pytania i odpowiedzi na egzamin, SGGW Technika Rolnicza i Leśna, NOM

1.Opisz komorki elemntarne RP, RPC, RSC.

Jeżeli węzły sieci krystalicznej znajdują się tylko w wierzchołkach komórki elementarnej, to sieć jest prosta (1 atom). RPC - węzeł znajduje się w miejscu przecięcia się przestrzennych przekątnych komórki elementarnej - sieć nazywa się centrowaną przestrzennie,(2at)RSC- w środkach wszystkich ścian, to sieć nosi nazwę ściennie centrowanej(4atom).

2.Rola defektów sieci krystalicznej

Wakanse-a)transport masy b)odkształcenie plastyczne w wysokich temp c)anihilacja i tworzenie dyslokacji i błędy ułożenia Atomy miedzywezlowe i roznowezlowe a)umocnienie roztorowe b)kotwiczenie dyslokacji. Dyslokacje a)odkształcenie plastyczne b)umocnienie w wyniku wzajemnego blokowania się dyslokacji. Wady zlozone a)umocnienie materialu- bariera dla ruchu dyslokacji

3.Różnica miedzy struktura amorficzna i krystaliczna.

W materiałach krystalograficznych stan skupienia materii powoduje, że cząsteczki, atomy lub jony nie mają pełnej swobody przemieszczania się w objętości ciała, gdyż zajmują ściśle określone miejsca w sieci przestrzennej i mogą jedynie drgać w obrębie zajmowanych przez siebie miejsc. Kryształ, w odróżnieniu od ogólnie rozumianego ciała stałego posiada symetrię translacyjną, która odróżnia go od ciał amorficznych. W materiałach amorficznych nie występuje dalekosiężne uporządkowanie cząsteczek. Ciało będące w stanie amorficznym jest ciałem stałym, ale tworzące je cząsteczki są ułożone w sposób dość chaotyczny, bardziej zbliżony do spotykanego w cieczach.

4. Grupy materiałow inżynierskich. Jakie kryteria determinuja przynależność materialu do danej grupy.

a) Metale i ich stopy b)Polimery c)Materialy ceramiczne d)kompozyty Podstawą podanej klasyfikacji jest istota wiązań między atomami tworzącymi dany materiał

utrzymujących je w skoordynowanych przestrzennie układach i determinujących podstawowe własności materialu. Wyróżnia się następujące wiązania między atomami:

- jonowe,- atomowe, zwane też kowalencyjnymi,- metaliczne.

5.Rożnica pomiedzy ceramikami a polimerami.

Polimery, nazywane także tworzywami sztucznymi lub plastikami, są materiałami organicznymi,

złożonymi ze związków węgla. Polimery są tworzone przez węgiel, wodór i inne

pierwiastki niemetaliczne z prawego górnego rogu układu okresowego .Polimery są makrocząsteczkami i powstają w wyniku połączenia wiązaniami kowalencyjnymi w łańcuchy wielu grup atomów zwanych monomerami jednego lub kilku rodzajów. Niska gęstość, duzy zakres odkształcenia plastycznego, niskie przew. Cieplne i elektr wysoka odporn. chemiczna, przezroczystosc. Ceramikę stanowią materiały nieorganiczne o jonowych i kowalencyjnych wiązaniach międzyatomowych, wytwarzane zwykle w wysokotemperaturowych procesach związanych z przebiegiem nieodwracalnych reakcji, chociaż do tej grupy materiałów zaliczane są również szkła oraz beton i cement, pomimo że przy ich wytwarzaniu zachodzą nie wszystkie z tych procesów. Twardosc i odporność na scieranie, kruchość, duza wytrzymałość na sciskanie mala na rozciaganie, wysoka temp. top. mala przewodność elektr i cieplna odpor korozyjna

6.Wyjasnij dzialanie reguly dźwigni?

aby określić skład chemiczny współistniejących faz w danej temperaturze ty, należy dla tej temperatury przeprowadzić linię równoległą do osi składów. Rzuty punktów przecięcia tej linii z krzywymi ograniczającymi obszar dwufazowy na oś składów, określają skład faz. Można okreslic ilość i sklad chemiczny.

7.Wyjasnij roznice pomiedzy składnikiem fazowym a strukturalnym?

Składnikami strukturalnymi nazywa się pojedyncze fazy lub charakterystyczne ugrupowania kilku faz, tworzące dany stop. Składniki te tworzą strukturę metalograficzną stopu, przy czym struktura taka składa się z jednego lub więcej składników strukturalnych. Fazą nazywamy część układu jednorodną pod względem chemicznym i krystalograficznym, oddzieloną od reszty układu powierzchnią rozdziału, czyli granicą międzyfazową.

8.i 9. Wymien i omow fazy występujące w typowych układach równowagi stopow metali?

Fazy międzymetaliczne charakteryzującą się odmienną siecią krystaliczną niż sieci krystaliczne jej składników. Z reguły sieć krystaliczna fazy międzymetalicznej jest bardzo skomplikowana, co powoduje jej dużą twardość i kruchość. Ogólnie fazę międzymetaliczną określa się symbolem AnBm, co oznacza, że składa się ona z n atomów składnika A i m atomów składnika B

Fazy elektronowe. Do tej grupy zalicza się fazy międzymetaliczne tworzące się przy

określonych wartościach stężenia elektronowego, tzn. stosunku liczby elektronów walencyjnych do liczby atomów w jednej komórce strukturalnej. Często nazywa się je również fazami Hume-

Rothery'ego od nazwiska ich odkrywcy. Fazy elektronowe występują w stopach, w których

jednym ze składników jest pierwiastek z szeregu Cu, Ag, Au, Mn, Fe, Co, Ni, Rh, Pd, Pt, drugim

- pierwiastek z szeregu Be, Mg, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Sb.

