15 Mavzu: Termik ishlov berishning asosiy texnologiyalari Ma`ruzaning rejasi

I -tur yumshatish
1-tur yumshatish metall va qotishmalarga turli ishlovlar berishda ularda yuzaga keladigan muvozanat bo’lmagan holatni qisman yoki to’liq olib tashlash uchun mo’ljallangan termik ishlov berish turi bo’lib, unda faza o’zgarishlari kuzatilmaydi. 1-tur yumsha­tish quymakorlik, bosim bilan ishlov berish, payvandlash, ter­mik ishlov berish va boshqa texnologik jarayonlarda yuzaga keladigan muvozanat bo’lmagan holatni olib tashlash uchun xizmat qiladi.

Qanday muvozanat holatidan og’ishlarni bartaraf qilishga bog’liq ravishda 1-tur yumshatishning quyidagi turlari mavjud: gomogenlovchi, kristallanishga qadar, qayta kristallanuvchi (rekri­s­­tal­­­lanuvchi) va kuchlanishini kamaytiruvchi yumshatish.

Metall yoki qotishmalarni muvozanat holatidan og’ishlarni kamaytiruvchi jarayonlar o’zicha boradi va 1-tur yumshatishda qizdirish faqat bu jarayonlarni tezlashtirish uchun xizmat qiladi. 1-tur yumshatishdagi asosiy parametrlarga qizdirish tempera­turasi va ushlab turish vaqti kiradi. Qizdirish va sovutish tezligi yordamchi parametrlar hisoblanadi.

Gomogenlovchi yumshatish – bu termik ishlov berish turi bo’lib, metall yoki qotishmalardagi dendritli kimyoviy notekislik (lik­vatsiya) tufayli hosil bo’ladigan ta’sirlarini (kamchilik­lar­ni) yo’qotish uchun xizmat qiladigan eng asosiy jarayon hisob­lanadi.

Dendritli kimyoviy notekislik tufayli qotishmaning asosi hisob-langan, qattiq eritmalardagi ichki kristallarning kimyoviy mikronotekisligi hosil bo’ladi. SHu bilan birga ortiqcha muvo­zanatda bo’lmagan faza-lar ham vujudga kelishi mumkin. Masalan,

2.2-rasm. Evtektik turdagi sistemada muvozanat bo’lmagan solidus A' da va X₁ qotishmada dendritli kimyoviy notekislikda bc qattiq eritmaning o’rtacha tarkibini o’zgarish egri chizig’i
2.2-rasmda ko’rsatilgan X₁ qotishmaning muvozanat holati­dagi kristal­lanishida b – eritmani qotishmaning butun hajmi bo’yicha tarkibi bs chiziq bo’yicha o’zgaradi va kristal­lanishi evtektika hosil bo’lmasdan muvozanat holdagi solidus nuqtasi hisoblangan s da tugaydi. Muvozanat bo’lmagan holda kristallanishda b – eritmani B komponentlari bilan to’yingan­ligi kechikib hosil bo’lib, oldindan hosil bo’ladigan qatlamlar tarkibi bilan bir xil holga kelishga ulgirmaydi va X₁ qotishma­dagi birlamchi kristal­larning o’rtacha tarkibi bc chiziq bo’ylab o’zgaradi va uning kris­tallanishi evtektik temperaturada (m nuqtada) tugaydi. X₁ qotish­maning kristallanishi tugashi bilan dendritli yacheykalarda – dendrit shoxlari kesimlarida – legir­lovchi elementlar miqdori qotishmaning o’rtasida minimal bo’lsa, sirtqi yuzada esa evtektik temperaturada erish chegarasiga mos keladi (2.2-rasm, a nuqta). Bu qotishma muvozanat bo’lgan holda bir fazali bo’lib, dendritli kimyoviy notekislik tufayli muvozanat bo’lmagan evtektika kris­tal­lanadi va uning miqdori cm/ce ga teng bo’ladi. Juda ko’p hol­larda muvozanat bo’lmagan evtektika dendrit yacheykalarini chega­rasi bo’ylab joylashgan evtektika kelib chiq­ishga ega bo’lgan v-faza­ni hosil qiladi. 2.2-rasmda ko’rsatilgan holat diagrammadagi k nuqta berilgan holatda muvozanat bo’lmagan evtektikaning hosil bo’lishining miqdoriy chegarasidir. Ishlab chiqarish sharoitlarida yuzaga keladigan qotish­ma­larning kristal­lanishini sovutish tez­liklarining dia­pa­zonida qattiq eritmadagi tekislangan dif­fu­ziya kuchli tarzda bosim ostida bo’ladi va muvozanat bo’lmagan ortiq­cha faza legirlovchi elementning juda ham kam miqdorida kristallanadi. Misol tariqasida, evtektik yoki peritektik tempe­ra­turada (a) qotishma erishining chegarasi nuqtasida ikkinchi komponentning miqdori va kokilda (metall qolipda) quyma olish sharoitida miqdoriy chegarada (k) muvozanat bo’lmagan fazani hosil bo’lishi quyida ko’rsatilgan:
Sistema............................Al-Cu Al-Mg Mg-Al Cu-Sn
a, %.....................................5,7 15,4 12,7 13,5
k, %.....................................0,1 0,5 0,1 4,0
Quyma qotishma kristallanish jarayonida muvozanat holati­dan og’ishi natijasida quyidagi kamchiliklarga ega bo’ladi:

