Metaloznawstwo | 1

Rozbiegówka

Co to właściwie są materiały?
W ujęciu technicznym materiały to ciała stałe o własnościach umożliwiających ich stosowanie do wytwarzania
produktów. Dzielą się na naturalne (np. drewno) oraz inżynierskie (stosowane w przemyśle).

Chemia i fizyka materiałów

Na czym polega wiązanie jonowe?
Wiązanie jonowe polega na trwałym oddaniu jednego lub dwóch elektronów walencyjnych pierwiastka drugiemu
pierwiaskowi. Występuje w pierwiastkach znacznie różniących się elektroujemnością, a więc w przybliżeniu
takich, które leżą daleko od siebie w układzie okresowym. W jego wyniku obydwa atomy uzyskują optymalną
konfigurację elektronową (oktet), jednocześnie stając się nieobojętnymi elektrycznie. Wiązanie tworzy się w
trzech etapach:

1. Na → Na

+

+ e

-

2. Cl + e

-

→ Cl

-

3. Na

+

+ Cl

-

→ [Na

+

][Cl

-

]

Pierwszy etap wymaga dostarczenia energii, ale dwa następne polegają na jej wydzieleniu; bilans energetyczny
jest ujemy (co warunkuje zachodzenie reakcji). Przyciąganie następuje w wyniku oddziaływania
elektrostatycznego między atomami. Substancje, w których występują wiązania jonowe charakteryzują się dużą
odpornością elektryczną i cieplną, są kruche i biało-przezroczyste. Rozpuszczają się w wodzie i jako roztwory
przewodzą prąd elektryczny. Przykład: chlorek sodu (sól kuchenna) NaCl.

Na czym polega wiązanie atomowe?
Wiązanie te polega na uwspulnieniu pary elektronów, które ma na celu uzyskanie przez atomy konfiguracji
odpowiednich helowców (oktetu elektronowego lub dwóch elektronów na powłoce walencyjnej w przypadku
wodoru). Uczestniczą w nim atomy tego samego pierwiastka lub pierwiastki znajdujące się blisko siebie w
układzie okresowym (ze względu na zbliżoną elektroujemność).

W przypadku łączenia atomów tego samego pierwiastka (np. H

2

), powtała cząsteczka jest niepolarna. Gdy

wiązaniu ulegają dwa różne atomy (w niektórych przypadkach także wtedy, gdy jest ich więcej) – powstają
cząstki polarne, dipole. Wiązania atomowe występują przede wszystkim w gazach, ale również w krzemie,
germanie i diamencie. Substancje o strukturze kowalencyjnej mają z reguły wysokie temperatury topnienia, są
twarde i nie przewodzą prądu. Przykład: ditlenek węgla CO

2

.

Na czym polega wiązanie metaliczne?
W wiązaniu metalicznym rdzenie atomowe ulokowane są w węzłach sieci krystalicznej, a elektrony walencyjne
swobodnie poruszają się między nimi, tworząc gaz elektronowy. Jest to możliwe dzięki rozszczepieniu poziomów
energetycznych poszczególnych atmow na pasmo energetyczne, które nie jest w pełni wypełnione elektronami.
Jest to tzw. pasmo przewodnictwa, a elektrony poruszające się w nim przekładają się na wysokie zdolności
przewodnicze metali. W półprzewodnikach i izolatorach pasmo przewodnictwa również występuje, ale elektrony
„mieszczą się” w paśmie walnecyjnym o niższej energii; w metalach uniemożliwia to zakaz Pauliego.

Na czym polega wiązanie międzycząsteczkowe?
Wiązanie to polega na połączeniu dwóch atomów lub cząsteczek siłami van der Waalsa. Źródłem tych sił są dipole
elektryczne – cząsteczki, w których można wydzielić biegun dodatni i ujemy. Wiązanie to jest słabe; kryształy o
tego typu wiązaniach mają niską wytrzymałość mechaniczną i łatwo się topią.