Fazy Lavesa. Tej grupie faz międzymetalicznych przypisuje się wzór stechiometryczny AB2,

ale głównym czynnikiem wpływającym na ich powstanie jest stosunek promieni atomów

składników.. f azy Lavesa cechuje duża twardość i własności typowe dla stanu

metalicznego. Fazy międzywęzłowe i fazy o strukturach złożonych. Podobnie jak fazy Lavesa, fazy

międzywęzłowe są fazami czynnika wielkości. Fazy międzywęzłowe mogą powstawać, jeśli stosunek promieni atomowych pierwiastka

niemetalicznego do metalu nie przekracza 0,59. Można przypisać im wzory stechiometryczne

Me4X, Me2X, MeX i MeX2, gdzie Me jest symbolem metalu, a X - niemetalu. Fazami

międzywęzłowymi są zatem wodorki, azotki oraz niektóre węgliki i borki metali przejściowych

Fazy Sigma. Są to fazy międzymetaliczne krystalizujące w sieci tetragonalnej, której komórka

zawiera 30 atomów. Tworzą się między niektórymi metalami przejściowymi, takimi jak Cr-Fe,

V-Fe, Mo-Fe, Cr-Co, V-Co, Mo-Co, Cr-Mn, V-Ni i in. Fazy Sigma są twarde i kruche.

Największe znaczenie techniczne ma faza Sigma występująca w stopach żelaza z chromem

10.Co to są dendryty?

agregat drobnych kryształów - krystalitów o strukturze fraktalnej. Kształtem przypomina rozgałęzione drzewo, krzew lub liść paproci. Przykładem mogą być płatki śniegu o różnych kształtach lub lodowe kwiaty na szybach.. Dendryty zazwyczaj tworzą tlenki lub wodorotlenki manganu i żelaza i wtedy mają ciemne barwy, zdarzają się jednak dendryty zbudowane z innych substancji, np. złota.

11. Wymien i opisz fazy występujące w układzie równowagi fazowej Fe-Fe3?

istnieją następujące fazy ferryt, austenit, cementyt i ciekły roztwór węgla w żelazie. Ferryt jest międzywęzłowym roztworem stałym węgla w żelazie α. Austenit- roztor stały na osnowie żelaza(gamma) Cementyt- faza miedzymetaliczna na osnowie żelaza o stalym skladzie stechiometrycznym Fe3C 6,67 wag wegla i skomplikowanej komorce elementarnej .

12.Wymien i opisz struktury występujące w układzie rownowagi fazowej Fe-Fe3C?

ferryt, austenit i cementyt, oraz składniki dwufazowe: perlit i ledeburyt

perlit-mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu o strukturze płytkowej. Ledeburyt- mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu. Ledeburyt przemieniony- cementyt na tle przemienionego w perlit austenitu.

13.Opisz równowage przemiany zachodzącej w układzie Fe-Fe3C .

Przemiana perytektyczna - zachodzi w temp. 1495ºC, jest przemianą, podczas której, w czasie chłodzenia, dwie fazy (jedna z nich ciekła) przemieniają się w jedną fazę stałą. L + α → β

Przemiana eutektyczna
Przemianę Ciecz → α + β nazywamy przemianą eutektyczną. Zachodzi w temp. 1148ºC.Przemiana eutektyczna jest przemianą, w której udział biorą trzy fazy. Podczas przemiany, w czasie chłodzenia, ciecz przemienia się w dwie fazy stałe jednocześnie

Przemiana eutektoidalna
Zachodzi w temp. 727ºC, jest przemianą, w której biorą udział trzy fazy. Podczas chłodzenia faza stała przemienia się w dwie inne fazy stałe jednocześnie. γ → α + β

14.Opisz występowanie fazy austenitycznej.

W czystych stopach żelaza austenit występuje w temp. > 727°C zawiera maksymalnie 2,1% węgla (w temp. 1148°C). W niższej temp. rozpada się na ferryt i cementyt, tworząc perlit. Dodatki stopowe mogą rozszerzyć zakres występowania austenitu poniżej 20°C. Zakres występowania stabilnego austenitu określa obszar opisany punktami G, S, E, J i N wykresu żelazo-węgiel.

15.Opisz występowanie fazy martenzytycznej.

Martenzyt powstaje w wyniku bezdyfuzyjnych przemian fazowych, które zachodzą w metalach mających odmiany alotropowe oraz w ich stopach, jeżeliroztworyHYPERLINK "http://pl.wikipedia.org/wiki/Roztwór_stały" stałe również ulegają przemianom polimorficznym.

Przemianom martenzytycznym ulega wiele różnych metali i ich stopów z niemetalami, np. Ti, Zr, Co, Na, Tl, Hg, Li, Fe-C, Fe-N, Cu-Sn, Cu-Zn, Cu-Al. Przemiany zachodzą wówczas, gdy odmiana alotropowa trwała w wyższej temperaturze zostaje bardzo szybko ochłodzona do temperatury, w której jest trwała druga z odmian.

