Шойынкөміртегі мөлшері 2%-дан жоғары темір-көміртекті қорытпалар тобы болып табылады.Оның пайдалылығы салыстырмалы түрде төмен балқу температурасына байланысты.Қорытпаның құрамдас бөліктері сынған кезде оның түсіне әсер етеді: ақ шойында сызаттардың түзу өтуіне мүмкіндік беретін карбид қоспалары бар, сұр шойында өтетін жарықшақты бұрып жіберетін және материал үзілген кезде сансыз жаңа жарықтар тудыратын графит үлпектері бар, ал иілгіш шойында шар тәрізді болады. графит «түйіндері» жарықшақтардың одан әрі дамуын тоқтатады.

Көміртек (С) массасы 1,8-ден 4% -ке дейін және кремний (Si) 1-3 масса% шойынның негізгі легирленген элементтері болып табылады.Құрамында көміртегі төмен темір қорытпалары болат деп аталады.

Иілгіш шойындарды қоспағанда, шойын сынғыш болады.Салыстырмалы түрде төмен балқу температурасымен, жақсы аққыштығымен, құйылатындығымен, тамаша өңдеуге қабілеттілігімен, деформацияға төзімділігімен және тозуға төзімділігімен шойындар кең қолдану аясы бар инженерлік материалға айналды және құбырларда, машиналарда және цилиндрлер сияқты автомобиль өнеркәсібінің бөлшектерінде қолданылады. бастиектер, цилиндр блоктары және беріліс қорабының корпустары.Ол тотығу арқылы зақымдануға төзімді.

Шойыннан жасалған ең алғашқы артефактілер біздің дәуірімізге дейінгі 5 ғасырға жатады, оларды археологтар қазіргі Қытайдағы Цзянсу аймағынан тапқан.Шойын ежелгі Қытайда соғыс, ауыл шаруашылығы және сәулет өнері үшін пайдаланылды.15 ғасырда Реформация кезінде Бургундияда, Францияда және Англияда шойын зеңбірек үшін қолданыла бастады.Зеңбірек үшін пайдаланылатын шойын мөлшері ауқымды өндірісті қажет етті. Бірінші шойын көпірді 1770 жылдары Авраам Дарби III салған және Шропширдегі, Англиядағы Темір көпір деп аталады.Ғимараттар құрылысында да шойын пайдаланылды.

Легірлеуші ​​элементтер

Шойынның қасиеттері әртүрлі легирленген элементтерді немесе қоспаларды қосу арқылы өзгереді.Көміртектен кейін кремний ең маңызды қоспа болып табылады, өйткені ол көміртекті ерітіндіден шығаруға мәжбүр етеді.Кремнийдің төмен пайызы көміртектің темір карбидін құрайтын ерітіндіде қалуына және ақ шойын алуына мүмкіндік береді.Кремнийдің жоғары пайызы көміртекті ерітіндіден графит түзетін және сұр шойын өндіруге мәжбүр етеді.Басқа легирленген агенттер, марганец, хром, молибден, титан және ванадий кремнийге қарсы әрекет етеді, көміртектің сақталуына және сол карбидтердің түзілуіне ықпал етеді.Никель мен мыс беріктік пен өңдеуге қабілеттілікті арттырады, бірақ түзілген графит мөлшерін өзгертпейді.Графит түріндегі көміртегі жұмсақ темірге әкеледі, шөгуді азайтады, беріктігін төмендетеді және тығыздықты төмендетеді.Күкірт, негізінен ластаушы болған кезде темір сульфидін құрайды, ол графиттің пайда болуына жол бермейді және қаттылықты арттырады.Күкірттің проблемасы ол балқытылған шойынның тұтқырлығын тудырады, бұл ақауларды тудырады.Күкірттің әсеріне қарсы тұру үшін марганец қосылады, өйткені екеуі темір сульфидінің орнына марганец сульфидіне айналады.Марганец сульфиді балқымаға қарағанда жеңіл, сондықтан ол балқыманың ішінен қалқып шығып, шлакқа түседі.Күкіртті бейтараптандыру үшін қажетті марганец мөлшері 1,7 × күкірт мөлшері + 0,3% құрайды.Егер осы мөлшерден көп марганец қосылса, марганец карбиді түзіледі, ол қаттылық пен салқындатуды арттырады, сұр темірден басқа, марганецтің 1% -ы беріктік пен тығыздықты арттырады.