Jakie znasz główne grupy materiałów inżynierskich? Podaj wiązania występujące w
tych materiałach.
Trzy główne grupy materiałów inżynierskich to metale i ich stopy, polimery oraz materiały ceramiczne.
Materiałami kompozytowymi nazywamy takie, które stanowią połączenie materiałów z przynajmniej dwóch grup
głównych. Wiązania występujące w tych materiałach przedstawia tabelka:

2 | Exam info – skrypt egzaminacyjny MiBM WMRiT PP

grupa materiałów

wiązanie

metale

wiązanie metaliczne

polimery

wiązania kowalencyjne i wtórne

ceramika i szkło

wiązania kowalencyjne i jonowe

Co to są metale? Czym różnią się od niemetali?
Metale to materiały posiadające charakterystyczne właściwości. Najważniejszą jest wysokie przewodnictwo
cieplne i elektryczne, około 10

20

-10

25

razy większe niż materiałów niemetalowych. Odróżnia je również ujemny

współczynnik temperaturowy przewodnictwa elektrycznego (im wyższa temperatura, tym przewodnictwo gorsze).
Inne właściwości charakterystyczne to metaliczny połysk, a także plastyczność (podatność na trwałe
odkształcenia bez naruszania spójności).

Może się zdarzyć tak, że materiał nie będący metalem posiada niektóre cechy metaliczne. Odmiana alotropowa
węgla – grafit – jest przewodnikiem elektrycznym o ujemnym współczynniku temperaturowym przewodnictwa,
ale jest matowy i nieplastyczny, dlatego też zalicza się go do niemetali.

Na czym polega różnica pomiędzy materiałami krystalograficznymi i amorficznymi?
Atomy w materiałach amorficznych (bezpostaciowych), w przeciwieństwie do krystalograficznych, nie są ściśle
uporządkowane. Ich ułożenie przypomina bardziej ciecze, niż ciała stałe. Pociąga to za sobą pewne następstwa, na
przykład brak ścisłej temperatury topnienia, mówi się raczej o temperaturze ich mięknięcia. Niektóre materiały są
z założenia amorficzne (np. szkło, polimery). W specyficznych warunkach – przy bardzo dużych szybkościach
chłodzenia podczas krzepnięcia – również metale otrzymują strukturę amorficzną. Nie wykazują one wszytskich
właściwości charakterystycznych dla zwykłych metali i nazywane są szkłami metalicznymi.

Czym charakteryzują się kryształy metali?
Kryształy metali charakteryzują się regularnym ułożeniem przestrzennym atomów. Są przez to silnie
anizotropowe, co oznacza że ich właściwości fizyczne i mechaniczne różnią się w zależności od kierunku
wykonywania pomiaru.

Wymień elementy sieci przestrzennej metali.
Do elementów sieci przestrzennej metali zaliczamy płaszczyzny sieciowe, proste sieciowe i węzły, w których
umieszczone są atomy. Najmniejszy fragment sieci przestrzennej, pozwalający jednoznacznie ją
scharakteryzować, nazywmy komórką sieciową. W celu określenia komórki należy podać: długości jej krawędzi
(a, b, c – w nanometrach), kąty, które te krawędzie tworzą między sobą oraz rodzaj, liczbę i położenie atomów
wchodzących w jej skład.

Na czym polega alotropia metali?
Alotropia to występowanie tego samego pierwiastka lub związku w postaci dwóch lub kilku odmian
krystalicznych, zwanych alotropowymi. Najbardziej powszechnym metalem alotropowym jest żelazo, które
generalnie występuje w odmianie α, ale w temperaturze od ok. 920 do ok. 1350°C ma strukturę γ.

