Klasyfikacja materiałów :

- materiały metaliczne (matele i ich stopy)

- materiały niemetaliczne (ceramika, szkło, drewno, lakiery, kleje, gumy)

- polimery

- materiały kompozytowe (kompozyty, łączą metale i niemetale, pierwszym kompozytem był żelbeton)

Właściwości materiałów:

Mechaniczne: Wytrzymałość, twardość, udarność, ciągliwość, sprężystość

technologiczne

fizyczne i chemiczne

eksploatacyjne

ad.1

- charakteryzują zachowanie się materiałów pod wpływem różnych form obciążenia mechanicznego,

- określają dopuszczalne obciążenia materiałów w konkretnych warunkach pracy,

- pozwalają konstuktorowi na określenia kształtu i wymiaru projetkowanego elementu.

Wytrzymałość

Grupa właściwości określających odporność materiałów na działanie sił zewnętrznych w temperaturze 20st.C, w niskich temperaturach lub w wysokich temperaturach.

Wytrzymałość (doraźna) :

- obciążenie jednoosiowe,

- jednokrotne,

- statyczne tzn. narastające powoli.

Wytrzymałość zmęczeniowa :

- obciążenie cyklicznie zmieniające się, długotrwałe.

Klasyfikacje ze względu na rodzeje sił obciążających :

- rozciąganie,

- ściskanie,

- zginanie,

- skręcanie.

Statyczna próba rozciągania. Wytrzymałość na rozciąganie określa się przeprowadzając statyczną próbę rozciągania. Polega ona na osiowym rozciąganiu, powoli narastającą siłą próbki o określonym kształcie aż do momentu jej zerwania. Kształt próbek określa norma. Mogą to być próbki okrągłe lub płaskie. Zakres sprężystości materiału:Początkowo wydłużanie próbki zwiększa się proporcjonalnie do siły rozciągającej (wykres prostoliniowy). Po zdjęciu obciążenia próbka wraca do początkowej długości. Wydłużenie próbki ma charakter sprężysty.Moduł Younga e W zakrese odkształceń sprężystych wielkość wydłużania próbki (kąt nachylenia do krzywej) zależy od rodzaju materiału – od jego właściowości nazywanej sprężystością lub modułem Younga. Moduł Younga E – stosunek naprężeń rozciągających do wydłuzenia względnego E(sigma). E=sigma/epsilon [MPa] Wydłużenie względne epsilon – stosunek bezwzględnego wydłużenia próbki deltaL(Lf-Lo) do długości początkowej.Granica plastyczności Re.Odcinek AB na krzywej rozciągania to etap równomiernego odkształcenia plastycznego. Po zdjęciu obciążnika próbka nie wraca do początkowej długości Lo , a trwałe wydłużenie jest proporcjonalne do maksymalnej wartości siły rozciągającej. Stosunek wartości siły rozciągającej F w punkcie A do pola przekroju poprzecznego So próbki nazywa się granicą plastyczności Re[MPa]. Określa maksymalne, dopuszczalne obciążenia materiału, które nie powoduje trwałych zmian wymiarowych.Wytrzymałość na rozciąganie Rm. Po przekroczeniu punktu B, próbka odkształca się bez wyraźnego wzrostu obciążenia(płynie). W próbce pojawia się przewężenie nazywane szyjką. W punkcie C próbka pęka.-koniec pomiaru. Umowna granica plastyczności Ro Gdy nie ma wyraźnej granicy plastyczności określa się tzw. Umowną granicę plastyczności. Określa naprężenie powodujące trwałę wydłużenie o 0,2%.

Wydłużenie:Stopień odkształcenie plastycznego do momentu pęknięcia próbki wytrzymałosciowej charakteryzuje właściwości plastyczne materiału. Rozróżnia się dwie charakterystyczne plastyczności :

-wydłużanie

- przewężenie

Wytrzymałość na ściskanie :

Statyczną próbę ściskania przeprowadza się głónie w celu określenia wartosci jednoosiowych naprężenień ściskających, które powodują zniszczenie próbki.

W statycznej próbie ściskania można wyznaczyć pdobniej jak w przypadku próby rozciągania:

-granicę plastyczności Rplc [MPa]

-umowną granicę plastyczności Rc 0,2 [MPa]

-wytrzymałość na ściskanie Rc

Wytrzymałość zmęczeniowa

Zmęczenie materiału – zjawisko zmniejszania się jego wytrzymałości pod wpływem cyklicznie zmieniających się obciążeń. Badanie wytrzymałości zmęczeniowej przeprowadza się na polerowanych próbkach o stałym przekroju. Próbki podlegają okresowo zmiennym obciążeniom.

