Болаттағы металл емес кірінділер

Металл емес кірінділер деп металдардың (Fe, Si, Mn және т.б.) металл емес элементтермен (O, S, N, H, P) болаттағы қосылыстарын айтады. Олар болаттың механикалық, электртехникалық, антикоррозиялық және т.б. қасиеттерін төмендетеді.

Металл емес кірінділер эндогендік және экзогендік болып бөлінеді. Сұйық және қатты күйдегі болатта орын алатын реакциялардың нәтижесінде түзілетін металл емес кірінділерді эндогендік деп атайды. Отқатөзімді материалдар мен қождан кірген кірінділерді экзогендік деп атайды. Химиялық құрамы бойынша кірінділерді мына топтарға бөледі:

1) оксидтер (FeO, SiO₂, MnO, Al₂O₃ және т.б.);

2) сульфидтер (FeS, MnS және т.б.);

3)фосфидтер (Fe₂P, Mn₅P₂ және т.б.);

4)нитридтер (AlN, VN, Si₃N₄ және т.б.);

5)карбидтер (Fe₃C,VC,TiC және т.б.);

6)күрделі құрамды (силикаттар, оксисульфидтер және т.б.).

Пішіні және металл көлемінде орналасуы бойынша металл емес кірінділер бөлінеді:

1)түйіршіктер шекарасында жұқа қабыршақ түрінде орналасқан;

2) үшкір, қырлы әрі ретсіз орналасқан;

3) сфералы пішінді ретсіз орналасқан;

4) субмикроптық (уақ) біркелкі орналасқан.

Эндогендік металл емес кірінділер түзілу уақыты бойынша бөлінеді:

1) бірінші реттік;

2) екінші реттік;

3) үшінші реттік;

4) төртінші реттік.

Бірінші реттік эндогендік металл емес кірінділер балқыманы оттегісіздендіру үрдісінде ферроқорытпалардың оттегімен әрекеттесуінде түзіледі. Екінші реттік кірінділер оттегісіздендіру температурасынан кристалдану температурасына дейін болаттың салқындау кезінде түзіледі. Температураның төмендеу барысында реакция өнімдерінің болатта ерігіштігі азаяды. Үшінші реттік кірінділер болаттың кристалдану үрдісінде, оттегі, күкірт және т.б. зиянды элементтердің, олардың әрекеттесу өнімдерінің ерігіштігі күрт төмендеген кезде түзіледі. Төртінші реттік кірінділер кристалданған болаттың салқындау, яғни түзілген түрлі химиялық қосылыстардың темірдегі ерігіштігінің төмендеген кезінде түзіледі.

Металл компоненттерінің әрекетінен кірінділердің түзілуі және температура төмендеуден ерігіштік азайғанда, олардың бөлініп шығуы, жаңа фазаның түзілу үрдісіне байланысты. Неғұрлым металл – кірінді фаза аралық керілісі аз және қанығу дәрежесі жоғары болса, соғұрлым жаңа фаза өскіндерінің түзілу қарқындылығы жоғары. Егер балқымада дайын бөліну беттері болса, онда кіріндінің түзілу үрдісі жеңілдейді. Көпшілік жағдайда кірінділер балқымадағы баяу балқитын кірінділердің беттерінде түзіледі.

Балқыманың араласу қарқындылығына байланысты, ондағы кірінділер де қозғалыста болып бір–бірімен соқтығысып, олардың коагуляциялануы (жабысуы) және коалесценциялануы (толымды бірігуі) орын алады.

Металл емес кірінділер металдан жеңіл болған соң, гравитациялық күш әсерінен, олар металл бетіне қалқып шығуы тиіс. Стокс формуласы бойынша кіріндінің көтерілу жылдамдығы

мұндағы _ – кіріндінің радиусы;

_м – металл тығыздығы;

_ – кірінді тығыздығы;

 – металл тұтқырлығы.

Стокс формуласы металлкірінді фаза аралық керілісін, кірінділердің броундық күш және конвективтік ағын әсерінен қозғалысын ескермейді, сондықтан да тәжірибелік деректермен сай келе бермейді.

Металл бетіне қалқып шыққан кірінді қожбен жанасып, ассимиляция үрдісі орын алуы керек. Неғұрлым металл – кірінді фаза аралық керілісінің шамасы үлкен, ал қож – кірінді фаза аралық керілісі аз болса, соғұрлым кіріндінің қож фазасына өтуі жеңілірек. Сонымен қатар, кіріндінің металл фазасынан қож фазасына өтуіне металл–қож жанасу беті, балқыманың араласу қарқындылығы, қождың физикалық қасиеті және т.б. әсер етеді.

Сонымен, кіріндінің металл фазасынан шығуына әсер етеді:

1) кіріндінің мөлшері, құрамы, балқу температурасы және тығыздығы;

2) кірінділердің іріленуге бейімділігі;

3) металл – кірінді және қожкірінді фаза аралық керілісінің мәні;

4) балқыманың араласу қарқындылығы;

5)металл мен қождың физикалық сыйпаттамалары (температура, тұтқырлық және т.б.).

Құйылманың кристалдану үрдісінде кірінділердің металл фазасынан шығуы қиындайды, өйткені температура төмендеген сайын болаттың тұтқырлығы жоғарылайды және кристалдардың өсуі кірінділердің көтерілуіне бөгет жасайды. Нәтижесінде кірінділердің бір бөлігі құйылма көлемінде қалады. Құйылманың кристалдану және салқындау үрдісінде кірінділердің құрамы әрі саны өзгереді.

Қысумен өңдеу кезінде (илемдеу, штамптау, соғу) кірінділердің пішіні, өлшемі және орналасуы өзгеруі мүмкін. Мысалы, ұсатылады, созылады немесе өлшемі өзгермейді және т.б. Сондықтан бұйым немесе бөлшектің сапасын төмендетпейтіндей етіп, кіріндінің пішіні мен орналасуын қамтамасыз ету керек.
2.9 Балқыманы оттегісіздендіру және қосындылау

Болат қорыту үрдісі – тотықтану үрдісі болғандықтан, балқымада едәуір оттегі ериді. Сұйық болатта оттегі ерітінді және оксидті кірінді түрінде болады.

2.6–сурет – Темірлі қожбен тепе–теңдіктегі темірде оттегінің ерігіштігі