1. Agar dendritli kimyoviy notekislik natijasida ortiqcha mo’rt faza hosil bo’lsa, qotishmaning plastikligi odatda, kamayadi. Ayniqsa, qotishmaning den-dritli yacheykasi chegarasi bo’ylab, mo’rt birikmalarning (intermetallid, karbidlar va boshqalar) dag’al zarrachalaridan iborat bo’lgan yaxlit qatlamlar hosil bo’lsa, u holda uning plastikli kuchli tarzda kamayib ketadi;

2. Turli kimyoviy tarkibga ega bo’lgan dendritli yacheykalarni markaziy uchastkalari va ularning chegaralari mikrogalvanik juftliklar hosil qiladi. Shuning uchun qattiq eritmaning ichki kristallitlararo kimyoviy notekisligi elektrkimyoviy korroziyaga bardoshlikni kamaytiradi. Qattiq eritmada ortiqcha muvozanat bo’lmagan fazalarni hosil bo’lishi odatda, qotishmaning kor­roziyaga bardoshligini ham kamaytirib yuboradi;

3. Bosim bilan ishlov berishda, masalan prokatlash va pres­slashda turli kimyoviy tarkibga ega bo’lgan mikrouchastkalar cho’z­il­adi va maxsus cho’zilgan struktura hosil qilishi mumkin;

4. Dendritli kimyoviy notekislik qotishmaning solidus tempe­raturasini kamaytiradi, lekin bunga yo’l qo’ymaslik kerak. Masalan, toblash uchun tez qizdirilganda yoki bosim bilan ishlov berilganda buyumlar qisman erishi mumkin. Muvozanat bo’lmagan holda hosil bo’lgan evtektikaga ega bo’lgan joylarda buyumning qisman erish kuzatiladi;

5. Vaqt bo’yicha quyma qotishmaning strukturasi va xossasi stabil bo’lmaydi. Yuqori temeraturalarda ishlaydigan buyumlarda qattiq eritmalarning tarkibi o’z holicha sekin - asta tekislanib boradi va ortiqcha fazalar so’rilib ketishi kuzatiladi.

Bu yuqoridagi kamchiliklarni yo’qotish uchun metall va qotish­malar yumsha-tiladi, ya’ni to’g’riroq aytadigan bo’lsak, gomogenlovchi yumshatishga jalb qilinadi.

Bitta fazali qotishmalarda, masalan mis-nikelli qotishma­larni gomogenlovchi yumshatishda bosh asosiy jarayon qattiq eritma donasini tarkibini bir xillashtirish, ya’ni ichki kristallitlar­aro kimyoviy notekislikni yo’qotish hisoblanadi (2.3-rasm).

