Nowoczesne Materiały Konstrukcyjne pytania zaliczeniowe.
1. Podział materiałów ze względu na rozmieszczenie atomów, jonów i cząsteczek w
przestrzeni.
a) materiały posiadające sieć krystaliczną-metale i ich stopy, atomy ułożone są w sposób
uporządkowany tworząc sieć krystaliczną:
-Regularnie Ściennie Centrowaną RSC(A1)-(Al.,Fe-γ, Au, Pt)
-Regularnie Przestrzennie Centrowaną RPC(A2)-(Fe-α, Mo, Mb)
-Heksagonalna Zwarta HZ(A3)-(Mg, Be)
b) materiały nie posiadające sieci krystalicznej, w których atomy ułożone są w sposób
nieuporządkowany – ciała amorficzne niekrystaliczne – szkła i polimery
c) polimery amorficzne usztywnione włóknami – kompozyty.
2. Podział materiałów ze względu na dominujące wiązanie pomiędzy atomami, jonami i
cząsteczkami.
a) metale – występuje w nich wiązanie metaliczne między atomami. Wiązanie metaliczne
występuje w przypadku atomów, posiadających niewiele atomów walencyjnych, które ulegają
łatwemu oderwaniu się od atomu. W wyniku tego tworzą się dodatnie jony i chmura
elektronów swobodnych.
b) ceramika – występuje w tych materiałach wiązanie kowalencyjne (atomowe). W wiązaniu
tym powstają wspólne elektrony walencyjne. Liczba możliwych dla danego atomu wiązań
kowalencyjnych zależy od liczby elektronów walencyjnych koniecznych do uzupełnienia jego
poziomu zewnętrznego. Przykładem może być diament. Każdy atom węgla zawiera na swym
poziomie zewnętrznym cztery elektrony, za pomocą których tworzy pary z sąsiednimi
atomami. W sieci przestrzennej każdy atom węgla otoczony jest czterema innymi atomami
węgla, rozmieszczonymi w narożach prawidłowego tetraedru. Ciała o takim wiązaniu mają
wysoką temp. topnienia i wysoką wytrzymałość mechaniczną.
c) tworzywa sztuczne – występuje w nich wiązanie międzycząsteczkowe siłami van der
Waalsa. Są to najsłabsze wiązania. Źródłem sił przyciągania w tego rodzaju wiązaniach są
dipole elektryczne, tj. cząsteczki o pewnej biegunowości. Sąsiednie cząsteczki indukują w
sobie wzajemnie dipole elektryczne co jest źródłem słabego przyciągania między tymi
cząsteczkami.
d) kompozyty – mogą w nich występować wszystkie wyżej wymienione rodzaje wiązań.
3. Co rozumiesz pod pojęciem ciągliwości materiałów metalowych i jakie wielkości
określają ciągliwość?
Ciągliwość – zdolność materiału do ulegania dużym odkształceniom pod działaniem sił przy
jednoczesnym niewielkim umocnieniu. Określają ją: wydłużenie A5, przewężenie Z%,
udarność KV, temperatura kruchości T.
4. Przedstaw wpływ wielkości ziarna na właściwości stali.
Drobnoziarnista struktura polepsza takie własności mechaniczne jak:
spawalność, ciągliwość, plastyczność, łatwość obróbki mechanicznej. Jednak w niektórych
przypadkach wymagane są duże ziarna (łopatki turbin) w celu zwiększenia
żarowytrzymałości.
5. Co to jest anizotropia właściwości mechanicznych i jakie czynniki wpływają na jej
powstawanie?
Anizotropia własności mechanicznych takich jak wytrzymałość , twardość, wydłużenie i inne
jest to zależność tych własności ciał krystalicznych od kierunku badania. Dzieje się tak
dlatego, że prawidłowe rozmieszczenie atomów w kryształach prowadzi do różnej gęstości
obsadzenia atomami poszczególnych płaszczyzn i kierunków krystalograficznych. W
rezultacie niektóre własności kryształów zmieniają się wraz z kierunkiem badań.
Gruboziarniste metale wykazują pewną kierunkowość własności. Wynikiem jej jest np.
pofałdowanie powierzchni próbki wytrzymałościowej po rozciąganiu „groszkowatość”
powierzchni blachy po toczeniu na zimno.
