1. Struktura krystaliczna żelaza, odmiany alotropowe
2. Defekty sieci krystalicznej: punktowe, liniowe (dyslokacje), powierzchniowe
3. Dwuskładnikowe układy równowagi: z roztworem stałym ciągłym, z eutektyką, perytektyką, fazą międzymetaliczną, z przemianami w stanie stałym: alotropową, eutektoidalną
4. Wykres równowagi żelazo-cementyt (Fe-Fe3C)
5. Podział stopów żelaza ze względu na skład chemiczny i technologię: stale niestopowe i stopowe; staliwa, żeliwa
Podział stali ze względu na skład chemiczny
niestopowe - gatunki stali, w których zawartość pierwiastków jest mniejsza od wartości
granicznych podanych w tablicy
inne stopowe - gatunki stali, w których zawartość przynajmniej jednego pierwiastka
osiąga lub przekracza wartość graniczną podaną w tablicy
odporne na korozję - zawierające min. 10,5% Cr i max. 1,2% C
6. Żeliwa: podział, struktury, właściwości, zastosowanie
7. Wyżarzanie: ujednoradniające, normalizujące, zupełne, rekrystalizujące, odprężające
8. Wykres CTP; przemiana martenzytyczna i bainityczna
Wykresy CTP
Wykres czas-temperatura-przemiana opisuje przemiany zachodzące w stali podczas chłodzenia z różnymi prędkościami:
- CTPi - przy chłodzeniu izotermicznym
- CTPc - przy chłodzeniu ciągłym
Przemiana martenzytyczna
● bezdyfuzyjna przemiana alotropowa austenit - ferryt (tzn. Feg - Fea czyli sieci A1- A2)
- zachowana jest ta sama koncentracja węgla Þ ferryt przesycony węglem (martenzyt),
- warunek: chłodzenie z szybkością większą niż krytyczna (DF, DC = 0)
(ominięcie krzywej początku przemian dyfuzyjnych - uniemożliwienie dyfuzji węgla),
- siłą napędową przemiany jest duża rożnica F austenitu i martenzytu w temperaturze Ms,
Przemiana bainityczna
● przemiana w pośrednim zakresie temperatur, między Tm (ok. 550 °C) oraz MS (ok. 200°C),
- charakter bezdyfuzyjno-dyfuzyjny przemiany:
- zbyt mała ruchliwość atomow Fe Ü bezdyfuzyjna (jak martenzytyczna) przebudowa sieci A1 ® A2,
- wystarczająca ruchliwość atomow C Ü w austenicie lub w powstałym iglastym przesyconym ferrycie
krystalizują drobne, cienkie blaszki Fe3C lub Fe2,6C (węglik e)
Bainit mieszanina iglastego, przesyconego ferrytu oraz drobnych, nieciągłych, płytkowych wydzieleń Fe3C lub węglika e (w niższych temperaturach)
● od temperatury przemiany zależą:
- przesycenie ferrytu,
- przebieg przemiany,
- morfologia struktury,
- umownie wyrożniamy:
- bainit gorny (Tm ¸ ~350°C),
- bainit dolny (~350°C ¸ MS)
9. Hartowanie: zwykłe, stopniowe, izotermiczne
Hartowanie - obróbka cieplna polegająca na nagrzaniu stali do temperatury austenityzacji i ochłodzeniu z prędkością większą od krytycznej w celu uzyskania struktury marenzytycznej lub bainitycznej
Temperatura austenityzacji:
- dla stali podeutektoidalnych 30-500C powyżej linii Ac3
- dla stali nadeutektoidalnych 30-500C powyżej linii Ac1,3
Prędkość krytyczna - styczna do krzywej początku przemiany
Rodzaje hartowania:
Zwykłe - na martenzyt; v>vkryt (A)
Stopniowe - na martenzyt; krótki przystanek powyżej Ms celem wyrównania temperatury w objętości (B)
Izotermiczne - na bainit; przystanek izotermiczny powyżej Ms celem
zapoczątkowania i zakończenia przemiany bainitycznej ( C )
Martenzyt - przesyconyroztwór stały węgla w fazie Fe-a
Bainit - faza pośrednia pomiędzy martenzytem a perlitem
Przemiana martenzytyczna - bezdyfuzyjna