16.Opisz przebieg przemiany martenzytycznej w stalach węglowych.

Przemiana martenzytyczna może przebiegać:

-atermicznie- przez tworzenie się krzyształów martenzytu z austenitu bez aktywacji cieplnej

-wybuchowo- w kilku wybuchach zachodzących poniżej 0 stopni celcjusza.

-izotermicznie- gdy temperatura Ms jest wysoka, a przemiana jest funkcja czasu i zalezy od małej szybkości zarodkowania aktywowanego cieplnie.

Martenzytyczna przemiana stali niestopowej (węglowej) zachodzi w czasie hartowania. Fazą ulegającą przechłodzeniu jest roztwór stały węgla w sieci krystalicznej żelaza γ-Fe (przesycony austenit, sieć regularna ściennie centrowana). Zgodnie z wykresem równowagi faz w układzie żelazo-cementyt w temperaturze niższej od 727 °C ziarna tej fazy powinny rozpaść się na mieszaninę kryształów żelaza α-Fe (ferryt, sieć regularna przestrzennie centrowana) iwęglikHYPERLINK "http://pl.wikipedia.org/wiki/Węglik_żelaza" żelaza Fe3C. Bezdyfuzyjna przemiana niestabilnego γ-Fe w fazę bardziej stabilną polega na takim przemieszczeniu się fragmentów ziarna, że lokalnie powstaje sieć tetragonalna nowej fazy - martenzytu, traktowanego jako przesycony roztwór węgla w sieci żelaza α-Fe.

Rolę zarodków martenzytu odgrywają defekty sieci krystalicznej austenitu. Wzrost następuje bardzo szybko, w kierunkach zależnych od orientacji kryształów osnowy. Szybkość rozrostu nie zależy od temperatury (wynosi ok. 1/3 szybkości dźwięku w krysztale). Przemiana jest zatrzymywana przez naprężenia skumulowane w otoczeniu rosnących płytek. Pozostaje nieprzemieniony austenit szczątkowy o mniejszej skłonności do przemiany (tzw. zjawisko relaksacji naprężeń).

Na zgładach obserwowanych pod mikroskopem ziarna mają kształt igieł, przecinających się pod kątem 60° i 120°. W rzeczywistości martenzyt ma strukturę listwową. Listwy występują najczęściej w postaci pakietów składających się z wielu listew. Martenzyt płytkowy, występuje tylko w niektórych stopach żelaza. Płytki mają kształt soczewek oddzielonych austenitem szczątkowym.

17.Co to jest szybkość krytyczna chłodzenia stali?

krytyczna szybkości chłodzenia - Jest to

najmniejsza szybkość chłodzenia, przy której austenit ulega przemianie w martenzyt,

wyznaczana w postaci stycznej do linii początkującej przemianę

austenitu w punkcie najmniejszej trwałości.

18.Różnica między hartownością a utwardzalnością.

Hartowność - podatność stali na hartowanie wyrażana zależnością przyrostu twardości w wyniku hartowania od warunków austenityzowania i szybkości chłodzenia.

Utwardzalność - podatność stali na hartowanie, której miarą jest zależność największej możliwej do uzyskania po hartowaniu twardości od warunków austenityzowania oraz stężenia węgla.

W przypadku hartowności wyrażany zostaje przyrost twardości w wyniku hartowania przy danych warunkach, a w przypadku utwardzalności największa możliwa do uzsykania trwardość przy danych warunkach.

19.Opisz dobór parametrów procesów obróbki cieplnej na przykładzie hartowania.

Dla uzyskania poprawnych wyników hartowania konieczne jest dotrzymanie

odpowiednich warunków, czyli parametrów hartowania, do których należą:

• temperatura austenityzowania,

• czas grzania,

• szybkość chłodzenia.

Temperatura austenityzowania zależy od składu chemicznego stali. Stale

podeutektoidalne wygrzewa się w temperaturze 30-50°C powyżej Ac3, a stale

eutektoidalne i nadeutektokłalne w 30-50°C powyżej Ac1.

Celem wygrzewania jest wytworzenie drobnoziarnistej struktury austenitycznej,

a w stalach nadeutektoidalnych austenitu z cementytem wtórym, aby po

oziębieniu uzyskać drobnoiglasty martenzyt, a w stalach nadeutektoklalnych

pozostał cementyt, który jest twardszy od martenzytu i zwiększa odporność

na ścieranie stali. Błędy przy doborze lub dotrzymaniu temperatury austenityzacji

są przyczyną niepowodzenia całej obróbki cieplnej, jak w przypadku

hartowania ze zbyt wysokiej temperatury. Temperatury austenityzacji

stali węglowych można określić na podstawie wykresu równowagi

Fe-Fe3C, a zalecane temperatury zawierają PN, karty materiałowe, poradniki

obróbki cieplnej.

Czas grzania zależy od:

• składu chemicznego stali,

• wymiarów hartowanego przedmiotu,

• warunków nagrzewania, rodzaju pieca, ośrodka grzewczego i.in.