Anizotropia własności mechanicznych może być wynikiem pasmowego ułożenia
spowodowanego obróbką plastyczną.O anizotropii własności mechanicznych stali decydują
głównie kruche tlenki i spinele. Wpływ siarczków i krzemianów jest mniej niekorzystny,
gdyż wykazując większą ciągliwość od tlenków ulegają one odkształceniu plastycznemu wraz
z obrabianą plastycznie osnową. Na anizotropię własności blach najsilniejszy wpływ
wywierają siarczki MnS. Aby uniknąć tego zjawiska należy tuż przed odlaniem dodać takie
pierwiastki jak: wapń, tytan, cer, które tworzą z siarczkami kruche związki kompleksowe.
6. Wyjaśnij pojęcie spawalności stali.
Spawalność stali jest to podatność materiału do tworzenia w określonych warunkach
spawanego złącza metalicznie ciągłego o wymaganej użyteczności (złącza o własnościach
zbliżonych do własności materiału rodzimego).
7(?).Przedstaw budowę połączenia spawanego (schemat, opis struktury poszczególnych
stref połączenia).
a) przedział gruboziarnisty o małej ciągliwości, zachodzi austenityzacja w zakresie wysokich
temperatur co sprzyja rozrostowi ziarna austenitu, duża prędkość chłodzenia po austenityzacji
sprzyja powstawaniu kruchych struktur iglastych (bainit)
b) przedział drobnoziarnisty, w którym występują temperatury sprzyjające rozdrobnieniu
ziarna austenitu oraz powstaje struktura znormalizowana.
c) przedział przemiany częściowej, w którym podczas nagrzewania tworzy się struktura
mieszana ferrytu z austenitem.
d) przedział miękki o obniżonej wytrzymałości, w którym zachodzą procesy wydzielania, w
wyniku czego uzyskuje się strukturę odpuszczonego martenzytu i dolnego bainitu z licznymi
wydzieleniami węglików pierwiastków mikroskopowych.
8. Co to są pęknięcia zimne złączy spawanych i jakie czynniki sprzyjają ich
powstawaniu?
Pęknięcia zimne tworzą się w złączach spawanych w trakcie ich wykonywania (zwykle w
temp. poniżej 200
o
C) lub bezpośrednio potem przy braku obciążeń roboczych. Pęknięcia
zimne są nazywane również pęknięciami opóźnionymi, ponieważ w pewnych przypadkach
tworzą się wyraźnie później, po zakończeniu spawania w ciągu kilkunastu, a nawet
kilkudziesięciu następnych godzin. Powstawanie pęknięć zimnych w procesie spawania jest
powodowane oddziaływaniem następujących czynników:
a) hartowania się stali pod wpływem procesów spawania
b) obecnością martenzytu w połączeniach spawanych
c) występowaniem wodoru w spoinach
d) odkształceń i naprężeń wynikających z procesu spawania prowadzonego w warunkach
większego utwardzenia (np. spawanie łat w kadłubie).
Skłonność stali do pękania zimnego zwiększa się ze wzrostem grubości elementów
łączonych, małej energii liniowej łuku, obniżenia się temp. otoczenia. Zimne pęknięcia
tworzą się częściej w połączeniach spawanych elektrodami rutylowymi i celulozowymi.
9. Podział i charakterystyka niskostopowych stali spawalnych.
Z uwagi na strukturę stale te można podzielić na dwie grupy:
a) stale perlityczne – mają w stanie znormalizowanym strukturę ferrytyczno – perlityczną.