Никель ең көп таралған легирлеуші ​​элементтердің бірі болып табылады, өйткені ол перлит пен графит құрылымын тазартады, қаттылықты жақсартады және қима қалыңдығы арасындағы қаттылық айырмашылықтарын теңестіреді.Хром аз мөлшерде бос графитті азайту үшін қосылады, салқындатылады және күшті карбидті тұрақтандырғыш болғандықтан;никель жиі қосылып қосылады.0,5% хромды алмастырғыш ретінде аз мөлшерде қалайы қосуға болады.Мыс салқындатуды азайту, графитті тазарту және өтімділікті арттыру үшін шөміште немесе пеште 0,5–2,5% мөлшерінде қосылады.Молибден салқындатуды арттыру және графит пен перлит құрылымын тазарту үшін 0,3–1% тәртібімен қосылады;ол көбінесе никельмен, мыспен және хроммен бірге қосылып, беріктігі жоғары үтіктерді құрайды.Титан газсыздандырғыш және тотықсыздандырғыш ретінде қосылады, бірақ ол сонымен бірге сұйықтықты арттырады.Цементитті тұрақтандыру, қаттылықты арттыру, тозуға және ыстыққа төзімділігін арттыру үшін шойынға 0,15–0,5% ванадий қосады.0,1–0,3% цирконий графит түзуге, тотықсыздандыруға және өтімділікті арттыруға көмектеседі.

Иілгіш темір балқымаларында кремнийді қосуға болатынын арттыру үшін висмут 0,002–0,01% шкаласы бойынша қосылады.Ақ темірде иілгіш темірді өндіруге көмектесу үшін бор қосылады;ол сондай-ақ висмуттың ірілеу әсерін азайтады.

Сұр шойын

Сұр шойын өзінің графиттік микроқұрылымымен сипатталады, бұл материалдың сынуының сұр көрініске ие болуына әкеледі.Бұл ең көп қолданылатын шойын және салмағы бойынша ең көп қолданылатын құйма материал.Шойындардың көпшілігінің химиялық құрамы 2,5–4,0% көміртек, 1–3% кремний, ал қалған темір болады.Сұр шойын болатқа қарағанда созылу және соққыға төзімділігі аз, бірақ оның сығымдалу беріктігі төмен және орташа көміртекті болатпен салыстырылады.Бұл механикалық қасиеттер микроқұрылымдағы графит үлпектерінің өлшемі мен пішінімен бақыланады және ASTM берген нұсқауларға сәйкес сипатталуы мүмкін.