Omów budowę sieci A1, A2 i A3.
Sieć A1 (płasko-centrowana układu regularnego), A2 (przestrzennie centrowana układu regularnego) i A3 (zwarta
układu heksagonalnego) to sieci występujące w metalach najczęściej. W ich scharakteryzowania najłatwiej
posłużyć się tabelką:

symbol

kształt

właściwości plastyczne

A1 (γ)

sześcian z atomami w narożach i na
środkach ścian

metale plastyczne, dzięki wzajemnemu ruchowi dwóch
płaszczyzn o najgęstrzym upakowaniu atomów

A2 (α)

sześcian z atomami w narożach i jednym
w środku

mniej plastyczna, bo w komórce znajduje się tylko jedna
płaszczyzna upakowanych atomów

Metaloznawstwo | 3

A3 (ε)

graniastosłup sześciokątny z atomami w
narożach i trzema atomami w środku

bardzo duża plastyczność

Omów wady punktowe budowy krystalicznej. Na czym polega mechanizm
Schottky'ego i Frenkla?
Wyróżniamy dwa typy wad punktowych: wakanse i atomy międzywęzłowe. W przypadku pierwszego z nich,
jednego atomu w sieci brakuje, co powoduje zapadnięcie się pobliskich atomów do powstałej luki (zjawisko
kontrakcji sieci krystalicznej). Drugi typ to sytuacja odwrotna, pomiędzy węzłami sieci znajduje się dodatkowy
atom. To z kolei pociąga zasobą rozdęcie sieci – jej ekspansję.

Z wyżej wymienionymi wadami związane są dwa mechanizmy. Defekt Schottkyego polega na przemieszczaniu
się atomów w miejsce wakansów (dziura wędruje po sieci). Defektem Frenkla nazywamy sytuację, gdy atom
przedostaje się do pozycji międzywęzłowej, tworząc jednocześnie wakans.

Wady punktowe tym częstsze, im wyższa jest temperatura, stąd nazywa się je procesami aktywizowanymi
cieplnie.

Wymień rodzaje dyslokacji oraz mechanizmy ich przenoszenia.
Głównymi rodzajami dyslokacji są dyslokacje krawędziowe, śrubowe oraz mieszane. Te pierwsze polegają na
powstawaniu ekstrapłaszczyzn, czyli półpłaszczyzn leżących pomiędzy płaszczyznami krzyształu o budowie
prawidłowej. Mogą się one przenosić na zasadzie poślizgu wywołanego naprężeniem stycznym lub poprzez
wspinanie, gdy atomy przemieszczają się dzięki dyfuzji. Dyslokacje śrubowe są spowodowane przemieszczeniem
się części kryształu wokół osi i również mogą ślizgać się pod działaniem naprężeń. Dyslokacje mieszane są
złożeniem dwóch omówionych typów.

Jakie jest oddziaływanie pomiędzy dyslokacjami jednoimiennymi i różnoimiennymi?
Podobnie jak w elektrostatyce, również w metalach dyslokacje jednoimienne się odpychają, a różnoimienne –
przyciągają. Co więcej, dwie różnoimienne dyslokacje mogą się wzajemnie znieść. To zjawisko nazywamy
anihilacją dyslokacji.

Jakie są różnice pomiędzy monokryształami i polikryształami?
Monokryształy charakteryzują się prawidłowym rozmieszczeniem atomów w całej objętości materiału. W
związku z tym są ciałami anizotropoymi (mają różne właściwości w różnych kierunkach). W rzeczywistości
częściej spotyka się materiały o budowie polikrystalicznej. Składają się one z wielu małych ziaren o budowie
monokrystalicznej, obróconych względem siebie tak, że materiał jako całość nie jest anizotropowy. Mówi się, że
polikryształy są quasi-izotropowe.

Jak wady budowy krystalicznej wpływają na własności metali?
Gęstość wad budowy krystalicznej w znacznym stopniu determinuje własności mechaniczne metali. Najtrwalsze
są metale o teoretycznej budowie (bez wad), następnie wraz ze wzrostem gęstości wad wytrzymałość spada, by
później znów zacząć rosnąć. W technice wykorzystuje się właśnie ten drugi obszar wzrostu krzywej; dąży się
więc do zwiększenia ilości dyslokacji, aby podnieść wytrzymałość materiału. Jednak gdyby udało się stworzyć
metal doskonały, byłby on około tysiąckrotnie bardziej wytrzymały od metali technicznych.