2.3-rasm. Cu- 20 % N ga ega bo’lgan qotishma mikrostrukturasi. X100;

a – quymadan so’ng holati; b – 1000⁰ C temperaturada 40 soat

mobaynida
Muvo­zanat bo’lmagan ortiqcha fazaga ega bo’lgan qotishma­larda, masalan 2.2 -rasmda tasvirlangan X₁ qotishmani gomogenlovchi yumshatishda ikkita asosiy jarayon kechadi: qattiq eritmaning ichki donachalari miqdorini tekislash va muvozanat bo’lmagan ortiqcha fazani eri­tish. Bu jarayonlarning asosida diffuziya yotadi, shuning uchun gomogenlovchi yumshatishni dif­fuzion yoki diffuziya­li yumshatish deb ham ataladi.

2.4-rasmni 1-egri chizig’ida sxematik tarzda dendritli yacheyka­ning kesimi bo’yicha legirlovchi elementlarni taqsim­lanishi tasvir­langan. pq kesma birlamchi b – fazaning dendritli yacheyka­ning kesimiga mos kelsa, hp – esa dendritli yacheykaning chegarasida qo’sh­imcha ikkinchi fazaning (v) kesimiga mos keladi. Dendritli yachey­kaning chegarasida miqdorning vertikal ko’rinish­da sakrashi, oshishi bu erda qo’shimcha ikkinchi fazaning joyla­shishiga to’g’ri keladi.

Ortiqchav–fazali dendritli yacheyka chegarasida gomogenizatsiya­lashgan yumshatishda dastlabki boshlang’ich ushlab turish vaqtida b – eritma miqdorining muvozanati o’rnatiladi va u gomogenlash temperaturasida eruvchanlik chegarasiga mos keladi (2.2 – rasmda t₁ temperaturada r nuqtasidir). b–eritmaning chegaraviy qatlamining miqdori ortiqcha b – faza mavjud bo’lguncha doimiy ravishda ushlab turiladi (2.4 -rasm).

Dendritli yacheykaning ichida tarkibni to’g’rilash, tekislash ortiqcha fazani to’liq erishining tezligi va vaqtini aniqlovchi gomogenizatsiyalashning nazorat qiluvchi zvenosi hisoblanadi.

Agar, shartli ravishda b – fazaning ichida tarkibni tekislash va unda ortiqchav – fazani erish jarayonini bir biridan ajratsak, u holda sxematik ko’rinishda quyidagi holatni ko’rsatish mumkin. b – eritmaning ichida tarkibni tekislash uni v – faza bilan chega­ra­sida miqdorini 2.2, 2.4- rasmlarda tasvirlangan r nuqtadan pastki qiymatgacha kamayishiga olib keladi va dendritli yacheyka­ning chegaraviy qatlami v–fazaga nisbatan to’yinmagan bo’lib qoladi. SHuning uchun v – faza erib, b – eritmaning chegaraviy qat­la­m­ini miqdorini muvozanat holatigacha oshiradi va h.k. b/v chegara asta-sekin eruvchi v – faza tomon suriladi, b – fazaning tarkibi esa dendritli yacheyka kesimi bo’ylab tekislanadi (2.4 – rasmda tasvirlangan chiziqcha chiziqcha qilib chizilgan chiziq).

2.4-rasm. v– fazaning chegarasida boshlang’ich (1), oraliq (2) va yakunlovchi (3) gomogenlash momentida b –eritmaning dendritli yacheykasining kesimida legirlovchi elementlarning taqsimlanishining egri chizig’i
Agar ortiqchav – faza to’liq eriy olsa, u holda uning to’liq yo’q bo’lishidan keyin ma’lum bir vaqtdan so’ng b – faza ichidagi miq­dorning tekislanish jarayoni tugallanadi. Agar qotishma tarki­bi muvozanat sharoitida bir fazali bo’lmasligi kerak, gomogenlashda esa faqat ortiqcha muvozanat bo’lmagan ikkinchi faza (yoki bir qancha fazalar) eriydi (2.5 -rasm).