Przy nagrzewaniu pojedynczych przedmiotów ze stali węglowej w piecu

elektrycznym do temperatury około 900°C można przyjąć czas nagrzewania

wynoszący około 1 minuty na 1 mm największego przekroju poprzecznego

przedmiotu. Dla stali stopowych konieczny jest czas co najmniej dwukrotnie

dłuższy. Za czas wygrzewania zwykle przyjmuje się 0,2 do 0,5 czasu nagrzewania.

Szybkość chłodzenia zapewniają ośrodki chłodzące: woda i roztwory

wodne soli i zasad, oleje hartownicze, kąpiele solne, roztopiony ołów, sprężone

powietrze. Własności fizykochemiczne charakteryzujące ośrodki ciekłe to:

pojemność cieplna, współczynnik oddawania ciepła, przewodność cieplna

i temperatura wrzenia. Najintensywniejszymi ośrodkami hartowniczymi są:

woda i wodne roztwory chlorku i węglanu sodu, a ośrodkami łagodniej

hartującymi - oleje, sprężone powietrze.

Przy doborze kąpieli hartowniczych należy kierować się zasadą, aby

intensywność odprowadzania ciepła przez ośrodek była dostatecznie duża,

jednakże tylko niewiele większa od szybkości krytycznej hartowania vk dla

danej stali. Wynika to z konieczności przeciwdziałania powstawaniu nadmiernych

naprężeń hartowniczych, które mogą spowodować pęknięcia dyskwalifikujące

hartowane wyroby.

20.Opisz różnice między hartowaniem a wyżarzaniem normalizującym.

Hartowanie - polega na nagrzaniu stali do temperatury austenityzowania, wygrzaniu w tej temperaturze i oziębianiu w celu uzyskania struktury nierównowagowej - martenzytycznej lub bainitycznej - odznaczającej się większą niż w stanie wyjściowym twardością i wytrzymałością oraz mniejszą plastycznością.

Wyżarzanie - jest zabiegiem cieplnym polegającym na nagrzaniu elementu stalowego do odpowiedniej temperatury, przetrzymaniu w tej temperaturze przez jakiś czas, a następnie powolnym schłodzeniu. Ma ono głównie na celu doprowadzenie stali do równowagi termodynamicznej w stosunku do stanu wyjściowego, który jest znacznie odchylony od stanu równowagowego. Wyżarzanie przeprowadza się w różnych celach. Wyżarzanie normalizujące dzięki wykorzystaniu efektu rozdrobnienia ziarna wyraźnie zwiększa granicę plastyczności i udarności przy nieznacznym wzroście twardości.

Czyli różnica polega na tym, że przy hartowaniu stal staje się twardsza a przy wyżarzaniu normalizującym bardziej plastyczna.

20.Opisz różnice pomiędzy Hartowaniem a wyżarzaniem normalizującym

Hartowanie stosuje się głównie do stali węglowych i stopowych. Proces hartowania polega na nagrzaniu stali do temperatury ok. 750-950°C, wytrzymaniu w tej temperaturze przez czas niezbędny do uzyskania jednakowej temperatury w całej masie materiału i następnie szybkim ochłodzeniu, zwykle w wodzie lub oleju, w celu otrzymania struktury o odpowiedniej twardości.Wyżarzanie normalizujące. Celem tego wyżarzania jest uzyskanie jednolitej i drobnoziarnistej budowy (struktury) stali. Temperatura wyżarzania normalizującego zależy od gatunku stali i zawiera się w granicach 880-950^cC. Czas wyżarzania przyjmuje się 15-30 minut, aby zapobiec rozrostowi ziaren. Po wyżarzeniu normalizującym chłodzenie przedmiotu może odbywać się na wolnym powietrzu w temperaturze otoczenia (około 15°C).

21.Opisz różnice pomiędzy wyżarzaniem normalizującym a wyżarzaniem ujednorodniającym

Wyżarzanie normalizujące. Celem tego wyżarzania jest uzyskanie jednolitej i drobnoziarnistej budowy (struktury) stali. Temperatura wyżarzania normalizującego zależy od gatunku stali i zawiera się w granicach 880-950^cC. Czas wyżarzania przyjmuje się 15-30 minut, a ujednorodniające polega na nagrzaniu stali do temp. 1050-1250 stopni C i wygrzewanie w tej temp przez 12-15h i powolnym chłodzeniu.

22.Opisz ulepszenie cieplne stali węglowych- technologia- struktura- właściwości

Ulepszanie cieplne jest to obróbka cieplna polegająca na zahartowaniu i średnim lub wysokim odpuszczaniu stali. Prowadzi ono do uzyskania najlepszej kombinacji własności wytrzymałościowych i plastycznych. Składa się ona z dwóch po sobie następujących operacji hartowania i odpuszczania. Pod pojęciem ulepszania cieplnego rozumie się hartowanie i wysokie odpuszczanie tj. w zakresie 550°C-670°C.

23.Opisz różnice pomiędzy przesycaniem a hartowaniem-technologia -struktura -właściwości

Przesycanie - obróbka cieplna, której poddawana jest m.in. stal w celu stabilizacji austenitu. Uzyskanie stabilnego austenitu zwiększa odporność stali na korozję. Polega na nagrzaniu stali do temperatury, w której nastąpi przemiana austenityczna, a następnie, tak jak w hartowaniu, szybkie schładzanie. Różnica między hartowaniem a przesycaniem polega na tym, że przy przesycaniu unika się wystąpienia przemiany HYPERLINK "http://pl.wikipedia.org/wiki/Przemiana_martenzytyczna"martenzytycznej. W związku z tym, przesycanie daje się zastosować tylko dla stali, w których początek przemiany martenzytycznej jest niższy od temperatury otoczenia, czyli dla stali wysokowęglowych lub zawierających dodatki stopowe obniżające tę temperaturę i stabilizującychaustenit, takich jak chrom.

