Anizotropia

Co to znaczy, że kryształy metali są anizotropowe?

Anizotropia - zależność własności materiału od kierunku.

Periodyczny układ atomów w kryształach prowadzi do różnej gęstości obsadzenia atomami poszczególnych kierunków i płaszczyzn krystalograficznych, a tym samym do różnych odległości międzyatomowych w tych kierunkach. Wywołuje to zróżnicowane własności kryształu w zależności od kierunku ich badania. Typowymi własnościami anizotropowymi są własności mechaniczne: twardość, granica plastyczności wydłużenia, moduł sprężystości oraz własności fizyczne: optyczne, magnetyczne, elektryczne, chemiczne i cieplne.

Ponieważ kryształy układu regularnego maja najwyższą symetrię, występuje w nich stosunkowo mała anizotropia własności fizycznych...

Austenit

Co to jest austenit?

Austenit- składnik strukturalny wielu stopów żelaza, będący roztworem stałym międzywęzłowym węgla (maks. 2,06%) w żelazie γ. Austenit krystalizuje tak jak żelazo γ — w sieci regularnej płasko centrowanej (typ A1), wewnątrz której są rozmieszczone atomy węgla. W dwuskładnikowych stopach żelaza z węglem austenit jest trwały dopiero powyżej temp. 723°C. W niektórych stopach żelaza, zawierających np. duże ilości niklu lub manganu, austenit jest trwały także w znacznie niższych temperaturach, aż do temperatur ujemnych. Austenit jest paramagnetykiem, jest plast. (twardość ok. 200 HB).

Co to jest austenit? Jaka jest maksymalna rozpuszczalność węgla w austenicie?

austenit mieszanina eutektoidalna złożona z ferrytu i cementytu (perlitu).

Austenit- występuje jako trwała faza tylko powyżej temperatury eutektoidalnej 723ºC Austenit charakteryzuje nieduża twardość w stosunku do wytrzymałości oraz niska granica plastyczności. Wydłużenie występuje równomiernie na całej długości próbki bez tworzenia się szyjki. Austenit- składnik strukturalny wielu stopów żelaza, będący roztworem stałym międzywęzłowym węgla (maks. 2,06%) w żelazie γ. Austenit krystalizuje tak jak żelazo γ — w sieci regularnej płasko centrowanej (typ A1), wewnątrz której są rozmieszczone atomy węgla. W dwuskładnikowych stopach żelaza z węglem austenit jest trwały dopiero powyżej temp. 723°C. W niektórych stopach żelaza, zawierających np. duże ilości niklu lub manganu, austenit jest trwały także w znacznie niższych temperaturach, aż do temperatur ujemnych. Austenit jest paramagnetykiem, jest plast. (twardość ok. 200 HB).

Bliźniakowanie

Bliźniakowanie - polega na tym , że w części kryształu następuje obrót i przesunięcie sieci krystalograficznej , wzdłuż określonego kierunku w taki sposób , że ułożenie atomów w części nie przesuniętej .( w wyniku tego przesunięcia sieć przestrzenna w paśmie bliźniaczym jest lustrzane odbicie sieci przestrzennej w części kryształu nie odkształconego.

Istnieją trzy odrębne mechanizmy powstawania kryształów:

• bliźniaki wzrostu powstające podczas rozrastania się ziaren

• bliźniaki odkształcenia powstające w pojedynczym krysztale na skutek granicznego odkształcenia

bliźniaki przemiany powstające podczas przemiany składowej wysokotemperaturowej odmiany krystalicznej

Cementyt

Co to jest cementyt?

Cementyt- węglik żelaza Fe₃C, składnik strukturalny wielu stopów żelaza; stanowi fazę międzymetaliczną krystalizującą w układzie rombowym, w której atomy węgla zajmują pozycje międzywęzłowe (zawartość węgla 6,67%); do temp. 210°C wykazuje właściwości ferromagnet., powyżej — paramagnet.; jest b. twardy (twardość 660-840 HB) i kruchy; odznacza się znaczną odpornością chemiczną. W cementycie mogą się rozpuszczać niektóre pierwiastki stopowe stali, np. azot, chrom, mangan, wolfram, tworząc roztwory stałe (cementyt stopowy). W dwuskładnikowych stopach żelaza z węglem podczas ich ochładzania cementyt może krystalizować bezpośrednio z fazy ciekłej w temp. 1147°C (cementyt pierwotny), wydzielać się z austenitu w temp. 1147-723°C (cementyt wtórny) lub z ferrytu poniżej temp. 723°C (cementyt trzeciorzędowy).

Cementyt trzeciorzędowy

Co to jest cementyt trzeciorzędowy.

Co rozumiesz pod pojęciami : cementyt pierwszorzędowy, drugorzędowy, trzeciorzędowy ?

Cementyt I-rzędowy - krystalizuje bezpośrednio z cieczy

II-rzędowy - krystalizuje z austenitu γ

III-rzędowy - krystalizuje z ferrytu α

Defekty

Jaki wpływ mają defekty w postaci obcych atomów na własności mechaniczne metali (wytrzymałość i plastyczność). Jak nazywa się taki rodzaj umocnień?

Defekty w postaci obcych atomów w strukturze kryształu nazywamy defektami punktowymi.

Wpływ defektów punktowych na własności mechaniczne jest trudny do określenie ze względu na obecność w rzeczywistych kryształach innych jeszcze rodzajów defektów, często o dużym oddziaływaniu. Niemniej jednak , sądząc po wzroście twardości i wytrzymałości szybko ochładzanych metali czystych , defekty punkowe powodują umocnienie metali, tj. wzrost ich wytrzymałości i twardości, z jednoczesnym pogorszeniem właściwości plastycznych. Bardzo ważne jest jednak to, że defekty punktowe i ich stężenie mają zasadniczy wpływ na możliwość ruchu atomów w ciałach krystalicznych, czyli na dyfuzję i samodyfuzję w metalach.

Dyslokacja krawędziowa

Scharakteryzuj dyslokację krawędziową posługując się wektorem Burgersa i wektorem stycznym do linii dyslokacji.