Co to są stopy i jaki jest cel ich wytwarzania?
Stopem nazywamy tworzywo metaliczne składające się z dwóch lub więcej składników, z których przynajmniej
jeden stanowiący osnowę jest metalem. Oprócz tego stopy zawierają domieszki, będące rezultatem procesu ich
wytwarzania. Są one wytwarzane głównie przez topienie i krystalizację ze stanu ciekłego. W wyniku tych
procesów mogą powstać roztwory stałe, fazy międzymetaliczne oraz mieszaniny faz.

Celem wytwarzania stopów jest zmiana właściwości (np. mechaniczych, wytrzymałościowych, magnetycznych)
metalu. Dość częstym zjawiskiem jest, że stop dwóch metali ma zupełnie inne właściwości niż te dwa metale
osobno. Takie zmiany właściwości nazywa się synergią.

Przedstaw klasyfikację roztworów stałych.
Ze względu na ilość substancji, którą można rozpuścić roztwory dzielimy na stałe (nie istnieją ograniczenia) oraz
graniczne (nie da się rozpuścić więcej niż 8 łyżeczek cukru w herbacie). Atomy w roztworach różnowęzłowych, w
przeciwieństwie do międzywęzłowych, są do siebie zbliżone i mogą się zastępować w węzłach sieci. W

4 | Exam info – skrypt egzaminacyjny MiBM WMRiT PP

roztworach międzywęzłowych atomy – mniejsze od atomów osnowy – zajmują miejsca w lukach oktaedrycznych.
Niektóre źródła wyróżniają jeszcze roztwory podstawowe i wtórne.

Podaj czynniki warunkujące tworzenie się roztworów stałych.
Aby mógł powstać roztwór stały, spełnionych musi być kilka warunków, które ogólnie można zapisać jako jeden:
atomy muszą być do siebie jak najbardziej podobne. Oznacza to, że nie mogą zbytnio różnić się
elektroujemnością, wielkością oraz typem sieci krystalicznej. Gdy wszystkie te warunki są zachowane, mamy
najczęściej do czynienia z roztworem różnowęzłowym ciągłym; w przeciwym razie mogą powstawać roztwory
graniczne lub fazy międzymetaliczne.

Wykresy fazowe. Wykres żelazo-węgiel

Jak skonstruowane są dwuskładnikowe wykresy równowagi fazowej?
W wykresach takich na osi pionowej zaznacza się temperaturę (od temperatury pokojowej do temperatury, przy
której fazy występują w stanie ciekłym). Na osi poziomej z kolei podaje się procentową zawartość jednego ze
składników w mieszaninie (w punkcie 0 drugi składnik nie występuje, dla 100 [%] nie ma składnika pierwszego).

Omów regułę dźwigni i podaj jej zastosowanie.
Reguła dźwigni pozwala na wyznaczenie składu procentowego faz dla podanej temperatury i ogólnej zawartości
procentowej składników mieszaniny. Polega ona na wyznaczeniu punktów przecięcia poziomej prostej
przechodzącej przez badany punkt z liniami wykresu a następnie na analizie rozmieszczenia tych punktów. Należy
pamiętać, że za skład oraz udział procentowy faz odczytuje się z przeciwnych części wykresu.

Co to jest stal? Staliwo? Żeliwo? Surówka?
Wszystkie powyższe materiały są stopami żelaza z węglem. Stal i staliwo zawierają do 2% węgla (chociaż
praktycznie wielkość ta nie przekracza 1,5%); surówka i żeliwo to stopy o zawartości węgla przekraczającej 2%.
Dodatkowo, staliwo jest materiałem odlewniczym, nie podlegające obróbce cieplnej. Surówka jest produktem
wielkiego pieca, natomiast żeliwo otrzymujemy w wyniku przetopienia surówki w specjalnych piecach, zwanych
żeliwiakami, czasem z dodatkiem złomu. Podublowane rodzaje stopów nie różnią się składem chemicznym, a
jedynie sposobem uzyskiwania i wykorzystania.