Przemiana bainityczna -częściowo dyfuzyjna
Właściwości po hartowaniu:
- Wzrost twardości i wytrzymałości
- Obniżenie ciągliwości
- Wzrost poziomu naprężeń
10. Hartowanie powierzchniowe
Hartowanie powierzchniowe:
-Płomieniowe - nagrzewanie płomieniem gazu,najczęściej acetylenem
-Kąpielowe - nagrzewanie w gorących stopionych solach
-Indukcyjne - nagrzewanie szybkozmiennym prądem indukującym prądy wirowe powodujące
wydzielanie ciepła w warstwie wierzchniej materiału; chłodzenie natryskiem wody
11. Hartowność stali
12. Odpuszczanie
13. Ulepszanie cieplne
14. Przesycanie i starzenie; utwardzanie dyspersyjne (wydzieleniowe)
15. Obróbka cieplno-chemiczna: nawęglanie
16. Klasyfikacja stali według PN-EN
17. Stale konstrukcyjne niestopowe i stopowe
18. Stale narzędziowe i szybkotnące
19. Stale odporne na korozję: nierdzewne, żaroodporne, żarowytrzymałe
20. Aluminium i jego stopy: siluminy, durale
Aluminium Właściwości: niski ciężar właściwy
(2,7g/cm3),podatność do obróbki plastycznej na gorąco i zimno, duża przewodność elektryczna i cieplna, odporność na korozję (pasywna warstwa Al2O3)
• Zastosowanie: przewody wysokiego napięcia,uzwojenia prądnic, przemysł chemiczny, art.gospodarstwa domowego, metalizacja
Stopy aluminium - właściwości
Niski ciężar właściwy
• Duża przewodność cieplna
• Wysoka przewodnośćelektryczna
• Dobre właściwościmechaniczne
• Dobra odporność chemiczna
• Paramagnetyzm
• Niepalność i brak iskrzenia
• Umacnianie przez przesycanie i starzenie (wydzielanie fazmiędzymetalicznych i strefy GP)
Odlewnicze stopy aluminium
• Skład: krzem, miedź, magnez, rzadziej Mn, Ni, Ti
Obróbka cieplna: przesycanie, przesycanie ze starzeniem
naturalnym lub sztucznym, starzenie sztuczne bez
przesycania
• siluminy (Al-Si) - eutektyczne (13% Si), podeutektyczne
(do 10% Si), nadeutektyczne (17-30% Si)
• Modyfikowane w procesie odlewania
Odlewnicze stopy aluminium - siluminy
Zastosowania: na odlewy tłoków silników spalinowych,
głowic cylindrów silników spalinowych, części maszyn,
armatury okrętowej
• Stopy Al-Cu - podeutektyczne (a+eutektyka a+θ) -
dwuskładnikowe: galanteria stołowa i inne odlewy, od
których wymaga się dobrej plastyczności;
wieloskładnikowe: części samochodowe i maszynowe
średnio i wysoko obciążone.
• Stopy Al-Mg - odporne na korozję w wodzie morskiej,
szczególnie odporne na obciążenia dynamiczne, ładny
połysk; stosowane na części aparatury chemicznej, w
budowie okrętów i samolotów.
• Stopy Al-Si-Mg - odporne na korozję
• Stopy Al-Cu-Ni - o stałej wytrzymałości do 2000C
21. Miedź i jej stopy: mosiądze, brązy
Miedź
• Właściwości: bardzo duża
przewodność elektryczna,
duża przewodność cieplna,
wysoka odporność na korozję,
niska twardość i wytrzymałość,
dobra plastyczność
• Zastosowanie: elektrotechnika, przemysł chemiczny; pręty, druty, taśmy, blachy, rury itp.
Mosiądze Stopy miedzi z cynkiem i innymi pierwiastkami
Odlewnicze - wieloskładnikowe z Pb (do 4%), Mn
(do 4%), Al (do 3%), Si (do 4,5%), Fe (do 1,5%)
• Odporne na korozję i ścieranie
• Zastosowanie - części maszyn, armatura w przemyśle motoryzacyjnym, okrętowym,
lotniczym,
Do przeróbki plastycznej:
• Cu-Zn (do 40%)
• Cu-Zn+ Pb (do 3%), Mn (do 2%), Al (do 2,5%), Sn (do 1,3%), Si (do 4%), Ni (do
6,5%), Fe (do 1,5%)
Struktura: jednofazowe a,
dwufazowe a+β, trójfazowe
a+β+f.mm.)