Dyslokacja krawędziowa - stanowi krawędź ekstra płaszczyzny, tj. półpłaszczyzny sieciowej umieszczonej między nieco rozsuniętymi płaszczyznami sieciowymi kryształu o budowie prawidłowej. Dyslokacje krawędziowe leżące w płaszczyznach najgęściej obsadzonych atomami będących płaszczyznami poślizgu, przemieszczają się pod działaniem naprężenia stycznego. Powstanie dyslokacji krawędziowej można sobie wyobrazić zakładając pewną ściśliwość kryształu, dzięki której przemieszczenie górnej części kryształu, wynoszące na brzegowej jeden odstęp międzyatomowy, w miarę oddalania się od tej płaszczyzny będzie malało, aż wreszcie zanika. Poślizg zachodzi zatem nie na całej płaszczyźnie łatwego poślizgu, ale tylko na jej części (poślizg niejednorodny). Dyslokacja krawędziowa już pod działaniem niewielkich naprężeń łatwo zmienia swoje położenie, a po wyjściu z kryształu tworzy na przeciwległej powierzchni stopień. W zależności od położenia dodatkowej półpłaszczyzny dyslokacje mogą być dodatnie (⊥) lub ujemne (T). Dodatnie jeśli półpłaszczyzna znajduje się nad płaszczyzną poślizgu, ujemne - odwrotnie. Wielkością charakterystyczną dla dyslokacji jest wielkość zaburzenia sieci krystalicznej jakie ona wywołuje, a dokładniej energia związana z tym zaburzeniem. Jako miarę tego zaburzenia przyjęto wektor Burgersa. Wyznacza się go za pomocą tzw. konturu Burgersa (obiegu składającego się z jednakowej liczby odstępów sieciowych w każdym kierunku). Jego długość określa wielkość zaburzenia w dyslokacji krawędziowej. Jest prostopadły do linii dyslokacji, a jego zwrot jest zgodny z kierunkiem. W czasie ruchu dyslokacje krawędziowe mogą na swojej drodze napotkać inne defekty sieciowe. Gdy krawędź półpłaszczyzny napotka atom w pozycji międzywęzłowej, wydłuża się ona o jeden odstęp sieciowy - zmieniając tym samym płaszczyznę poślizgu. Gdy napotka wakans, krawędź skróci się o jeden odstęp sieciowy. Dyslokacje mogą się przesuwać aż do przeszkody (koniec materiału, granica ziarna, granica obco fazowa). Jeśli po tej samej płaszczyźnie poślizgu przesuwać się będzie, druga dyslokacja o tym samym znaku, to zatrzyma się ona w takiej odległości od poprzedniej, by wzrastające zaburzenie sieci krystalicznej i związane z nim naprężenie równoważyły się z naprężen. zewnętrznymi. Następna z kolei dyslokacja jednoimienna przemieszczająca się po tej samej płaszczyźnie poślizgu zatrzyma się w większej odległości od poprzedniej, gdyż jest odpychana już przez dwie dyslokacje poprzednie. Podobnie będzie z dyslokacjami następnymi, a powstałe zgrupowanie zatrzymanych dyslokacji nazywane jest spiętrzeniem dyslokacji. Obce wtrącenia, drobne wydzielenia innych faz, gęsta sieć granic ziaren w polikryształach, wszystko to utrudnia swobodę ruchu dyslokacji i zwiększa odporność materiału na odkształcen. plastyczne. Materiał staje się mniej plastyczny, twardszy i wzrasta jego wytrzymałość; całokształt zmian umocnienie.

Dyslokacja śrubowa

Scharakteryzuj dyslokacje śrubową posługując się wektorem stycznym do linii dyslokacji.

Dyslokacja - liniowy defekt struktury krystalicznej, którego poślizg powoduje przemieszczenie się jednej części kryształu względem drugiej na odległość równą długości wektora Burgersa.

Dyslokacja śrubowa - defekt liniowy struktury krystalicznej spowodowany przemieszczeniem części kryształu wokół osi, zwanej linią dyslokacji śrubowej. Wektor Burgersa dyslokacji śrubowej jest skierowany równolegle do jej linii. Dyslokacje śrubowe występują wtedy, gdy na materiał działają naprężenia tnące skierowane przeciwnie. Pod działaniem tych naprężeń dyslokacje śrubowe przemieszczają się. Dyslokacja krawędziowa przemieszcza się w kierunku działania naprężenia, natomiast linia dyslokacji śrubowej przemieszcza się w głąb kryształu, prostopadle do kierunku działania naprężenia stycznego. Dyslokacje śrubowe mogą być prawo- lub lewoskrętne

Ferryt

Co to jest ferryt? Jakie ma własności?

Ferryt - składnik strukturalny wielu stopów żelaza, będący roztworem międzywęzłowym węgla w żelazie α (Fe α) i krystalizującym, tak jak Fe α, w sieci regularnej przestrzennie centrowanej (typ A2), wewnątrz której są rozmieszczone atomy węgla. W dwuskładnikowych stopach żelaza z węglem maks. zawartość węgla w ferrycie w stanie równowagi w temp. 20°C wynosi 0,008% i wzrasta w temp. 723°C do 0,02%; w stopach zawierających 0,8% i więcej węgla ferryt występuje poniżej temp. 723°C; w stopach o mniejszej zawartości węgla ferryt istnieje nawet do temp. 910°C, a ponadto pojawia się jako składnik strukturalny w temp. 1391 do 1536°C (ferryt wysokotemperaturowy). Ferryt jest ferromagnetyczny do temp. 768°C, w temperaturze wyższej jest paramagnetyczny; ma małą twardość (ok. 80 HB).

