Кіріспе

Темірдің металл, магниттік емес аллотропы немесе қорытпа элементі бар темірдің қатты ерітіндісі. Гамма фазалы темір (γ Fe) деп те аталатын аустенит – темірдің металл, магниттік емес аллотропы немесе қорытпа элементі бар темірдің қатты ерітіндісі. Көміртекті болатта аустенит 1000 К (727 °C) еутектоидтық температурадан жоғары температурада кездеседі; басқа болат қорытпаларының еутектоидтық температурасы әртүрлі болады. Аустенит аллотропы Уильям Чандлер Робертс Остин (1843–1902) құрметіне аталған. Никельдің құрамында болуы салдарынан, аустенитті төмен температурада тұрақтандыратындықтан, ол кейбір тот баспайтын болаттарда бөлме температурасында кездеседі.

Темірдің аллотробы

Альфа темір денеге орталықтандырылған кубикалық (BCC) конфигурациясынан бетке орталықтандырылған кубикалық (FCC) конфигурацияға, гамма темірге, сонымен қатар аустенитке айналады. Бұл да жұмсақ және икемді, бірақ оған көміртегіні едәуір көп мөлшерде ерітуге болады (масса бойынша 2,03% дейін). Гамма темірдің бұл түрі ауруханалар мен тамақ өнімдерін дайындау үшін ең көп қолданылатын тот баспайтын болаттың құрамында болады.

Материал

Аустенитациялау – темірді, темір негізіндегі металды немесе болатты ферриттен аустенитке кристалл құрылымын өзгертетін температураға дейін қыздыру процесі. Аустениттің көбірек ашық құрылымы көміртекті болаттағы темір карбидтерінен көміртегін сіңіре алады. Толық емес бастапқы аустенитациялау матрицада ерімеген карбидтерді қалдыруы мүмкін. Кейбір темір металдар, темір негізіндегі металдар мен болаттар үшін карбидтер аустенитациялау кезеңінде пайда болуы мүмкін. Мұндай жағдайды әдетте екі фазалы аустенитациялау деп атайды.

Аустемперлеу

Аустемперлеу – темір негізіндегі металдардың механикалық қасиеттерін жақсартуға арналған қатайту процесі. Металл темір-цементит фазалық диаграммасының аустенит аймағына дейін қыздырылып, содан кейін тұз ваннасында немесе басқа жылуды сығаратын ортада суытылады. Металл осы температуралық диапазон ішінде аустенит банитке немесе аусферритке (баиниттік феррит + жоғары көміртекті аустенит) айналғанша қыздырылады. Аустениттеу температурасын өзгерту арқылы аустемперлеу процесі әртүрлі және қажетті микроқұрылымдарды қамтамасыз ете алады. Аустениттеу температурасы жоғары болғанда аустениттегі көміртегінің мөлшері артады, ал температурасы төмен болғанда аустемперленген құрылымның біркелкі таралуына қол жеткізіледі.

