ыстыққаберіктік кәдімгі беріктікке қарағанда кешенді мөлшері болып табылады. Ол тек қана атомаралық байланыспен ғана емес, сонымен қатар қыздыру температурасы мен күш түсіру ұзақтығымен анықталады. Күш түсіру уақыты ұзақ болған сайын материалдың бұзылуы аз қысымдар шамасында байқалады (4.1-сурет). Сондықтан да уақыт әсерін ескергенде жоғары температурадағы беріктік – ұзақ беріктік деп аталады.

Болаттар мен қорытпаларының ыстыққа беріктік қасиеті оларға легірлеуші элементтерді қосу арқылы жоғары легірленген қатты қорытпалардың түзілуімен түсіндіріледі немесе әлсіз каогуляцияланатын артық фазалардың дисперсті қосылыстарынан ерекше гетерогендік құрылым түзілуі арқылы алуға болады. Сонымен қатар, ыстыққа беріктік басты компоненттің кристалдық торына тәуелді болады. Осылайша, КШТ ферритті болаттардың ЖШТ торлы аустенитке (4.2-сурет) қарағанда ыстыққа беріктігі төмен болады. Осы себеппен КШТ торлы никельді қорытпалар барлық болат типтеріне қарағанда (аустениттілерді қосқанда) ыстыққа беріктігі жоғары болады (4.3-сурет). Беріксіздендіретін негізгі факторға рекристалдану жатады. Оның температурасы таза металдардың балқу температурасы жоғары болған сайын жоғары болады, ал қорытпаларда легірленгендігі жоғары болған сайын жоғары болады.

Сондықтан да ыстыққа берік қорытпаларды алу үшін қиынбалқитын т металдар жиі пайдаланылады (4.4-сурет). Ыстыққа берік материалдардың басты талабы механикалық қасиеттерінің тұрақты болуы, бұл жоғарытемпературалы эксплуатация процесі кезінде дисперсті қаттылану қабілетімен байланысты. Көптеген жағдайда механикалық қасиеттердің тұрақтылығын сақтау мүмкін емес, сол себепті материалдың қолдануына байланысты қасиеттердің шамаларының өзгеруінің шегі анықталады, басқаша айтқанда ыстыққа беріктік сызықтары (4.3-сурет). Температура жоғарылаған сайын олар (сызықтар) жіңішкере бастайды, бұл беріктендіргіш факторлардың (легірлену мен құрылым) рөлінің бәсеңдеуін.

 

4.1-сурет. Темірдің температураға тәуелді уақытша кедергісі	4.2-сурет. Аустенитті және ферритті болаттардың ыстыққа беріктігі
	1 – Mo қорытпалары, 2 – Ni, 3 – Co, 4 – Fe-Cr-Ni-Co қорытпалары, 5 – аустенитті болаттар, 6 – жылуғатөзімді болаттар, 7 – Ti, 8 – Al 4.3-сурет. Қорытпалардың ұзақ беріктігінің температураға тәелділігі	4.4-сурет. Қиын балқитын металдар негізіндегі жасалған берік қорытпалардың температураға тәелділігі

 

Металдар мен қорытпалардың ыстыққа беріктігін сынаудың кең тараған әдістері:

- аққыштыққа сынау, металдар мен қорытпаларды пластикалық деформацияға қарсылығын бағалаған кезде, әдетте оның мөлшері бірнеше пайыздан аспайды.

- ұзақ беріктікке сынау, үздіксіз уақыт бойы металға күш түсірген кезде механикалық бұзылуларға қарсылығын бағалайды.

Бұл екі әдістің де кемшілігі болып оның аса ұзақтығында. Ыстыққа беріктік экспрестік әдіс ыстықтай қаттылықты өлшеу жиі қолданылады.

 

Ыстықтай қаттылықты анықтау әдістері

Бұл Бринель әдісі бойынша қаттылықты өлшеу әдісінің бір түрі,ал басты айырмашылығы, ол жоғары температураларда арнайы құрылғыларда жүргізіледі. Бұл құрылғылар температураны бақылап отыратын қыздыру құрылғысымен жабдықталған (4.5-сурет). Бұл әдістің мәні зерттелетін үлгіні үздіксіз түсірілетін және металдың табиғатына қарай бірнеше килограммға (әдетте болаттар үшін 5 кг) үздіксіз қыздыру болады,. Температураның интервалы жүздеген градусқа дейін жетеді, бөлме температурасынан бастап 50-100 градустан өсіп отырады. Температураны өлшеу дәлдігі ±5 градус. Әр температурада белгілер үштен кем емес болу керек.

Ұштық ретінде ыстыққа берік, босатуға қарсы тұра алатын, ыстыққа төзімді қорытпадан жасалған шарик қолданылады. Оның диаметрі 1,25 немесе 2,5 мм. Белгінің диаметрі шариктің 0,2-0,7 диаметрінің аралығында болуы тиіс. Үлгіні бірқалыпты және тез қыздыру үшін сұйық ванналарды – 500К-ге дейін – маймен бірге, ал өте жоғары температуралар үшін – тұзды ерітінділер 4.6-сурет. Күнделікті тәжірибеде қыздыру ауада жүргізіледі. Түзілген отқабыршығызімпара қағазының көмегімен мезгіл-мезгіл тазартып отыру керек. Салмақ өте баяу және соққысыз берілу керек. Күш түсіруді ақырын, соққы мен тербеліссіз орнату керек. Күш түсіру уақыты 1-3 минут, экспрестік бағалауда -15 сек.