Granice bliźniacze

Granice bliźniacze. Tworzą się one przy ściśle określonej orientacji ziaren, gdy płaszczyzna granicy staje się płaszczyzną symetrii. Na granicy takiej zachodzi zatem pełne dopasowanie (koherencja) sieci obu ziarn. Niemal zupełny brak zaburzeń w prawidłowym rozmieszczeniu atomów sprawia, że energia takiej granicy jest małą i wynosi 3-10% energii granic szerokokątowych. Gdy granica bliźniacza odchyli się o mały kąt od płaszczyzny idealnego dopasowania, wtedy dzieli się ona na strefy, w których dopasowanie jest dobre i strefy w których dopasowanie uzyskuje się kosztem niewielkich odkształceń sprężystych (przesunięć atomów poza położenia równowagi) lub okresowo powtarzających się dyslokacji. Pociąga to za sobą zwiększenie się energii takiej granicy, a gdy kąt odchylenia wzrasta, prowadzi to do osiągnięcia takich wartości energii, jaką wykazują granice szerokokątowe.

Granica szerokokątowa

Wyjaśnij co to jest granica szerokokątowa- energia tej granicy?

Charakteryzuje się dużym kątem dezorientacji krystalicznej ziaren >10^o na styku których powstaje. Granica szerokokątowa nie jest płaska, lecz zawiera liczne dyslokacje oraz protuzje (wybrzuszenia i występy) , energia tej granicy jest porównywalna do napięcia powierzchniowego.

Jest szczególnym przypadkiem granicy szerokokątowej. Tworzą się przy ściśle określonej orientacji ziaren (koherencja) gdy płaszczyzna granicy staje się płaszczyzną symetrii. Na granicy takiej zachodzi pełne dopasowanie obu ziaren. Energia tej granicy jest mała. Granica ta dzieli się na dwie strefy, w których dopasowanie jest dobre i strefy w których dopasowanie występuje kosztem odkształceń sprężystych. Pociąga to za sobą zwiększenie energii tej granicy, a gdy odchylenie wzrasta , prowadzi do osiągnięcia takich wartości energii , jaką wykazują granice szerokokątowe .

Granice szerokokątowe - charakteryzują się dużym kątem (>10°) dezorientacji krystalicznej ziarn, na styku których powstają. Budowa tych granic jest b. złożona i nie w pełni zbadana. Sądzi się, że na granicach ziarn powstaje strefa miejsc koincydentnych, tj. jednoczesnych, tworzących super sieć przestrzenną, nakładającą się na sieć przestrzenną sąsiadujących ze sobą ziaren. Parametr super sieci miejsc koincydentnych jest wielokrotnością parametru sieci ziaren. W strefie granicy ułożenie atomów charakterystyczne dla wnętrza ziarn jest zaburzone. Granica szerokokątowa nie jest przy tym płaska, lecz zawiera liczne dyslokacje oraz protuzje, tj. wybrzuszenia i występy. Szczególnym przypadkiem granic

Granice ziaren

Co to są szerokokątne granice ziaren?

Granica ziaren - stref a niedopasowania krystalicznego między sąsiednimi ziarnami w materiale polikrystalicznym.

Granice szerokokątna - charakteryzują się dużym kątem (>10°) dezorientacji krystalicznej ziaren, na styku, których powstają. Budowa tych granic jest bardzo złożona i nie w pełni zbadana. Sądzi się, że na granicach ziaren powstaje strefa miejsc koincydentnych, tj. jednoczesnych, tworzących supersieć przestrzenną, nakładającą się na sieć przestrzenną sąsiadujących ze sobą ziaren. Parametr supersieci miejsc koincydentnych jest wielokrotnością parametru sieci ziaren. W strefie granicy ułożenie atomów charakterystyczne dla wnętrza ziaren jest zaburzone. Granica szeroko kątowa nie jest przy tym płaska, lecz zawiera liczne dyslokacje oraz protuzje, tj. wybrzuszenia i występy.

Jak zależy energia granic ziarn od kąta dezorientacji?

Wielkość energii granicy ziarn zależy od rodzaju granicy i zmienia się ona wraz ze zmianą kąta dezorientacji. W przypadku granic małych katów energia σ_gz jest równa sumie energii dyslokacji tworzących granicę.

Wzrost wartości kąta powoduje zmniejszenie się odstępów między dyslokacjami i ich coraz większe wzajemne oddziaływanie. Ponieważ następuje nakładanie się na siebie obszarów odkształceń sprężystych, wywołanych naprężeniami o przeciwnych znakach, więc energia takiego zbioru dyslokacji maleje.

Zmiany kąta dezorientacji nie wywołują na ogół istotnych zmian w budowie atomowej granic szerokokątnych i dlatego dopuszczalne jest założenie, że ich energia jest niezaleeżna od wartości tego kąta.

Krystalizacja

Podaj warunki zajścia krystalizacji.

Krystalizacja - tworzenie się i wzrost kryształów; zachodzi w wyniku przechłodzenia pary lub cieczy albo przesycenia roztworu (np. wskutek obniżenia temperatury roztworu nasyconego, usuwania rozpuszczalnika przez odparowywanie lub oddestylowanie); aby w danym ośr. nastąpiła krystalizacja, muszą znajdować się w nim zarodki krystalizacji, np. drobne kryształy danej substancji lub innej o podobnej strukturze, powstające samorzutnie bądź celowo wprowadzane (tzw. zaszczepianie), pęcherzyki gazu, nierówności na ściankach naczynia; krystalizacji towarzyszy zwykle wydzielanie się ciepła. Krystalizację stosuje się do oczyszczania substancji, wydzielania substancji z mieszanin lub rozdzielania mieszanin na składniki (krystalizacja frakcjonująca) i do otrzymywania (hodowania) monokryształów.

Do tego aby zaszło skrzepnięcie cieczy konieczne jest więc:

-przechodzenie cieczy,

-powstanie w cieczy zarodków krystalizacji,

-rośnięcie tych zarodków i powstanie krystalitów.

Krystalizacja dendryczna

Wyjaśnij pojęcie krystalizacji dendrytycznej.

