PODSTAWOWE NASA TEAM

1. Wyjaśnij dlaczego metale i stopy o sieci regularnej ścienni centrowanej są bardziej plastyczne niż te o sieci heksagonalnej zwartej ?

Ponieważ siec RSC ma więcej systemów w pośligu - 12 w porównaniu do ilości systemów w sieci HZ - 2.

2. Który spośród stopów metali A - o sieci RSC, czy B - o sieci HZ nadaje się do kształtowania raczej metodą odlewcznią, a który metodą obróbki plastycznej i dlaczego ?

Do kształtowania metodą odlewniczą bardziej nadaje się sieć HZ ze wzgędu na ilość systemów poślizgu - 2, a do obróbki plastycznej sieć RSC z ilością 12 systemów poślizgu.

3. Podaj klasyfikację defektów sieci krystalicznej i wskaż, które z nich są odpowiedzialne za odkształcenie plastyczne.

Defekty sieci krystalicznej dzielą się na:

• liniowe

- punktowe

• objętościowe

• płaskie

Za odkształcenie plastyczne odpowiedzialne są defekty liniowe.

4. Co rozumiesz przez sztywność materiałów ? Który z materiałów stal czy guma jest bardziej sprężysty i dlaczego ?

Stal jest bardziej sprężysta ponieważ ma wyższy moduł Young'a. Sztywnośc materiałów jest opisem odporności materiału na zmiane kształtu w obszarze odkształceń sprężystych, czyli takich które nie ustępują po usunięciu obciążenia. Miarą sztywności jest moduł spreżystości w GPa.

5. Czy, a jeśli tak, to w jaki sposób możemy znacząco zmienić moduł sprężystości materiałów krystalicznych ?

Nie możemy tego zrobić, ponieważ moduł spręzystości należy do stałych materiałowych. Moduł sprężystości jest funkcją struktury na którą nie mamy wpływu.

6. Na czym polega ogólna zasada umacniania materiałów metalowych ?

Ogólna zasada umacniania materiałow metalowych polega na blokowaniu ruchów dyslokacji.

7. Która z identycznych próbek wykonanych z tego samego metalu (np. Al) A - o wielkości ziarna 10mikrom czy B - o wielkości ziarna 1 mm będzie wykazywać większe własnoci wytrzymałościowe ?

10 mikrom = 0,01mm - A

1 mm - B

Próbka A gdyż ma mniejsze ziarna, więc więcej granic ziaren, które blokują dyslokację i tworzą więcej zaburzeń sieci.

8. Co to jest roztwór stały międzywęzłowy, a co różnowęzłowy ?

Roztwór stały międzywęzłowy - jest to roztwór w którym atomy rozpuszczone zajmują przestrzenie pomiędzy atomami węzłowymi

Roztwór stały różnowęzłowy - jest to roztwór stały w którym atomy rozpuszczone lokują się w węzłach rozpuszczalnika.

9. Dany jest metal o temperaturze topnienia 327C. Czy można umocnić go przez zgniot na zimno ? Uzasadnij odpowiedź.

T = 600K (t+273K)

Trek.= (0,2-0,3) T

Trek. = 600K x 0,3 = 180 K = -93C

Odp: Nie można, ponieważ zgniot musłaby być wykonywany w temp. ujemnej co po powrocie do temp. pokojowej będzie prowadziło do rekrystalizacji i usunięcia defektów zgniotu.

10. Opisz krótko (lub zilustruj w tabeli) co dzieje się podczas ogrzewania metalu uprzednio odkształonego przez zgniot na zimno ?

Podczas ogrzewania zachodzi rekrystalizacja

I etam zdrowienie - gęstość dyslokacji pozostaje wysoka, spada naprężenie

II etap rekrystalizacja - spada wytrzymałość, powstają nowe ziarna,

III etap wzrost ziaren - ziarna rosną, wytrzymałość bez zmian

11. Dlaczego odbudowa struktury stopów odkształconych przez zgniot na zimno zachodzi zwykle w wyższej temperaturze niż w czystych metalach ?