 

1 – үлгі, 2 – пеш, 3 – ұштық, 4 – термопара, 5 – қысым 4.5- сурет. Ыстықтай қаттылыққа сынаудың сұлбасы	1 – пуансон, 2 – термопара, 3 – термо-метр, 4 – тұзды ванна, 5 – пеш, 6 – үлгі, 7 – асбест тақта 4.6-сурет. Ыстықтай қаттылықты анықтау

 

Үлгіні бір температурада сынап болғаннан кейін, арақашықтығы екі белгіден кем емес жерге ауыстырады, бұл өте жоғары температураларда келесі белгілерді енгізу үшін жасалады. Пештегі температура берілген температураға дейін қыздырылады, содан кейін үлгі толықтай қызу үшін уақыт беріледі және келесі күш түсірулер жүргізіледі. Осы кезекпен сынаудың барлың циклы берілген максималды температураға жеткенше жүргізіледі.

Белгілерді өлшеу үшін үлгіні бөлме температурасына дейін суытқаннан кейін мына формуламен есептейді:

 

(4.1)

4.5 Жұмысты орындау тәртібі:

4.5.1 Зерттелетін үлгілерді ентаңбалау және қаттылықты анықтау үшің ысылманыі дайындау – беріктігі жоғары ВЧ45-5 және ЧН11Г7Х2Ш шар тәріздес графиті бар шойын ентаңбасы, болат У8 (көміртекті), 18Х2Н4ВА (беріктігі жоғары), ыстыққа берік 12Х2МФБ (мартенситті класс), 1Х14Н18В2Б (аустенитті сынып).

4.5.2 Ыстықтай қаттылықты есептеу үшін құрылғыны даярлау. Центрлеуші бұраманың, пеш жүйесінің жұмысы мен өлшегіш термопараның жұмысқа жарамдығын тексеру. Белгіні түсіру үшін зат қоятын үстелді центрлеу.

4.5.3 Үстелге шойыннан жасалған үлгіні қою керек. Олардың әрқайсысын кезекпен ұштықты астына келтіру жүк түсіруді өткізу, рычагты құрылғының ауданына үлгіні орналастырып күш түсіру (5 кг), 15сек ұстау, жүкті алу. Сынауды жылдамдату үшін әрбір температуралық нүктеге бір белгіден түсіріледі.

4.5.4 Екінші белгіні бос орынға түсіру үшін үлгіні жылжытып, үлгілердің ұштықтың астында дұрыс орналасуын тексеру.

4.5.5 Пештің температурасын 100 градусқа дейін көтеріп, 15мин ұстап және үлгіге қайтара күш түсіру керек. Келесі белгі түсіру үшін тағы да үлгілерді орнынан қозғау.

4.5.6 Керекті максималды температураны алу үшін керегінше сынауды жоғарыдағыдай қайталау керек.

4.5.7 Осындай сынауларды үстелге бірден 4 үлгіні қою арқылы болат үлгілері үшін жүргізу.

Бұл сынаулар уақыт факторының әсерін ескермейді, өйткені зерттелетін үлгіге күш түсіру берілген температурада әртүрлі уақытта жүргізіледі. Бұл бірнеше минуттық айырмашылықтар (5-ке дейін) қасиеттердің өзгеруіне шамалы әсер етеді. Мұндай қателік оқу жүйесінде кездесе береді. Сонымен қатар өндірістік сынауларға қарағанда түзілген отқабыршығы қауіпсіздік мақсатында үлгінің бетінен тазартылмайды.

4.5.8 Зерттелетін үлгіні бөлме температурасына дейін суытқаннан кейін ысылманың бетін бүлдіріп алмай отқабыршығын тазалау керек.

4.5.9 Өлшегіш микроскоптың көмегімен алынған белгілердің диаметрін 3 рет өлшеп, нәтижелерді 4.1-кестеге жазу керек.

4.5.10 4.1-формуланың көмегімен ыстықтай қаттылықтың мәнін есептеп, 4.1-кестеге жазу керек.

 

4.1 - кесте

Зерттелетін үлгілерді ыстықтай қаттылықты өлшегендегі нәтижелері

Материал	Температура, °С
ВЧ 45-5
ЧН11Г7Х2Ш
Болат У8
18Х2Н4ВА
12Х2МФБ
1Х14Н18В2Б

Есеп беру мазмұны

4.6.1 Жұмыстың аты мен мақсаты.

4.6.2 Жабдықтар, материалдар, аспаптар.

4.6.3 Ыстыққа беріктіктің қасиетінің физикалық табиғаты мен оны өлшеу әдістерін қысқаша сипаттау.

4.6.4Жұмыстың принципі және қаттылықты ыстықтай сынау қондырғысының сұлбасы, тәсілдің маңыздылығы.

4.6.5 Жұмысты жүргізу тәртібі, өлшеу және есептеу әдістері.

4.6.6 Алынған нәтижелерді талдау және қорытындылау.