Przechłodzenia występujące podczas krystalizacji cieczy decydują także o ukształtowaniu powierzchni międzyfazowej ciecz-ciało stałe w skali makroskopowej. W warunkach równowagi powierzchnia jest płaska i nieruchoma. Aby spowodować ruch tej powierzchni i wzrost kryształów, musi na niej wystąpić przechłodzenie i im będzie ono większe, tym szybciej przemieszczać się będzie granica między ciałem stałym i cieczą. Ukształtowanie powierzchni międzyfazowej zależy natomiast od rozkładu temperatury w cieczy. Możliwe są tu dwa wypadki: dodatni lub ujemny gradient temperatury. Kiedy gradient temperatury jest dodatni, wówczas utajone ciepło wydzielane na powierzchni międzyfazowej jest odprowadzane wyłącznie przez fazę stałą. Szybkość odprowadzanie tego ciepła decyduje o szybkości przemieszczania się powierzchni międzyfazowej. Zahamowanie tego przepływu powoduje wzrost temperatury powierzchni, a jeśli osiągnięta zostanie temperatura równowagi T₀, to krystalizacja ustanie. Każda wypukłość, jaka powstanie przypadkowo na powierzchni granicznej sięgając głębiej w ciecz przestanie rosnąć i powierzchnia pozostanie płaska. W razie ujemnego gradientu w cieczy, ciepło utajone, jakie wydziela się na powierzchni międzyfazowej może być oprowadzane zarówno przez ciało stałe, jak i przez ciecz. Ruch powierzchni nie jest już kontrolowany samym tylko odprowadzaniem ciepła przez fazę stałą. W takich warunkach przypadkowe wypukłości na powierzchni granicznej sięgają do cieczy bardziej przechłodzonej i wierzchołki tych wypukłości rosną szybciej. Płaska powierzchnia międzyfazowa przestaje być trwała i pojawiają się na niej liczne wypukłości. Wypukłości te sięgając głębiej rosną coraz szybciej, ale szybkość ta kontrolowana jest wydzielaniem się większej ilości ciepła utajonego, zmniejszającego przechłodzenie. Płaskie ścianki rosnących wypukłości też nie są trwałe i na nich też pojawiają się podobne wypukłości, podrzędne w stosunku do pierwszych. Proces ten przy bardzo dużych przechłodzeniach może się powtarzać, a kryształy przyjmują charakterystyczny kształt, nazywany dendrytami a taki sposób krystalizacji - krystalizacją dendrytyczną.

Dendryty mogą pojawić się nie tylko na wewnętrznej powierzchni skrzepniętej warstwy metalu, ale i wewnątrz przechłodzonej cieczy. Przechłodzenia konieczne do powstania zarodków jednorodnych lub na mało aktywnych cząstkach obcych, są znacznie większe niż przechłodzenia powodujące ruch powierzchni międzyfazowej. Zarodek powstaje, zatem w cieczy silnie przechłodzonej, a jego płaskie powierzchnie międzyfazowe są niestabilne. Powstają wtedy dendryty, a w miarę tego jak przechłodzenia są większe, to gałęzie dendrytów pojawiają się częściej i ich drzewiasty charakter uwypukla się jeszcze bardziej.

Ledeburyt

Co to jest ledeburyt?

Ledeburyt- składnik strukturalny stopów żelaza zawierających węgiel; mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu (zawierająca 4,3% węgla), krystalizująca w temp. 1147°C i trwała do temp. 723°C, w której zachodzi rozpad austenitu z utworzeniemperlitu; powstała wówczas mieszanina cementytu i perlitu nosi nazwę ledeburytu przemienionego

Co to jest ledeburyt i czym od niego różni się ledeburyt przemieniony - zrób analizę ilościową

ledeburytu przemienionego w temp. otoczenia.

Ledeburyt mieszanina eutektyczna składająca się z austenitu i cementytu o zawartości 4,3 % węgla.

W ledeburycie przemienionym zamiast austenitu występuje perlit.

Mangan

Jaką rolę odgrywają mangan i krzem w stalach niestopowych.

Mangan (do 0,8%) działa korzystnie, tworząc siarczek MnS o wyższej temperaturze topnienia od siarczku żelaza. Powoduje jednak niekorzystny rozrost ziaren w czasie obróbki cieplnej i plastycznej na gorąco (obniża plastyczność). Krzem powoduje korzystne obniżenie stężenia gazów w stali lanej i przeciwdziała segregacji własności plastyczne spadają , Rm zwiększa się.

Obróbka plastyczna

Podaj różnice obróbki plastycznej na zimno i na gorąco, przyjmując kryterium przeprowadzenia procesu oraz właściwości gotowego produktu. Podaj przykłady takich rodzajów obróbki.

Obróbka plastyczna na gorąco - proces technologiczny zmieniający głównie właściwości mech. stali i niektórych stopów nieżelaznych w stanie stałym przez wywołanie w nich zmian strukturalnych, będących efektem łącznego oddziaływania temperatury, czasu i odkształceń plast. (połączenie zabiegów obróbki cieplnej i plast.). Rozróżnia się obróbkę cieplno-plastyczną wysokotemperaturową, podczas której odkształcenie plast. zachodzi w wysokiej temperaturze (po nagrzaniu do stanu jednofazowego i wygrzaniu, a przed chłodzeniem), i niskotemperaturową, podczas której odkształcenie plastyczne jest poprzedzone nie tylko nagrzaniem do stanu jednofazowego i wygrzaniem, ale także podchłodzeniem do temperatury niższej od temperatury początku rekrystalizacji, końcowym zabiegiem jest dochłodzenie do temperatury otoczenia. Obróbka wysokotemperaturowa zapewnia wyższą plastyczność, poddaje się jej konstrukcyjne stale węglowe i niskostopowe, niskotemperaturowa zaś — wyższą wytrzymałość, poddaje się jej gł. stale średnio- i wysokostopowe.

Odkształcenia plastyczne

Jaka jest różnica między metalem odkształconym plastycznie na zimno, a zrekrystalizowanym.

Skutki odkształceń plastycznych na zimno

• zmiana kształtu,

• umocnienie Rm, Re, Hb,

• spadek własności A i Z,

• zdefektowana mikrostruktura

• naprężenia własne,

• stan równowagi metastabilnej,

Własności po rekrystalizacji,

• spadek Tr (gniot),

• zanieczyszczenia,

• wielkość ziaren

• temperatura odkształcenia plastycznego,

spadek,

Odlewanie

Czym różni się odlewanie ciągłe od statycznego?