Moduł Younga E[MPa] - stała materiałowa określająca zależność między naprężeniem i wydłużeniem materiału w zakresie odkształceń sprężystych. Granica plastyczności Re[MPa] – naprężenie, powyżej którego następuje trwałe wydłużenie materiału. Umowna granica plastyczności Ro,z[MPa] – naprężenie, które powoduje trwałe wydłużenie materiału o 0,2%. Doraźna wytrzymałość na rozciąganie Rm[MPa] – graniczne naprężenie, przy którym następuje pęknięcie materiału. Wydłużenie A10[%] – procentowe wydłużenie materiału do momentu pęknięcia. A10 tzn. próbka dziesięciokrotna.

Wytrzymałość zmęczeniowa – zjawisko zmniejszania się doraźnej wytrzymałości Rm pod wpływem cyklicznie zmieniających się obciążeń .Pękanie zmęczeniowe – rozpoczyna się od mikropęknięć w miejscach nazwanych ogniskami pęknięcia, np. karby, podcięcia, ślady po obróbce skrawaniem.

Ogniska pęknięć rozwijają się pod wpływem kolejnych cykli obciążenia w strefę pęknięcia zmęczeniowego. Jej powierzchnia jest gładka z powodu tarcia o siebie pękniętych obszarów.

Strefa zmęczeniowa, Badania wytrzymałości zmęczeniowej przeprowadza się na polerowanych próbkach o stałym przekroju. Próbki podlegają okresowo zmiennym obciążeniom przy stałej amplitudzie naprężenia sigmaA i stałym naprężeniu. Wytrzymałość zmęczeniowa- max. naprężenie cyklu przy którym próbka nie doznaje zniszczenia po osiągnięciu dostatecznie dużej umownej liczby cykli zmian obciążenia.

Udarność – odporność materiału na pękanie przy uderzeniu (dynamiczne obciążenia zginające) Określa się ją dla danego materiału, przeprowadzając próbę polegającą na łamaniu próbki jednokrotnym uderzeniem młota wahadłowego.

Udarność – jest określana jako stosunek energii zużytej na złamanie próbki (pracę złamania) do przekroju poprzecznego w miejscu złamania próbki.

W zależności od kształtu karbu udarność oznacza się literami KCU lub KCV.

Czyste metale mają największą udarność. Stopy natomiast mają niższą, np.

- stal niskowęglowa, 150 – 200 J/m2

- stal wysokowęglowa, 80 – 100 J/m2

- żeliwo, 20 – 30 J/m2

Twardość :

- właściwość ciał stałych polegająca na stawianiu oporu odkształceniu plastycznemu, lub pęknięciu pod wpływem lokalnego (punktowego) nacisku na ich powierzchnię, wywieranego przez inne twarde ciało,

- to cecha umowna , umożliwia porównanie odporności różnych materiałów na uszkodzenie powierzchni.

Twardość mierzy się na urządzeniach nazywanych twardościomierzami.

Najczęściej stosowane są trzy metody statczyne :

1. Metoda Brinella HB

2. Metoda Rockwella HR

3. Metoda Vickersa HV

Ad.1

W powierzhnię badanej próbki wciskana jest z określoną siłą F twarda kulka wykonana ze stali lub węglika spiekanego. Średnicę kulki (1-10mm) dobiera się w zależności od grubości badanej próbki. Pod obciążeniem F kulka pozostawia na powierzchni próbki wgłębienie o powierzchni P i średnicy d. Twardość jest określana jakos stosunek siły obciążającej F do powierzchni odcisku P.

HB = F/P [MPa], [kG/mm2]

Powierzchnia odcisku jest ściśle powiązana z jego średnicą. Dlatego mierzy się średnicę odcisku, a wartość HB odczytuje się z tablic.

Ad.2

Miarą twardości jest głębokogść wnikania h w badany materiał stożka diamentowego o kącie wierzchołkowym 120st. (skala A i C) lub twardej kulki stalowej (skala B). Im głebiej wnika tym niższa twardość.

Zasada pomiaru :

Pomiar polega na dwustopniowym wciskaniu w badaną próbkę wgłebnika i pomiarze trwałego przyrostu głębokości odcisku po odciążeniu.