Dodatki stopowe występują w tych stalach w postaci roztworu stałego w ferrycie lub jako
węgliki w perlicie. Mają wyższe własności wytrzymałościowe od stali niestopowych, o tej
samej zawartości węgla z następujących przyczyn:
- rozpuszczone w ferrycie dodatki stopowe podwyższają jego twardość, wytrzymałość i
granicę plastyczności
- dodatki stopowe zwiększają ilość perlitu w strukturze stali
- dodatki stopowe powodują rozdrobnienie ziarna stali
Jako dodatki stopowe w tych stalach występują najczęściej mangan, miedź, krzem i
aluminium. Szczególnie częstym dodatkiem stopowym jest mangan (1-1,8%), który podnosi
granicę plastyczności, odporność na ścieranie i polepsza spawalność.
b) stale bainityczne – mają w stanie normalizowanym strukturę bainityczną. Dodatki stopowe
występują w tych stalach w roztworze przesyconego węglem ferrytu oraz w postaci
węglików. Zawierają one zwykle niewielkie ilości (około 1%) dodatków stopowych
zmniejszających trwałość przechłodzonego austenitu w zakresie bainitycznym, jak molibden
oraz bor, i opóźniających przemianę dyfuzyjną np.: mangan i chrom, co pozwala uzyskać na
powietrzu wytrzymałość Rm=1100-1200 MPa.
10(?). Kierunki rozwoju stali spawalnych o podwyższonej i wysokiej wytrzymałości.
a) zastosowanie ciągłego odlewania (ma znaczenie ekonomiczne, obniżenie kosztów
produkcji, bo nie trzeba ponownie nagrzewać wlewków)
b) czystość metalurgiczna – utrzymanie czystości metalurgicznej powoduje polepszenie
odporności na korozję, ciągliwości, spawalności, zmniejszenie anizotropii własności
mechanicznych. Dodatkowe zabiegi metalurgiczne to:
- wstępne oczyszczenie surówki w konwektorze (zmniejszenie zawartości węgla)
- powtórne oczyszczenie stali w kadzi.
- obróbka poza piecowa (przedmuchiwanie stali argonem z dodatkiem topników,
odgazowywanie próżniowe)
c) zastosowanie obróbki cieplno-plastycznej dla podwyższenia wytrzymałości. Obróbka ta
składa się z dwóch etapów:
-
kontrolowane walcowanie (kontrolowana jest temperatura podgrzewania
wlewków, temp. początku i końca walcowania, wielkości zgniotów i odstępów pomiędzy
nimi)
- przyspieszone chłodzenie
11(?). Jakie korzyści daje zastosowanie ciągłego odlewania stali?
Ciągłe odlewanie stali obniża koszty produkcji, czyli ma znaczenie ekonomiczne. Ciągłe
odlewanie powoduje iż unikamy powtórnego nagrzewania wlewków.
12. Co to jest obróbka cieplno-plastyczna (mechaniczna)?
Obróbka cieplno-plastyczna ma na celu umocnienie materiału zarówno przez zgniot jak i
hartowanie. Obróbka cieplno-plastyczna polega na połączeniu tych dwóch operacji:
odkształcony plastycznie austenit hartujemy w taki sposób, aby nie zdążył zajść proces
rekrystalizacji. Martenzyt, który powstaje z odkształconego plastycznie austenitu,
„dziedziczy” po nim defekty struktury krystalicznej, a przede wszystkim zwiększoną gęstość
dyslokacji, co powoduje, że jego twardość, a zwłaszcza wytrzymałość, jest wyraźnie wyższa.
Równocześnie dzięki rozdrobnieniu ziarna martenzytu lepsze są właściwości plastyczne stali.
Obróbka cieplno – plastyczna może być prowadzona kilkoma sposobami. Najczęstsze to:
a) wysokotemperaturowa obróbka cieplno – plastyczna (WOCP)
b) niskotemperaturowa obróbka cieplno – plastyczna (NOCP)
WOCP polega na odkształceniu plastycznym stali w temp. nieco wyższej od A
3
, a warunki
oziębiania powinny być tak dobrane, aby przemiana A-M zaszła na całym przekroju
obrabianego przedmiotu wcześniej niż rekrystalizacja austenitu. Stosuje się ją do
przedmiotów o niezbyt dużej grubości (40-50mm).
NOCP można stosować do stali, które wykazują dużą trwałość przechłodzonego austenitu, a
więc do stali stopowych. Od temp. austenityzacji oziębiamy stal do temp. leżącej między
temp. rekrystalizacji i temp. początku przemiany martenzytycznej. W temp. tej odkształcamy
http://notatek.pl/nowoczesne-materialy-konstrukcyjne-pytania-zalic
zeniowe?notatka