24.Opisz różnice pomiędzy starzeniem a odpuszczaniem-technologia -struktura -właściwości

Odpuszczanie polega na nagrzaniu stali do temperatury wyższej niż 600°C, wygrzaniu stali w tej temperaturze, a następnie albo wolnym, albo szybkim jej ostudzeniu.
W procesie odpuszczania zmieniają się własności stali. Zmiany te to zmniejszenie twardości stali i wytrzymałości stali na rozciąganie, natomiast zwiększa się wydłużalność i udarność stali.Starzenie stopu - operacją cieplną, któremu poddawany jest stop żelaza wcześniej przesycony. Proces ten powoduje poprawę właściwości wytrzymałościowych i twardości oraz pogorszenieplastyczności. Polega na nagrzaniu stopu uprzednio przesyconego do temperatury poniżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu. Podczas procesu z roztworu przesyconego wydziela się składnik znajdujący się w nadmiarze w postaci drobnodyspersyjnych faz. Jeżeli proces starzenia zachodzi w temperaturze pokojowej to nosi nazwę starzenia samorzutnego lub naturalnego.

25. Od czego zależy struktura stali podaj przykłady

Struktura stali zależy od tego jaką strukturę otrzymuje się po ochłodzeniu w spokojnym powietrzu próbek o niedużym przekroju. Struktura ta może się zasadniczo różnić od struktury uzyskanej po wyrzaniu. W tym przypadku można rozróżnić trzy podstawowe klasy stali: Perlityczną, martenzytyczną, austenityczną

26. Jaki wpływ wywiera węgiel na własności stali

Wraz ze wzrostem zawartości węgla w stopie poprawiają się właściwości mechaniczne a pogarszają się właściwości plastyczne. W stalach podeutektoidalnych wraz ze wzrostem zawartości węgla udział ferrytu maleje a perlitu wzrasta. W stalach nadeutektoidalnych wraz ze wzrostem zawartości węgla udział perlitu maleje a cementytu wzrasta.

27. Jaki wpływ mają dodatki stopowe na strukturę stali

zwiększenie własności wytrzymałościowych, polepszenie własności chemicznych i fizycznych, zwiększenie hartowności, polepszenie efektywności i ułatwienie obróbki cieplnej.

28. Opisz przebieg procesu nawęglania

Nawęglanie polega na nasycaniu warstwy powierzchniowej stali węglem podczas wygrzewania przedmiotu przez określony czas w ośrodku (medium) zawierającym wolne atomy węgla.

29. Opisz przebieg procesu azotowania

Azotowaniem nazywa się dyfuzyjne nasycenie azotem przy powierzchniowych stref przedmiotu. Zależnie od celu azotowania i sposobu jego przeprowadzania rozróżnia się

azotowanie utwardzające- przeprowadza się w temp. 480-600 stopni C (najczęściej 500-520) w czasie od 10-100 godzin .uzyskuje się powłokę o grubości 0,1-0,6 mm
przeciw korozyjne- przeprowadza się w temp 600-700 stopni C w czasie 0,5-1 godziny otrzymujemy powłokę o grubości 0,02-0,04 mm

30. Opisz główne metody CVD

Techniki wytwarzania powłok metodami CVD polegają na osadzaniu materiału powłokowego z fazy gazowej w konsekwencji zachodzących w nich reakcji chemicznych. Stanowią one zatem kontynuacje technologii obróbki cieplno - chemicznej w atmosferach gazowych, a ogniwem pośrednim pomiędzy nimi są procesy metalizacji dyfuzyjnej. Metodami CVD wytwarza się najczęściej twarde i odporne na ścieranie a także na korozję powłoki węglików, azotków, węglikoazotków i oraz tlenków metali na podłożach stalowych, ceramicznych oraz metalach wysokotopliwych.

31. opisz główne metody PVD

32. od czego zależy struktura żeliwa? Podaj przyklady

Struktura żeliw zależy zarówno od składu chemicznego jak i szybkości krystalizacji metalu, co związane jest z grubością ścianki odlewu

Pierwiastki występujące w żeliwie można zestawić według ich wpływu na zdolność żeliwa do

grafityzacji podczas krzepnięcia:

- ułatwiające grafityzacje - Al., C, Si, Ni, Cu, P

- utrudniające grafityzację - W, Mn, Mo, S, Cr, V,

Ważnym składnikiem żeliw jest fosfor, który zwiększa rzadkopłynność, nie oddziałując w istotny sposób na proces grafityzacji. Fosfor tworzy odrębny składnik strukturalny, potrójną eutektykę

fosforową zwaną steadytem, która powiększa twardość i odporność żeliwa na ścieranie, ale przy

większej ilości powoduje również kruchość w niskiej temperaturze

33. Żeliwa szare:

Największe zastosowanie przemysłowe mają jak dotąd żeliwa

szare. Grafit występuje tu w postaci nieregularnych płatków różnej

wielkości, tworząc nieciągłości w osnowie metalicznej. Wytrzyma-

łość grafitu w porównaniu z osnową można przyjąć za równą zeru,

stąd też żeliwa szare odznaczają się niską wytrzymałością na rozciąganie i zginanie, przy dość dobrej wytrzymałości na ściskanie.