Jak można sklasyfikować stale i staliwa węglowe?
Stale i staliwa (nie podlegające obróce cieplnej) można sklasyfikować według ilości węgla na niskowęglowe (do
0,25% C), średniowęglowe i wysokowęglowe (powyżej 0,6% węgla). Dodatkowo, możemy je podzielić ze
względu na przeznaczenie na stale konstrukcyjne i narzędziowe. Istnieje również podział oparty na strukturze stali
przy określonej zawartości węgla.

Podaj, jaki jest wpływ węgla na strukturę i własności stali
Stale o zawartości węgla do 0,1% w procesie chłodzenia (zgodnie z wykresem żelazo-węgiel) nie przechodzą
przemiany perlitycznej. W związku z tym w ich strukturze nie znajduje się perlit; jedynie ferryt z cementytem
trzeciorzędowym na granicach ziarn. Wraz ze zwiększaniem się zawrtości węgla, rośnie udział perlitu w
strukturze. Stal 0,4% C ma idealną strukturę ferrytyczno-perlityczną, a przy 0,77% C ferryt nie występuje wcale.
Stal o wyższej zawartości węgla składa się z perlitu oraz cementytu wytrącającego się na granicach ziarn.

Własności stali zależą głównie od dwóch podstawowych prawd: żelazo jest miękkie, a cementyt twardy. W
związku z tym, wraz ze zwiększaniem się zawartości węgla w stali rośnie granica plastyczności R

e

twardość oraz

udarność, maleje natomiast wydłużenie i przewężenie. Wytrzymałość na rozciąganie R

m

rośnie do zawartości

0,8% węgla, a następnie maleje, ze względu na zbyt dużą ilość kruchego cementytu.

Omów charakterystykę i przeznaczenie stali konstrukcyjnych oraz narzędziowych.
Podaj przykłady.
Podział na stale konstrukcyjne oraz narzędziowe nie jest ściśle związany z ilością węgla czy jakiegokolwiek
innego składnika, chociaż na narzędzia używa się raczej stali o większej ilości C. Ilość ta powinna być dobrana
odpowiednio do zastosowania wytwarzanego przedmiotu. I tak, wały korbowe w samochodach muszą być
odporne na niekorzystne warunki pracy – do ich wykonania posłuży raczej stal niskowęglowa. Ale stali o
stosunkowo niskiej zawartości węgla (np. sredniowęglowej) używa się również do produkcji narzędzi, takich jak

Metaloznawstwo | 5

kosa. Ich podwyższona plastyczność, a obniżona kruchość korzystnie wpływa na żywotność ostrzy w przypadku
trafienia na kamień ;-). Brzytwy, przeznaczone do cięcia materiałów raczej nie zawierających kamieni, można
wykonywać ze stali wysokowęglowej.

Należy pamiętać, że stale narzędziowe używa się do wykonania narzędzi, tak więc trudno się jej doszukiwać w
samochodach osobowych (chyba, że w schowku albo bagażniku ;-).

Gałęzią przemysłu, w której stale węglowe są stosowane bardzo często jest kolejnictwo. Szyny tramwajowe i
kolejowe, zgodnie z obowiązującymi normami, są wykonywane ze stali o strukturze czysto perlitycznej (ok 0,8%
węgla). Spowodowane jest to wysoką odpornością na zużycie w takich stalach (ferryt zapewnia plastyczność, a
cementyt – odporność na ścieranie). Ze stali węglowej produkuje się również koła szynobusów i pociągów.

Jak dzieli się żeliwo w zależności od struktury?
Żeliwo dzieli się według dwóch kryteriów, występujących łącznie. Pierwsze z nich to rodzaj osnowy metalicznej:
ferrytyczna, perlityczna lub mieszana (ferrytyczno-perlityczna, perlityczno-ferrytyczna).

Kryterium drugie to forma występowania węgla. Rozróżnia się dwa podstawowe typy: węgiel w postaci
cementytu (na zgładzie ma biały kolor, stąd nazwa: żeliwo białe) oraz grafitu (kolor szary i takież żeliwo). Forma
pośrednia (cementyt i grafit) występuje w żeliwie połowicznym, zwanym również pstrym. Dodatkowo niektóre
podręczniki wyróżniają węgiel żarzenia, który ma w zasadzie postać grafitu, ale jest otrzymany poprzez
długotrwałe wyżarzanie żeliwa białego; w wyniku tego procesu powstaje żeliwo ciągliwe.