Alyuminiy qotishmalar bilan o’tkazilgan sinovlar shuni ko’rsat­diki, ichki kristall kimyoviy notekislikni to’liq olib tashlash vaqti muvozanat bo’lmagan ortiqcha fazani to’liq erish vaqtidan (f_e) bir qanchaga oshiq bo’ladi. Ma’lumki, f_e vaqtni oson aniqlash mumkin, uning strukturasini yorug’lik mikroskopi yorda­mida tadqiq qilish mumkin. Qattiq eritmaning ichidagi miqdorni tekislanish kine­tikasini tadqiqot qilishda nisbatan qimmat va murakkab tuzilgan mikrorentgenospektral tahlildan foydala­niladi.

Fikning birinchi qonuniga asosan, moddaning diffundir­lov­chi oqimi I, ya’ni birlamchi vaqtda birlamchi kesim yuzasidan o’tuv­chi modda miqdori, x yo’nalish bo’ylab va bu kesimga perpen­di­ku­lyar bo’lgan yo’nalish bo’yicha dc|dx gradient miqdoriga propor­tsionaldir:

I = – D·dc|dx (1)
Diffuziya koeffitsienti D qotishma tabiati, qattiq eritma turi va tarkibi hamda donaning o’lchami va ayniqsa keskin ravishda temperaturaga bog’liqdir:
D = Ae ^–Q/RT (2)
bu erda, R – gaz doimiysi;

T – temperatura;

Q – diffuziyani faollashtiradigan energiya;

A– temperaturadan amalda bog’liq bo’lmaydigan konstanta.

2.5-rasm. Diametri 150 mm bo’lgan D16 markali duralyuminiy quymasini eruvchi struktura tashkil etuvchisini hajmiy qismi (V) va 400⁰ C tempera­turada nisbiy torayishni (sh) 500⁰ C temperaturadagi gomogenlash vaqtiga nisbatan bog’liqlik egri chizig’i
Temperatura diffuziya koeffitsientini ifodalovchi kattalik darajasiga kiradi va o’z navbatida uncha katta bo’lmagan miqdorda temperaturani oshishi sezilarli darajada diffuziyani tezlash­tiradi. Odatda, gomogenlovchi yumshatish qotishmaning erish tempe­raturasini 0,90–0,95T_e temperaturasidan yuqori tempe­ra­tura­da, lekin solidus nuqtasidan past temperaturada amalga oshiriladi. Ba’zi bir hollarda gomogenlovchi yumshatish tempera­turasi 0,80 – 0,90T_e intervalda bo’ladi.

Diffuziyani faollashtiruvchi energiya Q kristall panjarada atomlarning bir joydan boshqa joyga o’tishini ta’minlab beradi. Bu o’tish uchun zarur bo’ladigan ortiqcha energiya qo’shni atomlardan oladi, chunki atomlarning uzluksiz kinetik energiya bilan o’zaro almashi­nadi. Faollashtiruvchi energiya qiymati diffuziya koef­fitsi­enti qiymatiga kuchli ta’sir etadigan daraja ko’rsatkichiga kiradi.

Singdirilgan usulda erigan elementlarning diffuziyasini faol­lashtiruvchi energiyasi o’rin almashish usulida erigan ele­ment­­larnikidan kichik. SHuning uchun, oxirigisi sekin dif­fuziya­lanadi. Masalan, o’rin almashish usulida austenitda erigan legirlovchi elementlar singdirilgan usulda temirda erigan ugle­rodga qaraganda sezilarli darajada diffuzion xarakat­lanuv­chanlikka ega bo’ladi. O’rtacha uglerodli po’latlarda austenitdagi uglerodning diffuziyasini foallashtiruvchi energiyasi taxminan 31000 kal/g-atom ga teng bo’lsa, austenitdagi muhim legirlovchi elementlarning diffuziyasini faollashtiruvchi ener­giyasi esa 60000 kal/g-atom odatda ortiq bo’ladi. Austenitdagi uglerodning diffuziya tezligi austenitdagi legirlovchi element­larning dif­fuziya tezligidan bir qancha darajada kattadir.