Ad.3

Polega na wgniataniu w powierzchnię badanego materiału diamentowego wgłębnika w kształcie piramidy o kącie 136st. między przeciwległymi ścianami. Odcisk ma obrys kwadratu o przekątnej d. Twardość HV to stosunek siły obciążającej do powierzchni pobocznicy odcisku. W praktyce twardość odczytuje się z tablic dla określonej przekątnej.

Poziomy budowy wewnętrznej matriału:

- makrobudowa,

- mikrobudowa,

- kryształy, łańcuchy i cząsteczki,

- atom i cząstki elementarne.

cząsteczki elementarne w rdzeniu atomowym

Neutron – duża masa, obojętny

Elektron – pomijalna masa –

Na najbardziej zewnętrznej powłoce (walencyjnej) która określa wartościowość może być maksymalnie 8 elektronó tworzących oktet (gazy szlachetne). Atomy dążą do uzyskania oktetu w wyniku oddania lub przyjęcia elektronów.

Wiązania międzyatomowe mogą mieć postać wiązań :

-jonowych – 1 oddaje elektron

-atomowych(kowalencyjnych) – 2 tworzą parę

-metalicznych – mają poniżej 4 elektronów na powłoce walncyjnej, każdy z nich pozbywa się elektronów z powłoki walncyjnej i latają onę jako wolne elektrony w chmurze elektronowej.

Ciecz ciało stałe

Ciecz podczas oziębienia przechodzi w stan stały w wyniku procesu zestalenia lub krystalizacji.

Jeżeli stopień uporządkowania atomów jest niewielki to podczas obniżania się temperatury w wyniku zwiększania się lepkości cieczy, następuje proces zestalelnia

i powstaje ciało amorficzne (bezpostaciowe).

Jezeli stopień uporządkowania atomów jest duży to z cieczy oziębionej do określonej temperatury w wyniku krystalizacji powstaje ciało krystaliczne (kryształu fazy stałej)

Cechy charakterystyczne cząstek i kryształów.

Struktury cząstkowe – cząstki

- ograniczona ilość atomów silnie powiązanych ze sobą , słabiej z innymi cząsteczkami lub atomami, czyli silne wiązania wewnątrzcząsteczkowe i słąbe międzycząsteczkowe, H2O, CO2, O2 itp.

Struktury krystaliczne-kryształy

-duża liczba atmoów rozmieszczonych regularnie w przestrzeni, występują tylko w ciałach stałych.

Typy sieci :

1. regularna

A=B=C

Alfa=Beta=Gamma=90st.

1. tetragonalna

a=b c-różne

Alfa=Beta=Gamma=90st.

Wiązanie atomowe (homeopolarne, kowalencyjne) – polega na istnieniu wiążących par elektronów należących jednocześnie do dwóch sąsiadujących ze sobą atomów. Zewnętrzne powłoki atomów zachodzą wzajemnie na siebie, przez co niektóre elektrony są wspólną własnością obu atomów.

Izotopy pierwiastków różnią się między soba ilością neutronów, masą atomowa, i niektórymi właściwościami fizycznymi. Równowaga termodynamiczna zostaje osiągnięta gdy energia swobodna układu osiagnie minimum lub gdy potencjały chemiczne składników we wszystkich fazach układu stana się sobie równe. Co to jest faza ?

jest to jednoroda pod względem chemicznym i kryptograficznym cześć układu, oddzielona od reszty powierzchnią rozdziału( granicą miedzyfazową- np. linią solidus), po przekroczeniu której nastepuje skokowazmiana właściwości. Sieć krystaliczna - sposób wypełnienia atomami przestrzeni tak, że pewna konfiguracja atomów zwana komórką elementarną jest wielokrotnie powtarzana. Na czym polega przemiana martenztyczna: Przemiana martenzytyczna jest to przemiana fazowa austenitu przechłodzonego w martenzyt, polegająca na bezdyfuzyjnej przebudowie regularnej, ściennie centrowanej sieci austenitu na tetragonalną przestrzennie centrowaną sieć martenzytu. Jakie są właściwości martenzytu: martenzyt jest bardzo twardy, mocno przesycony weglem, ma strukture heksagonalną. Co to jest hartowność stali ? hartowność stali, jest to zdolność do tworzenia struktury martenzytycznej. Na czym polega proces hartowania ? polega na nagrzaniu stali do temperatury austenityzowania, krótkim wygrzaniu w tej temperaturze i oziębieniu z szybkością umożliwiającą uzyskanie struktury martenzytycznej lub bainitycznej.