Bardzo ważne z punktu widzenia technologicznego jest żeliwo sferoidalne, podobne do żeliwa szarego, w którym
grafit ma kształt kul.

Przykłady nazewnictwa struktur: żeliwo sferoidalne perlityczne, żeliwo ciągliwe, żeliwo szare ferrytyczne.

Jak zależą własności żeliwa od jego struktury?
Własności w zasadzie określa się wyłącznie w stosunku do żeliw szarych i ciągliwych, białe i pstre mają bardzo
ograniczone zastosowanie w budowie maszyn. I tak, żeliwo szare jest stosunkowo dobrym materiałem
odlewniczym: ma mały skurcz, co ogranicza występowanie porowatości skurczowych, a także wykazuje dobrą
lejność (w przeciwieństwie do stali). Dzięki grafitowi ma ono właściwości tłumienia drgań. Jednocześnie jest
materiałem dobrze skrawalnym, wytrzymałym na ścieranie i o dobrych właściwościach ślizgowych. Cechuje je
wytrzymałość na ściskanie zdecydowanie większa od wytrzymałości na rozciąganie. Jest również odporne na
czynniki chemiczne.

Większość z tych prawd obowiązuje w stosunku do wszystkich żeliw. Wraz ze zwiększaniem się ilości perlitu w
strukturze, wzrasta jednak twardość i wytrzymałość. Ta ostatnia dochodzi do 350 MPa w przypadku żeliw szarych
z grafitem płatkowym, jest o drobinę większa dla żeliw modyfikowanych, natomiast zdecydowanie większa – do
900 MPa – dla żeliw sferoidalnych.

Warto jeszcze wspomnieć, że żeliwo sferoidalne w zaawansowanych technicznie odlewniach może być używane
do odlewania wyrobów praktycznie bez nadlewów – wykazuje bowiem zerowy skurcz odlewniczy.

Żeliwo ciągliwe ma właściwości pośrednie pomiędzy zwykłym żeliwem szarym i sferoidalnym.

Jakie znasz składniki strukturalne występujące w żeliwach?
Przede wszystkim jest to osnowa metaliczna, a więc ferryt oraz perlit, w różnych proporcjach zależnych od
rodzaju żeliwa. Dodatkowo występują wydzielenia węgla w postaci grafitu, cementytu lub węgla żarzenia. Z
pierwiastków znajdujących się w żeliwie w wyniku procesu jego wytapiania tworzą się również steadyt
(eutektyka fosforowa) oraz siarczek manganu.

Obróbka cieplna stali

Jakie przemiany fazowe zachodzą podczas nagrzewania i wygrzewania stali w
temperaturze austenityzowania?
Podczas nagrzewania stali powyżej temperatury przemiany perlitycznej, na granicach istniejących w temperaturze
pokojowej faz ferrytu i cementytu pojawiają się zarodki austenitu. Rozrastają się one i z upływem czasu w
strukturze stali pozostaje wyłącznie austenit. Początkowo jego skład jest nierównomierny, ze względu na powolne
rozpuszczanie się cementytu. Proces ujednoradniania jest czasochłonny i może prowadzić do niekorzystnego

6 | Exam info – skrypt egzaminacyjny MiBM WMRiT PP

rozrostu ziaren austenitu, dlatego czasem stosuje się tzw. stale drobnoziarniste (do ich wytwarzania używa się
aluminium). Mają one większą odporność na wysoką temperaturę, ale w niekorzystnych warunkach ziarna
austenitu mogą być w nich nawet większe niż w stalach gruboziarnistych.