Wytrzymałość zmęczeniowa żeliw szarych jest również niewielka

ze względu na obecność wspomnianych karbów strukturalnych. Z

tego też powodu żeliwa szare są również mało wrażliwe na działanie wad powierzchniowych. Główną zaletą żeliwa szarego są dobre własności odlewnicze: wysoka rzadkopłynność, mały

skurcz odlewniczy (0,6 do 1,25%), dobre wypełnianie wnęki form itd. Inne zalety żeliwa szarego

związane z obecnością grafitu w strukturze to dobre własności przeciwcierne, zdolność tłumienia

drgań, dobra obrabialność. Dodatkową zaletą tych żeliw jest niska cena.

Żeliwa szare są powszechnie stosowanym materiałem konstrukcyjnym w przemyśle maszynowym, kolejowym, samochodowym (np. korpusy maszyn, płyty fundamentowe, pierścienie tłokowe,

bębny hamulcowe, tuleje cylindrowe, armatura itd.).

Własności wytrzymałościowe żeliw szarych zależą przede wszystkim od postaci i wielkości

wydzieleń grafitu. Zmieniając postać z płatkowej np. na kulistą i rozdrabniając wydzielenia można

uzyskać znaczny przyrost Rm, R0.2 a A5 może osiągnąć poziom 20%.

Odmianą żeliw szarych są żeliwa modyfikowane, zawierające bardzo drobny grafit płatkowy,

dzięki czemu ich wytrzymałość jest znacznie wyższa niż żeliw zwykłych. Rozdrobnienie grafitu

uzyskuje się przez dodanie do żeliwa przed odlaniem tzw. modyfikatora, najczęściej w postaci

sproszkowanego żelazokrzemu.

34. Żeliwami sferoidalnymi nazywa się żeliwa, w których grafit powstaje podczas krzepnięcia w

postaci kulkowej. Uzyskuje się je w wyniku procesu modyfikacji, polegającym na wprowadzeniu

do metalu (bezpośrednio przed odlaniem) dodatku sferoidyzującego w postaci magnezu, ceru, lantanu, wapnia itp.

Struktura osnowy żeliw sferoidalnych, podobnie jak żeliw szarych zwykłych może być ferrytyczna, ferrytyczno-perlityczna lub perlityczna. Dzięki kulistej postaci grafitu, żeliwa sferoidalne mają znacznie lepsze własności mechaniczne i

z powodzeniem zastępują nie tylko staliwo lecz również niektóre odkuwki stalowe. Wytwarza się z

nich takie części silników samochodowych jak wały korbowe, rozrządu, cylindry i pierścienie tłokowe. W budowie obrabiarek żeliwo sferoidalne wykorzystuje się na koła zębate, wrzeciona, korpusy itd.

Sferoidyzacja powoduje zmniejszenie zdolności żeliwa szarego do tłumienia drgań. Aby zachować dobre własności wytrzymałościowe i jednocześnie nie stracić zdolności do tłumienia drgań

opracowano żeliwa wermikularne w których grafit przyjmuje kształt pośredni, krętkowy, zwichrowany, gwiaździsty.

35. Żeliwami ciągliwymi nazywa się żeliwa białe, które ulegają określonemu uplastycznieniu dzięki

obróbce cieplnej (grafityzowanie) albo cieplno − chemicznej (odwęglanie) i zawierają grafit w postaci tzw. węgla żarzenia. Grafityzowanie polega na wyżarzaniu w

950 ÷ 1000

C przez kilkadziesiąt godzin w atmosferze obojętnej. W pierwszym okresie grafityzacji rozkłada się cementyt pierwotny (z

ledeburytu) i pewna część wtórnego aż do ustalenia równowagi węgla żarzenia i nasyconego

węglem austenitu. Dalszy rozkład cementytu

wtórnego jest możliwy tylko przy obniżaniu

temperatury, ponieważ zmniejsza się wtedy

rozpuszczalność węgla w austenicie. Powolne obniżanie temperatury do ok. Ar1 zapewnia okres

pośredniej grafityzacji, w którym węgiel żarzenia wydziela się z austenitu. Dalszy przebieg wyżarzania zależy od rodzaju wymaganej osnowy. Węgiel żarzenia w osnowie ferrytycznej (tzn. całkowitą grafityzację cementytu wtórnego) zapewnia bardzo powolne studzenie (3 ÷ 5oC/h) w zakresie 760 ÷ 670oC. Węgiel żarzenia w osnowie perlitycznej zapewnia powolne chłodzenie (50oC/h) bezpośrednio po zakończeniu pierwszego okresu grafityzacji, a w osnowie ferrytyczno - perlitycznej - pośrednia grafityzacja w temperaturze około 670oC przez odpowiedni czas,
Z powodu barwy przełomu żeliwo grafityzowane o osnowie ferrytycznej nazywane jest żeliwem ciągliwym czarnym, a o osnowie perlitycznej, żeliwem ciągliwym perlitycznym