Odlewanie - nadawanie kształtu przez wlanie ciekłego materiału lub zawiesiny do formy.

Odlewanie metali ciągłe - ciekły metal wlewany w sposób ciągły do chłodzonej wodą trwałej formy metal. lub grafitowej, krzepnie i, przybierając jej kształty, wysuwa się z drugiej strony formy, również w sposób ciągły lub skokowy.

Odlewanie metali statyczne - polega na wlaniu ciekłego metalu do formy i po powolnym ostygnięciu wyjmuje się gotowy produkt z formy.

Perlit

Co to jest perlit?

Perlit - składnik strukturalny stopów żelaza zawierających węgiel, będący eutektoidalną mieszaniną ferrytu i cementytu w postaci ułożonych na przemian płytek obu składników; właściwości mechaniczne perlitu zależą gł. od grubości płytek — im są cieńsze, tym wyższa jest wytrzymałość i twardość perlitu (od ok. 180 do ok. 280 HB), a mniejsza plastyczność; w dwuskładnikowych stopach żelaza z węglem perlit zawiera 0,8% węgla i powstaje podczas chłodzenia stopu, w temp. 723°C, w wyniku eutektoidalnej przemiany austenitu; po wypolerowaniu i wytrawieniu przypomina masę perłową — stąd nazwa.

Poliforyzm

Wyjaśnij pojęcie polimorfizmu na przykładzie żelaza

Polimorfizm- występowanie tego samego pierwiastka lub związku chemicznego w więcej niż jednej strukturze, np. żelazo poniżej 912°C ma strukturę krystaliczną RPC( struktura regularna przestrzennie centrowana, A2 Fe-α), natomiast powyżej tej temperatury - strukturę RSC (struktura regularna ściennie centrowana, A2 Fe -γ).

Poślizg dyslokacji

Wymień metody blokowania poślizgu dyslokacji.

- wprowadzanie atomów domieszek

- cząsteczki obcych faz (azotki i węgliki)

- pory

- wprowadzenie większych granic ziaren

Przechłodzenie

Jaki jest wpływ stopnia przechłodzenia na liczbę zarodków krystalizacji i szybkość ich

wzrostu?

Szybkość krystalizacji i struktura zakrzepłego metalu zależą od szybkości z jaką powstają zarodki fazy stałej i od szybkości ich rozrostu, a te z kolei od wielkości przechłodzenia ΔT poniżej temperatury równowagowego współistnienia obydwóch faz T₀.

Struktura stopu (wielkość ziarna) zależy od wzajemnej relacji między szybkościami cząstkowych procesów krystalizacji. Jeśli szybkość zarodkowania jest duża, a szybkość wzrostu mała to powstaje struktura drobnoziarnista i na odwrót, przy dużej szybkości wzrostu i małej zarodkowania uzyskuje się strukturę gruboziarnistą.

Przemiana alotropowa

Wymień cechy charakterystyczne przemiany alotropowej:

-występuje w pierwiastkach polimorficznych

-jest odwracalna α⇔β (ΔT, Δp)

-wymaga większych przechłodzeń niż krzepniecie

-duży wymiar zarodka krytycznego wymaga zarodkowania heterogenicznego: granice ziarn (naroża), fazy obce, defekty liniowe. Zarodki rosną kosztem fazy pierwotnej

-przemiana jest dyfuzyjna, ale przy dużych przechłodzeniach może przebiegać bezdyfuzyjnie (przemiana martenzytyczna) ale wówczas tylko w niektórych przypadkach jest to przemiana odwracalna. W wielu przypadkach jest atermiczna

Przemiana eutektyczna

Rekrystalizacja

Jak zależy temperatura rekrystalizacji od stopnia zgniotu (stopień odkształcenia plastycznego)?

Rekrystalizacja - proces zarodkowania i rozrastania się nowych nieodkształconych ziaren w odkształconym na zimno ciele stałym, np. metalu,wskutek wygrzewania go w pewnej określonej, charakterystycznej dla danego materiału temperaturze,aż do całkowitego zastąpienia wszystkich ziaren odkształconych przez nowe. Najniższa temperatura, w której zachodzi proces rekrystalizacji, jest zw. temperaturą rekrystalizacji i zależy ona m.in. od stopnia zgniotu (im większy zgniot, tym niższa temperatura rekrystalizacji) i od czystości materiału. Procesowi rekrystalizacji towarzyszą znaczne zmiany właściwości mech.: maleje twardość i wytrzymałość materiału oraz wzrasta jego plastyczność aż do wartości właściwych dla stanu przed zgniotem. W przypadku metali żądaną wielkość ziarna po rekrystalizacji uzyskuje się przez właściwy dobór wielkości zgniotu oraz temperatury i czasu (rekrystalizującego). Proces rekrystalizacji wykorzystuje się praktycznie, m.in. do usuwania niepożądanego umocnienia wywołanego przez zgniot, uniemożliwiającego dalszą przeróbkę plast., lub dla uzyskania określonej wielkości ziarna.

Od jakich warunków zależy rekrystalizacja?

Rekrystalizacja - proces zarodkowania i rozrastania się nowych nieodkształconych ziaren w odkształconym na zimno ciele stałym, np. metalu , wskutek wygrzewania go w pewnej określonej, charakterystycznej dla danego materiału temperaturze (w przypadku metali temperaturze wyższej od temperatury zdrowienia), aż do całkowitego zastąpienia wszystkich ziaren odkształconych przez nowe. Najniższa temperatura, w której zachodzi proces rekrystalizacji, jest zw. temperaturą rekrystalizacji; zależy ona m.in. od stopnia zgniotu (im większy zgniot, tym niższa temperatura rekrystalizacji) i od czystości materiału. Procesowi rekrystalizacji towarzyszą znaczne zmiany właściwości mech.: maleje twardość i wytrzymałość materiału oraz wzrasta jego plastyczność aż do wartości właściwych dla stanu przed zgniotem. W przypadku metali żądaną wielkość ziarna po rekrystalizacji uzyskuje się przez właściwy dobór wielkości zgniotu oraz temperatury i czasu wyżarzania

(rekrystalizującego). Proces rekrystalizacji wykorzystuje się praktycznie, m.in. do usuwania niepożądanego umocnienia wywołanego przez zgniot, uniemożliwiającego dalszą przeróbkę plast., lub dla uzyskania określonej wielkości ziarna.