Zastosowanie: kształtowniki, pręty, odkuwki, blachy, rury, taśmy; przemysł motoryzacyjny, okrętowy, lotniczy, lutnictwo, instalacje wodne
Brązy cynowe
• Historycznie najstarsze (z cyną i ołowiem) - na broń, przedmioty kultu, przedmioty codziennego użytku
• Obecnie - z fosforem i cynkiem (brązy fosforowe) - do obróbki plastycznej na zimno
• Spiż - z cyną, cynkiem i ołowiemu
BrązZastosowania brązów - części maszyn, łożyska, sprzęt wodny i parowy, siatki, sprężyny, części maszyn, przemysł chemiczny, okrętowy, elektryczny, specjalny, iż - z cyną, cynkiem i ołowiem Zn39Pb1
22. Materiały na łożyska toczne i ślizgowe: stale łożyskowe, stopy łożyskowe (babity)
23. Materiały ceramiczne
Metody wytwarzania
-Synteza proszkowa - prasowanie i
wypalanie
-Wylewanie w formach materiału w postaci
zawiesiny
Właściwości mechaniczne
- Właściwości mechaniczne ceramik są całkowicie różne od metali
- Wytrzymałość ceramik bardzo silnie zależy od wewnętrznych defektów makro- i mikroskopowych
- W ceramikach występuje zjawisko zmęczenia materiału
- Odporność na pękanie ceramik może być zoptymalizowana poprzez wpływ na mikrostrukturę
Ceramika - struktura
- Wiele ceramik wykazuje polimorfizm: w zależności od temperatury (i ciśnienia) mogą
występować w więcej niż jednej strukturze krystalicznej. W niektórych przypadkach ma to
bardzo duży wpływ na właściwości (szczególnie mechaniczne).
- Mała wytrzymałość na zginanie;
- Praktycznie nie ma odkształcenia plastycznego:w ceramice kowalencyjnej nie ma płaszczyzn gęsto upakowanych, silne wiązania więc brak ruchu dyslokacji; w ceramice jonowej silne wiązania, odpychanie elektrostatyczne hamuje ruch dyslokacji, jest bardzo niewiele systemów poślizgu; w ceramice amorficznej odkształcenie może przebiegać jak lepki przepływ, jednak lepkość szkła jest bardzo duża w temperaturze pokojowej.
- Kruchość
Pękanie ceramiki
- Porowatość zmniejsza moduł Younga zmniejszając tym samym odporność na pękanie.
- Wygrzewanie w wysokiej temperaturze (z powstaniem faz ciekłych) powoduje zmniejszenie
porowatości.
Sposoby podwyższenia odporności na pękanie:
- zmiana kierunku pęknięcia;
- wykorzystanie przemiany fazowej;
- mikropęknięcia;
- mostkowanie pęknięć.
Zastosowania
- Łożyska hybrydowe
- Narzędzia tnące
- Elementy silników
- Elementy absorbujące energię
- Części narażone na korozję
-Elektronika - dielektryki, kondensatory ceramiczne
24. Kompozyty
Kompozyt jest to materiał utworzony z co najmniej dwóch komponentów (faz) o różnych
właściwościach w taki sposób, że ma właściwości lepsze od możliwych do uzyskania
w każdym z komponentów osobno oraz lepsze niż wynik prostego ich sumowania
Rodzaje kompozytów
Kompozyty strukturalne - w których występują ciągłe struktury komponentów konstrukcyjnych - warstwy (np. sklejka), pręty (np. żelbet) lub regularne struktury trójwymiarowe np. przypominające plaster miodu,
laminaty - które składają się z włókien zatopionych w lepiszczach - w zależności od sposobu uporządkowania włókien rozróżnia się taśmy kompozytowe - włókna ułożone w jednym kierunku - maty kompozytowe - w dwóch prostopadłych kierunkach - lub nieuporządkowane np. pykret,
mikrokompozyty i nanokompozyty - w których regularna struktura dwóch lub więcej składników jest zorganizowana już na poziomie nadcząsteczkowym - tego rodzaju kompozyty występują w organizmach naturalnych - np. drewno - jest rodzajem mikrokompozytu, w skład którego wchodzą zorganizowane w skręcone pęczki włókna celulozowe, "sklejone" ligniną - współcześnie próby sztucznego otrzymywania tego rodzaju kompozytów są prowadzone w ramach badań nanotechnologicznych,
stopy strukturalne - które są rodzajem stopów metali, metali z niemetalami, polimerów między sobą oraz polimerów z metalami i niemetalami o bardzo regularnej mikrostrukturze - przykładem tego rodzaju kompozytu jest stal damasceńska i duraluminium.