Uglerodli po’latlardan tayyorlangan quymalar odatda gomo­genlovchi yumshatishga jalb qilinmaydi, chunki ularni issiq holda bosim bilan ishlov berishga jalb qilinganda austenitda ugle­rodning tez diffuziyasi tufayli dendritli kimyoviy notekis­lik yo’qolishiga ulgiradi. Legirlangan po’latlarda ichki kristal­lit­lararo kimyoviy notekislikni bartaraf etish va evtektik tabiatga ega bo’lgan muvozanatda bo’lmagan ortiqcha karbidlarni erishi uchun ular maxsus qizdirilishga, ya’ni 1050–1250⁰ C tempera­turada gomogenlovchi yumshatishga jalb qilinadi.

Gomogenlashda haddan ziyod ushlab turish vaqtini ko’paytirish maqsadga muvofiq emas, chunki kam samarali va ko’p elektro­energiyani sarflanishiga va asossiz ish unumdorligini kamayish­iga olib keladi.

Yumshatish temperaturasini oshirish ushlab turish vaqtini oshirishga nisbatan taqqoslab bo’lmaydigan samarali holat hisob­lanadi.

Gomogenlovchi yumshatishda ushlab turish vaqti odatda, bir qancha soatdan o’nlab soatgacha o’zgarib turadi. Bunda temperaturani oshirib, yumshatishda ushlab turish vaqtini kamaytirish mumkin.

To’liq gomogenlash vaqti qattiq eritmada komponentlarni diffuzion xarakatlanuvchanligini aniqlaydigan na faqat yumsha­tish temperaturasi va qotishma tabiatiga bog’liq bo’ladi. Gomo­genlash vaqtiga quyma qotishma-ningdastlabki mikrostruk­turasi ham kuchli ta’sir ko’rsatadi.

Gomogenzatsiyalash tezligi ortiqcha faza zarrachasining qalin­ligi va asosiy fazaning dendritli yacheykasining o’lchamiga bog’liq bo’ladi.

Ortiqcha fazaning erish vaqtini (f_e) tugallanishini eruvchi faza zarrachasini o’rtacha qalinligiga (m) nisbatan bog’liqligi quyidagi tenglamaga bo’ysinadi:

f_e = am^b, (3)
bu erda a va b – gomogenizatsiyalanuvchi yumshatishda berilgan qotishma va berilgan temperatura uchun konstantadir. Bu formula bo’yicha alyuminiy qotishmalari uchun daraja ko’rsatkichi 1,2 – 2,5 atrofida bo’ladi.

Mikrostrukturani boshqarib, gomogenzatsiyalashni tezlash­tir­ish­ning ikki yo’lini qo’llash mumkin. Birinchi yo’l – qotishmani kristallanishini tezligini oshirish. Kristallanish tezligi qancha­lik katta bo’lsa, dendritli yacheykaning o’lchami shunchalik kichik bo’ladi va chegara bo’ylab kristallanayotgan ortiqcha faza zarrachasi shunchalik mayin bo’ladi. Shuning uchun katta tezlikda sovutishda qotadigan quymali va shaklli quymalar tezroq va to’laroq gomogenizatsiyalanadi, chunki ular bir biridan mayin tuzilish bilan farqlanadi. Masalan, kichik kesimli uzluksiz quymakorlik qotishmasi katta kesimligiga qaraganda tezroq gomogeniza-tsiyalanadi; metall qolipda olingan quymalar qum-gil qolipda olingan quymalarga nisbatan gomogenizatsiyalanadi.

Gomogenizatsiyalashni tezlashtirishning ikkinchi yo’li – bosim bilan ishlov berish yo’li bilan quymani strukturasini mayda­lashdir. Bunda legirlangan po’latlardan tayyorlangan quymalarni uzoq vaqt davom etadigan gomogenizatsiya-lanuvchi yumshatishga qaraganda oxirigi holatdan oldin deformatsiyalangan zagotokani qizdirish davomiyligini oshirish maqsadga muvofiq bo’ladi.