Na czy polega rekrystalizacja?

Rekrystalizacja - proces zarodkowania i rozrastania się nowych nieodkształconych ziaren w odkształconym na zimno ciele stałym, np. metalu, wskutek wygrzewania go w pewnej określonej, charakterystycznej dla danego materiału temperaturze (w przypadku metali temperaturze wyższej od temperatury zdrowienia), aż do całkowitego zastąpienia wszystkich ziaren odkształconych przez nowe. Najniższa temperatura, w której zachodzi proces rekrystalizacji, jest zw. temperaturą rekrystalizacji; zależy ona m.in. od stopnia zgniotu (im większy zgniot, tym niższa temperatura rekrystalizacji) i od czystości materiału. Procesowi rekrystalizacji towarzyszą znaczne zmiany właściwości mech.: maleje twardość i wytrzymałość materiału oraz wzrasta jego plastyczność aż do wartości właściwych dla stanu przed zgniotem. W przypadku metali żądaną wielkość ziarna po rekrystalizacji uzyskuje się przez właściwy dobór wielkości zgniotu oraz temperatury i czasu wyżarzania (rekrystalizującego). Proces rekrystalizacji wykorzystuje się praktycznie, m.in. do usuwania niepożądanego umocnienia wywołanego przez zgniot, uniemożliwiającego dalszą przeróbkę plast., lub dla uzyskania określonej wielkości ziarna.

Jak zmienią się własności mechaniczne metali w skutek rekrystalizacji?

Procesowi rekrystalizacji towarzyszą znaczne zmiany właściwości mech.: maleje twardość i wytrzymałość materiału oraz wzrasta jego plastyczność aż do wartości właściwych dla stanu przed zgniotem.

Rekrystalizacja wtórna

Co to jest rekrystalizacja wtórna?

Rozrost ziarn rozpoczyna się natychmiast po zakończeniu rekrystalizacji. Siłą napędową tego procesu jest dążenie układu do zmniejszenia energii powierzchniowej granic ziarn poprzez wzrost przeciętnej wielkości ziarna w czasie. Z rozrostem ziarn jest związane pojęcie wtórnej rekrystalizacji, zwanej również anormalnym lub przyspieszonym rozrostem ziarn. Polega ona na szybkim wzroście niektórych ziarn kosztem otaczających je sąsiadów. Wtórna rekrystalizacja rozpoczyna się po pierwotnej, po czasie, który jest konieczny do rozrostu niektórych ziarn do wielkości około dwa razy większej od ziarn sąsiednich. Sprzyja temu rozpuszczanie wydzieleń obcych faz, co umożliwia selektywny rozrost niektórych ziarn, stanowiących zarodki wtórnej rekrystalizacji.

Roztwór stały

Podaj definicje roztworu stałego różnowęzłowego i podaj dwa przykłady poznanych roztworów poznanych na laboratorium.

Roztwór stały - jest to chemicznie jednorodna, stanowiąca jedną fazę, mieszanina dwóch lub więcej substancji krystalicznych, której skład można zmieniać w sposób ciągły. Roztworem stałym różnowęzłowym (substytucyjnym) nazywamy roztwór , w którym atomy składnika rozpuszczanego zastępują atomy rozpuszczalnika (zajmują atomy rozpuszczalnika).

Segregacja dendryczna

Na czym polega segregacja dendrytyczna ziaren występujących w stopach jedno fazowych.

Kryształy mają budowę warstwową, a największe stężenie składnika trudniej topliwego występuje w środku, podczas gdy w warstwach zewnętrznych w większym stężeniu występuje składnik łatwiej topliwy. Gdy jest zwiększona szybkość chłodzenia, może początkowo wystąpić znaczne przechłodzenie i krystalizacja dendrytyczna. Przechłodzenie zanika pod koniec krzepnięcia wskutek wydzielania się znacznych ilości utajonego ciepła krystalizacji. Rozmieszczenie składników na przekroju ziarna odzwierciedla jednak dendrytyczny charakter krystalizacji i dlatego występującą niejednorodność składu chemicznego nazwano segregacją dendrytyczną. Niejednorodność składu chemicznego kryształów pociąga za sobą niejednorodność własności, która jest zwykle niepożądana. Segregację dendrytyczną i jej następstwa można usunąć przez długotrwałe wyżarzanie odlewów w wysokich temperaturach, w których atomy wykazują znaczną ruchliwość i szybko zachodzi dyfuzja.

Drugim czynnikiem ułatwiającym ujednorodnienie jest drobne ziarno odlewu, gdyż krótkie są wtedy drogi dyfuzji.

Segregacja dendrytyczna: niejednorodność składnika chemicznego spowodowana zwiększona prędkością chłodzenia, co hamuje dyfuzje. Zakres tej segregacji określa różnica stężeń granicznych, a te zależą od temperatury między linią licwidus a solidus oraz od ich nachylenia. Pociąga za sobą niejednorodność własności. Można ją usunąć przez długotrwałe wyżarzanie odlewów wysokich temp. Czas ujednorodnienia zależy od ruchliwości atomów składnika rozpuszczonego, którą określa się współczynnikiem dyfuzji D. Temp. wyżarzania 50 do 100k poniżej topnienia. Drugim czynnikiem ułatwiającym ujednorodnienie jest dobre ziarno odlewu.

Struktury

Dlaczego metale o strukturze A1 są bardziej plastyczne od metali o strukturze A2. Podaj po jednym przykładzie metalu krystalizującego w sieci A1 i A2.