Bo pierwiastki stopowe hamują dyslokację. Im mniej dyslokacji tym metal jest mniej podatny na odkształcenia. Trzeba bardziej podgrzać, aby stop mial slabsze wiązania. Pierwiastki stopowe także przesuwają krzywe „C”.

12. Dlaczego możemy z pewnym przybliżeniem wnioskować o granicy plastyczności na podstawie wyniku badania twardości ?

Z pewnym przybliżeniem ponieważ twardość badamy punktowo i nie możemy do końca stwierdzić jaka jest granica plastyczności. Zależności te są czysto empiryczne a otrzymane wartości są orientacyjne. Twardość NIE jest stałą materiałową.

13. Które z tworzyw metalowych A - o sieci RSC, B - o sieci HZ jest bardziej podatne na umocnienie odkształceniowe (przez zgniot na zimno) ?

Bardziej podatna na umocnienie odkształceniowe jest próbka A ze względu na większą ilosci systemów poślizgu.

14. Co to jest zmęczenie materiału i czym charakteryzuje się powiezchnia przełomu zmęczeniowego w skali mikro - i makroskopowej ?

Zmęczenie jest utratą zdolności do przenoszenia obciążeń w skutek działania obciążeń cyklicznych. W Przełomie możemy wyróżnić w skali makro dwa obszary: gładki i ziarnisty. Pierwszy obszar to koncentryczne linie (prążki zmęczeniowe) mające centrum w miejscu przełomu (ognisko zmęczeniowe). Drugi obszar to końcowe oderwanie materiału.

Jeśli chodzi o mikrostrukturę to możemy zobaczyć także owe prążki zmęczeniowe lecz w wyraźnym odkształceniem oraz odstępy między nimi które są postępem w jednym cyklu obciążenia + rysunek obu zgładów micro i macro.

15. Która z próbek, A - o gładkiej powierzchni, B - o powierzchni chropowatej wykonanych z tego samego materiału jest bardziej odporna na zniszczenie wskutek zmęczenia lub obciążenia udarowego ?

Próbka gładka, ponieważ w próbce chropowatej wystepują chropowatości, które są koncentratorami naprężeń.

16. Co rozumiesz przez temperaturę przejscia w stan kruchu - prób kruchości w towrzycwach metalowych o sieci RPC ? Czy z punktu widzenia eksploatacji wykonanego zeń elementu zmieniającej sie od - 40C do +50C byloby lepiej gdy będzie ona wyższa niż niższa ?

Próg kruchości jest temp poniżej której następuje wyraźnie zmniejszenie udarności. W RPC obserwuje się skokową zmianę skłonności do kruchego pękania. Lepiej żeby temp była niższa czyli bliższa temp -40°C. Materiał staje się bardziej kruchy im jest niższa temp więc lepiej żeby materiał pracował w temp powyżej progu kruchości.

17. Jaki jest zasadniczy cel obróbki cieplnej zwanej wyżarzaniem. Co znaczy termin, że wyżarzanie stali należy do grupy obróbki cieplnej z przemianą lub bez przemiany fazowej ? Podaj po jednym przykładzie każdego z rodzajów wyżarzania.

Celem wyżarzania jest uzyskanie mikrostruktury możliwe jak najbliższej stanowi równowagi fazowej. Termin oznacza że wyżarzanie może zmieniać strukturę fazową lub nie w zależności od temperatury wyżarzania.

Z przemianą fazową (powyżej temp 723°C) aby zmienić strukturę np. perlityzowanie

Bez przemiany fazowej (poniżej 723°C) aby nie zmieniać struktury a tylko wrócić do stanu równowagi fazowej np. rekrystalizacja.

18. Co to jest dyfuzja ? Która z dwóch próbek z tego samego metalu: A - drobnoziarnista czy B - gruboziarnista będzie wykazywać większą dyfuzjność i dlaczego ?