Қарапайым көміртекті болаттағы мінез-құлық

Аустенит суығанда көміртек аустениттен таралып, көміртекке бай темір карбиді (цементит) түзеді және көміртекке кедей феррит қалдырады. Қорытпаның құрамына қарай феррит пен цементиттің қабаттасуы, яғни перлит пайда болуы мүмкін. Егер суыту жылдамдығы өте жоғары болса, көміртек диффузияға жеткілікті уақыт таба алмайды және қорытма мартензиттік трансформация деп аталатын үлкен кристалдық тордың бұрмалануын бастан кешіреді, нәтижесінде ол мартензитке, денеорталық тетрагональдық құрылымға (БКТ) айналады. Салқындату жылдамдығы мартензит, феррит және цементиттің салыстырмалы мөлшерін анықтайды, демек, алынған болаттың механикалық қасиеттерін, мысалы, қаттылығы мен созылу беріктігін анықтайды. Жоғары суыту жылдамдығы қалың бөліктерде материалда тік жылу градиентін тудырады. Жылумен өңделген бөлшектің сыртқы қабаттары жылдамырақ суытылып, көбірек қысқарады, осылайша оларға кернеу және жылулық деформация түседі. Жоғары суыту жылдамдықтарында материал аустениттен мартензитке айналады, ол әлдеқайда қаттырақ және әлдеқайда төмен деформацияда жарықтарды тудырады. Көлемнің өзгеруі (мартензит аустенитке қарағанда аз тығыздыққа ие) де кернеу тудыруы мүмкін. Бөлшектің ішкі және сыртқы бөлігінің деформация жылдамдықтарының айырмашылығы сыртқы бөлігінде жарықтардың пайда болуына әкелуі мүмкін, осыған жол бермеу үшін баяу сөндіру жылдамдықтарын қолдану қажет. Болатты вольфраммен қоспалау арқылы көміртек диффузиясы баяулатылады және БКТ аллотропына айналу төмен температурада жүреді, осылайша жарылудың алдын алады. Мұндай материалдың қатаю қабілеті артқан делінеді. Сөндіруден кейін темперлеу (қызару) кейбір сынып қанағаттандырмайтын мартензитті темперленген мартензитке айналдырады. Егер қатаю қабілеті төмен болат сөндірілсе, микроқұрылымда аустениттің маңызды бөлігі сақталады, бұл болатқа ішкі кернеу тудырады және өнімді кенеттен сынуға бейім етеді.

Құйма темірдің мінез-құлқы

Жоғары температурада ақ құйма темірді (темір карбиді, яғни цементит қамтитын, бірақ бос көміртек жоқ) қыздырғанда бастапқы цементит кристалдарында аустенит пайда болады. Ақ темірдің аустенизациясы ферритпен шектесетін бастапқы цементитте жүзеге асады.

Төмен температурада тұрақтандыру

Манган және никель сияқты кейбір қорытпа элементтерін қосу аустениттік құрылымды тұрақтандырады, соның арқасында төмен қорытпалы болаттарды жылумен өңдеу оңайлатылады. Аустениттік тот баспайтын болаттарда қорытпа элементтерінің жоғары мөлшері бұл құрылымды тіпті бөлме температурасында да тұрақты етеді. Ал кремний, молибден және хром сияқты элементтер аустенитті тұрақсыздандырып, эвтектоидтық температураны көтереді.

Ұсақ пленкалар

Аустенит тек металл түрінде белгілі бір температурадан жоғары ғана тұрақты. Дегенмен, fcc өткіш металдарды бетке орталықтанған куб (fcc) немесе алмастық куб түрінде өсіруге болады. Алмастың (100) жағында аустениттің эпитаксиалды өсуі, тордың жақын сәйкестігінің және алмастың (100) жағының симметриясының fcc болуының арқасында мүмкін. Бір қабаттан астам γ темірді өсіруге болады, себебі керілген көп қабаттың қалыңдығы бір қабаттан артық. Алмаз және феррит күшті ферромагниттік қасиеттерге ие.

Термооптикалық сәуле шығару, түс температураны көрсетеді

Жылумен өңдеу кезінде, темірші материалдың механикалық қасиеттерін бақылау үшін темір-көміртек жүйесінде фазалық өзгерістер тудырады, көбінесе оттану, сөндіру және қайтару процестерін пайдаланады. Осы ретте, жұмыс дайындамасынан шығатын жарықтың түсі, яғни "қара дене сәулесі", температураны шамамен анықтауға мүмкіндік береді. Температура көбінесе жұмыстың түс температурасын қадағалау арқылы өлшенді, ал терең қызылдан қызыл-сарыға (815 °C (1499 °F) -тан 871 °C (1600 °F) -қа дейін) өту орташа және жоғары көміртекті болатта аустениттің пайда болуына сәйкес келеді. Көрінетін спектрде температураның артуымен жарқыраутың күштілігі де артады. Ал қызыл түске келгенде, жарқырау өте әлсіз болады және сыртқы жарықта көрінбей қалуы мүмкін. Сондықтан теміршілер болатты аустениттеу үшін көлеңке жағдайында жұмыс істеуге тырысады, осылайша жарқыраудың түсін дәл бағалай алады.