Większość metali, w tym prawie wszystkie, które mają najszersze zastosowanie w technice, krystalizuje w dwóch układach krystalograficznych: regularnym i heksagonalnym. Jak wiadomo, w układzie regularnym są możliwe trzy typy sieci: A0, A1 i A2. Sieć regularna ściennie centrowana A1 (RSC) powstaje w wyniku najgęstszego wypełnienia przestrzeni kulami w taki sposób, aby atomy co 4 warstwy znajdowały się nad sobą, stąd mówimy o sekwencji ABCABC. Z utworzonej w ten sposób sieci można wyodrębnić komórkę elementarną, w której atomy są rozmieszczone na narożach i środkach ścian oraz mają współrzędne 000, 0 ½ ½ , ½ 0 ½ , ½ ½ 0. Liczbę atomów przypadającą na komórkę można wyliczyć :8*1/8+6*1/2=4. Najmniejsza odległość międzyatomowa jest równa połowie przekątnej ściany a√2/2. Liczba koordynacyjna tej sieci wynosi 12. Sieć A1 mają następujące metale: złoto, srebro, platyna, aluminium, żelazo γ, iryd, pallad. Nikiel, kobalt β, ołów.

Sieć regularna przestrzennie centrowana A2 (RPC)- atomy w tej sieci są rozmieszczone na narożach i jeden atom znajduje się w środku komórki. Położenia atomów wynoszą: 000, ½ ½ ½. Liczba atomów przypadających na komórkę wynosi 8*1/8+1=2. Każdy atom tej sieci jest otoczony 8 innymi atomami, które znajdują się w odległości a√3/2 i 6 dalszymi atomami w odległości a , stąd przyjmuje się, że liczba koordynacyjna tej sieci wynosi 8. Sieć ta nie zawiera płaszczyzny o gęstym wypełnieniu, natomiast istnieją w niej gęstego ułożenia, wzdłuż których atomy stykają się ze sobą (są to kierunki [111]). W sieci A2 krystalizują następujące metale: Fe-α, Cr-α, Mo, W, Nb, Ta, Zr-β.

Wakanse

Co to są wakanse? Czy maja wpływ na własności metali?

Wakansem nazywamy defekt punktowy w sieci krystalicznej i jest to wolne miejsce w strukturze krystalicznej, w którym brakuje atomu lub jonu. Defekty te mogą powstawać samorzutnie w wyniku drgań cieplnych atomów, których amplituda rośnie ze wzrostem temperatury. W miarę wzrostu temperatury coraz więcej wakansów przemieszcza się od powierzchni kryształów (ziaren) do ich wnętrz, podczas chłodzenia będzie przeciwnie.

Wpływ defektów punktowych na własności mechaniczne jest trudny do określenie ze względu na obecność w rzeczywistych kryształach innych jeszcze rodzajów defektów, często o dużym oddziaływaniu. Niemniej jednak , sądząc po wzroście twardości i wytrzymałości szybko ochładzanych metali czystych , defekty punkowe powodują umocnienie metali, tj. wzrost ich wytrzymałości i twardości, z jednoczesnym pogorszeniem właściwości plastycznych. Bardzo ważne jest jednak to, że defekty punktowe i ich stężenie mają zasadniczy wpływ na możliwość ruchu atomów w ciałach krystalicznych, czyli na dyfuzję i samodyfuzję w metalach.

Wektor Burgersa

Co to jest wektor Burgersa?

Wektor Burgersa - wektor określający wielkość zaburzenia struktury krystalicznej spowodowanego dyslokacją oraz kierunek przemieszczenia jednej części kryształu względem drugiej podczas poślizgowego ruchu dyslokacji.

Węgiel

Jaki jest wpływ zawartości węgla w stali na jej Rm i HB?

Składnikiem decydującym o mikrostrukturze i właściwościach stali niestopowych jest węgiel. Z wykresu żelazo-cementyt wynika, że ze wzrostem zawartości węgla w mikrostrukturze stali wzrasta udział perlitu, aż do 0,77% wag. C, kiedy mikrostruktura jest całkowicie perlityczna i zanika strukturalnie wolny ferryt. Dalszy wzrost zawartości węgla powoduje pojawienie się obok perlitu strukturalnie wolnego cementytu wtórnego. Wzrost zawartości węgla w stali powoduje, zatem zwiększenie się udziału twardszych niż ferryt składników struktury, a w rezultacie wzrost twardości. W stalach przedeutektoidalnych ochłodzonych w spokojnym powietrzu stwierdzono doświadczalnie prostą zależność pomiędzy twardością HB a wytrzymałością na rozciąganie Rm: Rm≈3,4HB≈10/3HB.

Zależność pomiędzy zawartością węgla (%wag. C) w stali a jej wytrzymałością na rozciąganie Rm wyraża się wzorem: Rm = 300+650(%wag. C) MPa.

Na podstawie wytrzymałości na rozciąganie można dal stali normalizowanych określić orientacyjną przybliżoną wartość granicy plastyczności z empirycznej zależności: Re≈0,65Rm.

Jaki jest wpływ zawartości węgla w stali na jej twardość oraz wytrzymałość na rozciąganie?

Składnikiem decydującym o mikrostrukturze i właściwościach stali niestopowych jest węgiel. Z wykresu żelazo-cementyt wynika, że ze wzrostem zawartości węgla w mikrostrukturze stali wzrasta udział perlitu, aż do 0,77 % wag. C, kiedy mikrostruktura jest całkowicie perlityczna i zanika strukturalnie wolny ferryt. Dalszy wzrost zawartości węgla powoduje pojawienie się obok perlitu strukturalnie wolnego cementytu wtórnego. Perlit, będący płytkową mieszaniną ferrytu i cementytu, w stali ochłodzonej w spokojnym powietrzu z temperatur występowania austenitu wykazuje twardość 200÷260 HB ,natomiast twardość ferrytu w stali węglowej wynosi tylko 90 HB.W stalach przedeutektoidalnych ochłodzonych w spokojnym powietrzu(normalizowanych)stwierdzono doświadczalnie prostą zależność pomiędzy twardością HB a wytrzymałością na rozciąganie R_m:

R_m ≅ 3,4 HB ≅10/3 HB

Duże znaczenie praktyczne tego wzoru wynika z tego, że wykonanie pomiaru twardości jest o wiele prostsze niż próby rozciągania .Zgodnie ze wzorem wytrzymałość na rozciąganie ferrytu wynosi około 300 MPa, a perlitu- około 800 MPa. Zależność ta jest zachowana tylko do około 0,90 % wag. Węgla, gdyż przy większych zawartościach, w strukturze stali zaeutektoidalnych pojawia się cementyt wtórny w postaci ciągłej siatki pokrywającej się z granicami byłego austenitu. Im grubsza jest otoczka cementytu, tym bardziej krucha jest stal i tym łatwiej następuje jej pękanie w próbie rozciągania; pociąga to za sobą zmniejszenie wartości R_m. Na podstawie wytrzymałości na rozciąganie można dla stali normalizowanych określić orientacyjną przybliżoną wartość granicy plastyczności R_e z empirycznej zależności:

R_e ≅ 0,65 R_m

Wiązania metaliczne

Scharakteryzuj dominujący w metalach typ wiązań metalicznych. O jakich własnościach ten typ decyduje?

Wiązanie metaliczne - wiązanie chemiczne charakterystyczne dla metali i ich stopów; jest wynikiem oddziaływania chmury elektronowej (utworzonej przez słabo związane, tzw. swobodne, elektrony walencyjne atomów metali) z rdzeniami (zrębami) atomów o dodatnim ładunku elektrycznym, elektrony walencyjne metali wykazują dużą ruchliwość, tzn. zdolność do swobodnego poruszania się w kryształach — elektrony zdelokalizowane, zw. niekiedy gazem elektronowym — i łatwo mogą się przemieszczać pod wpływem przyłożonego z zewnątrz napięcia elektr.; ruchliwość elektronów tłumaczy takie właściwości metali, jak m.in. dobre przewodnictwo elektr., połysk.

Wlewek

Co to jest wlewek? Narysuj jego typową makrostrukturę.

Wlewek- hutniczy półwyrób metalowy, odlany w formie z żeliwa, zwaną wlewnicą; ma postać bloku (m.in. walca, graniastosłupa, płyty), przeznaczonego do dalszej przeróbki plastycznej, zależnie od rodzaju metalu i sposobu wytapiania wlewek ma masę od kilkudziesięciu kg do 20 t.

Właściwości wlewka

Właściwośći wlewka: wlewki są to bloczki przeznaczone do kształtowania za pomocą obróbki plastycznej, otrzymywane z metali w ciekłej postaci. Strefa z kryształem podłużnym jest nazywana strefą kryształów słupkowych. Wlewki wykazują złożoną budowę krystaliczną (choć nie zawsze te strefy muszą występować w odlewach). Budowa krystaliczna wlewka decyduje o ich zachowaniu podczas obróbki plastycznej. Na skutek skurczu w górnej środkowej części wlewków tworzy się zwykle zagłębienie zwane jamą skurczową. Kształt jamy skurczowej zależy w dużej mierze od kształtu górnej części formy i objętości krzepnącego metalu. Aby zmniejszyć uzysk wyrobów walcowanych, w wypadku odcina się jego górną część wraz z jamą skurczową przed obróbką plastyczną.

Właściwości mechaniczne

Jak zmieniają się właściwości mechaniczne metali pod wpływem odkształceń plastycznych?

-Zmiana kształtu

-Umocnienie: Rm↑, Re↑, HB↑, A↓, Z↓

-Zdeformowana mikrostruktura (zgniot)→tekstura

-Naprężenia własne

-Stan równowagi metastabilnej

Im większy stopień gniotu, tym większe Rm↑, Re↑

Ziarna

Jak można zapobiec rozrostowi ziaren w wysokich temperaturach?

Z punktu widzenia własności mechanicznych rozrost ziaren i spowodowana tym zjawiskiem gruboziarnistość jest niekorzystna. Wiadomo, że granice ziaren blokują ruch dyslokacji i im drobniejsze jest ziarno, tym większa jest granica plastyczności. Zwiększa się również udarność. Przechodzenie atomów z jednego ziarna do drugiego może jednak ustać, jeśli na granicy znajdzie się jakaś obca faza, np. wtrącenie żużla, tlenek metalu lub inny związek. Jeśli takich wtrąceń jest wiele, to nawet w wysokich temperaturach rozrost ziaren zostaje zahamowany. Prędkość ruchu granic ziarn mogą też zmniejszyć obce atomy, jakie ulokują się na nich w następstwie ich ruchu. Szczególnie skuteczne będą atomy wykazujące mniejszą ruchliwość w porównaniu z atomami osnowy. Wynika z tego, że im bardziej czysty jest metal, tym większa jest jego skłonność do gruboziarnistości.

Żeliwa białe

Żeliwa białe: zawiera węgiel prawie wyłącznie w postaci cementytu; jest b. twarde, kruche, trudno obrabialne i ma gorsze właściwości odlewnicze niż żeliwa szare; znajduje niewielkie zastosowanie jako materiał konstrukcyjny, jest stosowane np. na ruszty palenisk kotłowych; służy do uzyskania — przez długotrwałe wyżarzanie w wysokiej temperaturze i odpowiedniej atmosferze.

Żeliwa sferoidalne

Co to są żeliwa sferoidalne? Jaka jest ich zasada oznaczania według PN - EN ?

żeliwa sferoidalne - żeliwa w których grafit jest pod postacią kulek , oznaczenia PN-92/HO3101 Wykazuje bardzo dobre własności wytrzymałościowe i plastyczne . Uzyskuje się po przez modyfikowania żeliwa szarego

EN-GJMB-350-10 G- materiał odlewniczy J- żeliwo M.- grafit B- przełom czarny 350- Rm 10- A

Żeliwa szare

Wymień wady i zalety żeliw szarych.

Wymień wady i zalety żeliw szarych: zalety - dobre właściwości odlewnicze, dobra skrawalność, niska cena wady - mała wytrzymałość na obciążenie.

---