36. Co to jest anizotropia i izotropia własności?

Anizotropia jest to prawidłowe rozmieszczenie atomów w kryształach prowadzące do różnej gęstości obsadzenia atomami poszczególnych płaszczyzn i kierunków krystalograficznych. W rezultacie niektóre własności kryształów zmieniają się wraz z kierunkiem badania. Anizotropia dotyczy własności fizycznych, tj. optycznych, magnetycznych, elektrycznych, cieplnych oraz własności chemicznych takich jak odpornowytrzymałość, twardość, wydłużenie i inne. Nie wszystkie własności kryształów są anizotropowe: np. gęstość, temperatura topnienia, ciepło właściwe nie zależą od kierunku badania, tzn. są izotropowe. Izotropia występuje w wypadku ciał bezpostaciowych, zbudowanych z atomów bądź cząsteczek chaotycznie rozmieszczonych w przestrzeni, gęstość rozmieszczenia atomów jest jednakowa we wszystkich kierunkach. Własności tych ciał nie zależą zatem od kierunku badania — są izotropowe, a ciała te nazwano izotropowymi

37. Opisz zjawisko umocnienia odkształceniowego

Umocnienie odkształceniowe(umocnienie zgniotem) jest realizowane poprzez odkształcenie plastyczne metali. Podczas odkształcania materiału, wzrasta gęstość dyslokacji. Dyslokacje zaczynają się wzajemnie przecinać i hamować ruch poślizgowy, a to prowadzi do ich spiętrzania i gromadzenia się. Rezultatem takiego zjawiska jest silne umocnienie.

38. Opisz zjawisko poślizgu po granicach ziarna

Poślizg po granicach ziarn polega na przesuwaniu się i obrotach ziarn wzdłuż ich granic szerokokątowych. Poślizg po granicach ziarn w polikryształach odkształcanych plastycznie na gorąco jest wyłącznie skutkiem ruchu wzdłuż granic ziarn dyslokacji, granic ziarn lub dyslokacji sieciowych. Dyslokacje sieciowe zablokowane przez granice ziarn wywołują ruch dyslokacji granic ziarn lub dyslokacji sieciowych, które uszły do granicy. Dyslokacje sieciowe spiętrzają się przed granicami ziarn, szczególnie w niższej temperaturze homologicznej.

39. Na czym polega rekrystalizacja statyczna? Podaj warunki konieczne zajścia rekrystalizacji statycznej.

Rekrystalizacja statyczna rozpoczyna się w odkształconym metalu w chwili utworzenia pierwszych granic szerokokątnych. Rekrystalizację określa się jako powstawanie i przemieszczanie się szerokokątnych granic ziaren, z czym związane są procesy tworzenia i rozrostu zarodków nowych ziaren
Warunki konieczne zajscia rekrystalizacji statycznej:
-Przebiega powyżej temperatury rekrystalizacji
-Polega na powstawaniu i migracji szerokokątowychgranic ziaren
-Niezbędny jest pewien gniot krytyczny
-Zachodzi przez zarodkowanie i wzrost ziaren

40. Na czym polega zdrowienie statyczne?

W czasie wygrzewania odkształconego plastycznie metalu można zaobserwować, że w pewnej temperaturze następuje usunięcie zniekształceń sieci krystalicznej. Objawia się to tym, że linie dyfrakcyjne na rentgenogramach rozmyte wskutek deformacji sieci, stają się znowu wyraźne i ostre. Zjawisko to nosi nazwę zdrowienia statycznego. Zanikowi zniekształceń sieci krystalicznej towarzyszy częściowe usunięcie skutków odkształcenia plastycznego. Następuje pewne podwyższenie przewodności elektrycznej oraz częściowy spadek umocnienia.

41. Opisz właściwości i zastosowania aluminium

Aluminium (glin) uzyskujemy go w procesie matalurgicznym ze skał osadowych zwanych boksytami. Jest pierwiastkiem metalicznym, krystalizującym w układzie regularnym płaskocentrycznym Al, o gęstości 2,7 g/cm3, temperaturze topnienia 660°C i temperaturze wrzenia 2450°C. Cechuje go dobra przewodność cieplna i elektryczna, duży współczynnik rozszerzalności cieplnej i dość dobra odporność na korozję atmosferyczną oraz na działanie wody, niektórych kwasów organicznych. dwutlenku siarki i wielu innych związków chemicznych. Obecnie aluminium jest powszechnie stosowane w budownictwie(blachy osłonowe, ramy okienne i drzwiowe), w przemyśle samochodowym, przy wyrobie naczyń i sprzętu gospodarstwa domowego.

42. Opisz główne grupy stopów aluminium

Stopy aluminium dzieli się na odlewnicze i do obróbki plastycznej.
Do odlewniczej zaliczamy:
     -Siluminy odlewnicze stopy aluminium z krzemem i innymi pierwiastkami
     -Stopy aluminium z miedzią
     -Stopy aluminium z magnezem
Do obróbki plastycznej zaliczamy:
     -Siluminy o małej zawartości krzemu(do ok.2% wag.)
     -Durale miedziowe są to stopy na osnowie aluminium z miedzią i magnezem oraz niewielkim dodatkiem manganu i żelaza
    -Durale cynkowe są to stopy na osnowie aluminium z cynkiem, miedzią i manganem
     -Hydronalium jest to stop aluminium zawierający 2-5% magnezu i 0,1-0,4% manganu do obróbki plastycznej.