Ақ шойын

Ақ шойын цементит деп аталатын темір карбиді тұнбасының болуына байланысты ақ сынған беттерді көрсетеді.Құрамында кремний мөлшері төмен (графиттендіргіш) және жылдамырақ салқындату жылдамдығымен ақ шойындағы көміртек балқымадан метатұрақты фазалық цементит, Fe ретінде тұнбаға түседі.₃C, графиттен гөрі.Балқымадан тұнбаға түсетін цементит салыстырмалы түрде үлкен бөлшектерді құрайды.Темір карбиді тұнбаға түсіп жатқанда, ол бастапқы балқымадан көміртекті алып тастап, қоспаны эвтектикаға жақынға қарай жылжытады, ал қалған фаза төменгі темір-көміртекті аустенит (салқындату кезінде мартенситке айналуы мүмкін) болып табылады.Бұл эвтектикалық карбидтер жауын-шашынның қатаюы деп аталатын артықшылықты қамтамасыз ету үшін тым үлкен (кейбір болаттардағы сияқты, мұнда әлдеқайда аз цементит тұнбалары таза темір феррит матрицасы арқылы дислокациялардың қозғалысына кедергі жасау арқылы [пластикалық деформацияны] тежеуі мүмкін).Керісінше, олар шойынның көлемдік қаттылығын өздерінің өте жоғары қаттылығының және олардың елеулі көлемдік үлесінің арқасында ғана арттырады, осылайша сусымалы қаттылықты қоспалар ережесімен жуықтауға болады.Қалай болғанда да, олар қаттылық есебінен қаттылықты ұсынады.Карбид материалдың үлкен бөлігін құрайтындықтан, ақ шойынды кермет ретінде жіктеуге болады.Ақ темір көптеген құрылымдық компоненттерде пайдалану үшін тым сынғыш, бірақ жақсы қаттылық пен тозуға төзімділікпен және салыстырмалы түрде төмен құнымен, суспензия сорғыларының тозу беттері (дөңгелегі және волютасы), қабық төсемдері және шардағы көтергіш жолақтар сияқты қолданбаларда қолданылады. диірмендер мен автогенді ұнтақтау диірмендері, көмір ұнтағыштарындағы шарлар мен сақиналар және экскаватордың қазу шелегі тістері (бірақ бұл қолдану үшін құйылған орташа көміртекті мартенситті болат жиі кездеседі).

Қалың құймаларды тез суытып, балқыманы ақ шойын сияқты қатайту қиын.Дегенмен, жылдам салқындату ақ шойынның қабығын қатайту үшін қолданылуы мүмкін, содан кейін қалған бөлігі сұр шойынның өзегін қалыптастыру үшін баяу салқындатылады.Алынған кастинг а деп аталадысалқындатылған құю, іші біршама қаталырақ қатты беттің артықшылықтары бар.

Жоғары хромды ақ темір қорытпалары массивті құймаларға (мысалы, 10 тонналық дөңгелекті) құм құюға мүмкіндік береді, өйткені хром материалдың үлкен қалыңдығы арқылы карбидтерді алу үшін қажет салқындату жылдамдығын азайтады.Хром сонымен қатар тозуға төзімділігі жоғары карбидтерді шығарады.Бұл жоғары хромды қорытпалар өздерінің жоғары қаттылығын хром карбидтерінің болуына байланыстырады.Бұл карбидтердің негізгі формасы эвтектикалық немесе бастапқы М₇C₃карбидтер, мұнда «M» темір немесе хромды білдіреді және қорытпаның құрамына байланысты өзгеруі мүмкін.Эвтектикалық карбидтер қуыс алтыбұрышты таяқшалардан тұрады және алтыбұрышты базальды жазықтыққа перпендикуляр өседі.Бұл карбидтердің қаттылығы 1500-1800HV диапазонында.

Иілгіш шойын

Иілгіш темір ақ темір құйма ретінде басталады, содан кейін бір немесе екі күн бойы шамамен 950 °C (1740 °F) температурада термиялық өңдеуден өтеді, содан кейін бір немесе екі күн бойы салқындатылады.Нәтижесінде темір карбидіндегі көміртегі графитке және ферритке және көміртегіге (аустенитке) айналады.Баяу процесс беттік керілу графитті қабыршақтарға емес, сфероидты бөлшектерге айналдыруға мүмкіндік береді.Олардың арақатынасы төмен болғандықтан, сфероидтар салыстырмалы түрде қысқа және бір-бірінен алыс және таралатын жарықшаққа немесе фононға қарағанда төменірек көлденең қимаға ие.Олар сондай-ақ сұр шойыннан табылған кернеу концентрациясының мәселелерін жеңілдететін үлпектерге қарағанда айқын шекараларға ие.Жалпы, иілгіш шойынның қасиеттері жұмсақ болатқа көбірек ұқсайды.Ақ шойыннан жасалғандықтан, соғылғыш шойынға қаншалықты үлкен бөлікті құюға болатынын шектеу бар.

Иілгіш шойын