Dyfuzja jest wędrówką atomów w przestrzeni. Większą dyfuzyjność będzie miała próbka A, ze względu na wiekszą liczbę granic, które są drogą dyfuzji.

19. Co to jest dyfuzja ? Która z dwóch próbek, z tegoo samego metalu: A - umocniona przez zgniot na zimno czy B - wyżarzona, będzie wykazywać większą dyfuzjność i dlaczego ?

patrz 18. Większą dyfuzjność będzie miała próbka A, ze względu na drobniejsze ziarna czyli na zasadzie jak pytanie wyżej Panowie.

20. Co to jest dyfuzja ? Które z dwóch próbek, które byly wyżarzone w piecu w wysokiej temp.: A - szybko schłodzona w wodzie, czy B - chłodzona wolno wraz z piecem, będzie miała większą dyfuzyjność i dlaczego ?

No co jest ta dyfuzjność to już powinniście wiedzieć w 3 pytaniu pod rząd o tym samym . Większą dyfuzjność będzie miała próbka A, ze względu na większą ilość wakansów, czyli defektów punktowych. Podczas nagrzewania tworzą się defekty punktowe, a podczas szybkiego schładzania nie wszystkie atomy zdążą wrócić na swoje miejsce, co powoduje większą dyfuzjność.

21. Dane są trzy metale: A o sieci RSC i promieniu atomowym ra=0,125nm, B o sieci RPC i promieniu atomowym rb= 0,128nm oraz C o sieci RSC i promieniu atomowym rc = 0,145nm. Czy którakolwiek para rokuje nadzieję na utworzenie roztworu stałego ciągłego ? Uzasadnij odpowiedź.

Pierwszy i trzeci mogą ukryć roztwór stały ciągly. Wynika to z warunków Hume-Rothery'ego, że aby uzyskać roztwór stały ciągły należy spełnić 2 warunki:

• ­identyczna struktura składników stopowych

• różnica wielkości atomów nie może przekroczyc 15% (Δr/r)

Po skomplikowanych i zawiłych obliczeniach w tym zadaniu wychodzi że ta różnica wynosi 13,8%, co daje nadzieję na utworzenie tego roztworu przez parę 1 i 3.

22. Co jest warunkiem umacniania wydzieleniowego ? Naszkicuj przebieg zmian twardości stopu podczas starzenia w funkcji czasu i temperatury starzenia.

Warunkiem umacniania wydzieleniowego jest występowanie zmiennej rozpuszczalności + umacnianie wydzieleniowe zachodzi tylko dla STOPÓW i wydzielenia muszą być sprzężone z osnową.

23. Co jest warunkiem umacniania przez roztwór ?

Warunkiem jest tworzenie roztworu stałego oraz fakt że takie umocnienie występuje tylko w przypadku stopów.

24. Dlaczego metale i ich stopy są bardziej odporne na kruche pękanie niż ceramika ?

Gdyż ceramika jest sprężystko-krucha, ma specyficzną mikrostrukturę w której mikropęknięcia są koncentratorami naprężeń i jest twarda ze względu na trudność uruchomienia dyslokacji.

Metale i ich stopy potrafią również odkształcać się bezpowrotnie, ceramika pęka po przekroczeniu granicy plastyczności.

25. Co to jest pełzanie ? Narysuj wykres ilustrujący szybkość pelzania tego samego materiału w funkcji czasu i temperatury pełzania.

Pełzanie - odkształcenie plastyczne pod obciążeniem w podwyższonej temperaturze.

26. Na czym polega umacnianie metali przez rozdrabnianie mikrostruktury (przez granicę ziaren).

Polega na rozdrobnieniu ziaren materiału, które blokują dyslokacje. Dyslokacja przechodząc przez ziarno napotyka na granicę ziarna która ją blokuje. Przejście do drugiego ziarna będzie następowało w określonej kolejności (pierwszeństwo mają dyslokacje o mniejszym naprężeniu stycznym). Dlatego też w czasie odkształcenia próbka nie odkształca się tak samo na całej objętości, lecz selektywnie.

---