43. Opisz właściwości i zastosowania miedzi.

Właściwości miedzi:

> gęstość - 8,9 g/cm3;

> temperatura topnienia - 1085°C i brak odmian alotropowych;

> bardzo wysoka plastyczność;

> bardzo duże umocnienie poprzez przeróbkę plastyczną - ponad dwukrotny wzrost wytrzymałości przy zgniocie równym ok.95%;

> bardzo wysoka przewodność elektryczna i cieplna, która radykalnie spada pod wpływem niewielkiej ilości zanieczyszczeń i domieszek;

> wysoka odporność na warunki atmosferyczne (w tym wilgoć) w wyniku powstania zasadowego węglanu miedziowego zwanego patyną;

> bardzo słaba odporność na działanie amoniaku;

> niekorzystny wpływ wodoru na właściwości mechaniczne - choroba wodorowa.

Zastosowania:

> W budownictwie, szczególnie do pokrywania dachów oraz wyrobu elementów wykończeniowych, jak rynny czy parapety

> Jako materiał do przesyłania energii elektrycznej.

>W elektronice

>W przemyśle chemiczny do wyrobu urządzeń, takich jak chłodnice, aparaty chemiczne

>Do produkcji elementów grzejnych oraz wymienników cieplnych.

>W jubilerstwie, jako dodatek do srebra i złota, który znacznie poprawia ich własności mechaniczne.

44. Opisz główne grupy stopów miedzi.

Stopy:

>do przeróbki plastycznej;

>odlewnicze.

>dwuskładnikowe;

>wieloskładnikowe.

>brązy:

> cynowe (brązy) Cu - Sn;

> aluminiowe Cu - Al;

> berylowe Cu - Be;

> manganowe Cu - Mn;

> ołowiowe Cu - Pb;

>mosiądze Cu - Zn;

> miedzio-nikle Cu - Ni.

45. Opisz procesy odcynkowania i sezonowego pękania mosiądzów.

Odcynkowanie mosiądzu - korozja selektywna

>zachodzi w mosiądzach dwufazowych oraz jednofazowych o zawartości cynku powyżej 20%wag.;

>występuje w elektrolitach zawierających chlor i jego jony;

>polega na rozpuszczaniu selektywnym cynku i powstaniu gąbczastej struktury czystej miedzi z zachowaniem pierwotnego kształtu przedmiotu;

> radykalnie zmniejsza właściwości mechaniczne stopu.

Sezonowe pękanie mosiądzu - korozja naprężeniowa

>jest to międzykrystaliczna korozja naprężeniowa;

>dotyczy mosiądzów odkształconych plastycznie na zimno;

>zachodzi w obecności amoniaku;

>wymaga czasu inkubacji i rozwoju pęknięć;

>zachodzi szybciej w podwyższonej temperaturze;

> zapobiega się jej poprzez wyżarzanie odprężające w temperaturze 200 ÷ 300°C.

46. Ceramika porowata - technologia wytwarzania i struktura.

>udział porów od 5 do 15%;

>duży udział fazy szklistej otaczającej składniki krystaliczne utworzone głównie z Al₂O₃, SiO₂ i H₂O występujące w różnych proporcjach (gliny, krzemionki, kwarc, skaleń lub kaolin);

>obejmuje materiały budowlane (cegły, dachówki itp.), ogniotrwałe (np. cegła szamotowa stosowana jako wymurówka pieców), ceramikę sanitarną, kamionkę, porcelanę, fajans, terakotę, glazurę itp.;

>do ceramiki porowatej zaliczany jest także cement i beton;

>powierzchnia ceramik porowatych w celu ochrony przed wodą i agresywnym środowiskiem pokrywana jest warstwą szkliwa.

47. Ceramika inżynierska - technologia wytwarzania i struktura.

>niski poziom porowatości;

>efekt spiekania proszków bez lub z małym udziałem fazy szklistej;

>ceramikę inżynierską tworzą związki chemiczne o wysokiej czystości np. tlenki, azotki, węgliki;

>do ceramiki inżynierskiej zaliczane są także:

> kamienie szlachetne - diament, szmaragd, szafir itp.

> grafit;

> materiały naturalne - kamień (wiele odmian) oraz kruszywa;

> krzem;

> lód;

48. Materiały naturalne - cechy i zastosowania.

49. Omów strukturę polimerów.

Polimer

>organiczny wielkocząsteczkowy związek chemiczny składający się z wielokrotnie powtórzonych jednostek zwanych merami.

Struktura makrocząsteczkowa

Polimery:

>amorficzne;

>uporządkowane - krystaliczne.

Polimery:

>liniowe;

>liniowe rozgałęzione;

>liniowe z wiązaniami poprzecznymi;

>usieciowane.

50. Porównaj duroplasty i termoplasty.

Duroplasty

>polimery termo- lub chemoutwardzalne - ulegają utwardzeniu pod wpływem temperatury lub w wyniku reakcji chemicznej (żywica - utwardzacz) ulegając usieciowaniu, po podgrzaniu nie miękną lecz ulegają rozkładowi, wykazują właściwości sprężysto-kruche

Termoplasty

>po podgrzaniu ulegają uplastycznieniu (płynięcie plastyczne) co pozwala na dowolne kształtowanie, po schłodzeniu wykazują właściwości sprężysto-kruche lub lepko-sprężyste