Jakie są podobieństwa i różnice w przemianach perlitycznej, bainitycznej i
martenzytycznej?
W stalach, w zależności od szybkości chłodzenia oraz składu chemicznego, zachodzić mogą trzy przemiany –
perlityczna, bainityczna i martenzytyczna. Dla tego samego materiału, przemiana perlityczna zajdzie przy
chłodzeniu stosunkowo wolnym, a martenzytyczna – po przekroczeniu szybkości krytycznej. Wszystkie one są
następstwem nietrwałości austenitu w temperaturze pokojowej i jego przemiany w ferryt (chociaż w strukturze
martenzytycznej i bainitycznej znajduje się kilka procent tzw. austenitu szczątkowego).

Podczas stosunkowo wolnej przemiany perlitycznej węgiel ma wystarczająco dużo czasu, aby dyfundować i
tworzyć cementyt. Naprzemiennie ułożone płytki ferrytu i cementytu nazywamy perlitem, a jest on tym grubszy,
im wolniejsze było chłodzenie.

Przemiana bainityczna jest pośrednią pomiędzy perlityczną i martenzytyczną. Ze względu na dość duże
przechłodzenie stali (jej bardzo szybkie chłodzenie) do temperatury 450 – 200°C, dyfuzja węgla jest utrudniona.
Powstaje więc mieszanina ferrytu przesyconego węglem oraz węglików, w strukturze pojawia się również nieco
austenitu szczątkowego.

Przemiana martenzytyczna jest bezdyfuzyjna i prowadzi do powstania martenzytu – przesyconego roztworu węgla
w ferrycie o sieci tetragonalnej. Temperatura początku przemiany, określana jako M

s

, jest stała dla danego gatunku

stali (nie zależy od szybkości chłodzenia); wynosi około 200°C. W wyniku tej przemiany zawsze zostaje kilka
procent austenitu szczątkowego, naprężenia uniemożliwiają bowiem jego całkowitą przemianę (objętość właściwa
martenzytu jest większa niż austenitu).

Podaj cechy morfologiczne perlitu, bainitu górnego i dolnego oraz martenzytu
listwowego i płytkowego.
Perlit składa się z naprzemiennie ułożonych płytek ferrytu i cementytu. Ich grubości są stałe i nie zależą od
wielkości ziaren oraz jednorodności składu austenitu, przy czym cementyt jest cieńszy niż ferryt. Im niższa
temperatura przemiany, tym struktura drobniejsza.

Bainit górny składa się z nieregularnych ziaren przesyconego ferrytu z wydzieleniami węglików oraz austeniu
szczątkowego. W bainicie dolnym ferryt ma postać listwową, a węgliki ułożone są regularnie.

Martenzyt jest strukturą o budowie iglastej. W jego listwowej odmianie kryształy mają postać równoległych
listew tworzących tzw. pakiety. Rzadziej spotykany martenzyt płytkowy ma kryształy w kształcie soczewek o
różnych wielkościach.

Jakie znaczenie mają wykresy CTPi i CTPc?
Wykresy Czas-Temperatura-Przemiana służą do określania typu przemian zachodzących podczas chłodzenia stali.
Rozróżniamy wykresy izotermiczne (i) oraz lepiej oddające warunki rzeczywiste wykresy chłodzenia ciągłego (c).
Nanosi się na nie również informacje o własnościach otrzymanych stali (np. twardości), są więc one bardzo
przydatne podczas opracowywania sposobu obróbki termicznej dla otrzymania wymaganych parametrów.
Wykresy CTPc umożliwiają również określenie szybkości krytycznej, dla której zachodzi jeszcze wyłącznie
przemiana martenzytyczna.

Opisz przemiany zachodzące podczas odpuszczania stali węglowych.
W procesie odpuszczania można wyróżnić cztery stadia. Pierwsze, do temperatury ok. 200°C, polega na
rozkładzie martenzytu i wydzieleniu się węglika ε (Fe

2

C); otrzymana struktura to martenzyt odpuszczony. W

wyniku dalszego ogrzewania do temp. 300°C z austenitu szczątkowego również otrzymujemy martenzyt
odpuszczony. Stopień trzeci trwa do ok. 400°C; węglik ε rozpuszcza się w osnowie, a na jego miejscu pojawia się
nasz stary przyjaciel cementyt. Po przekroczeniu 400°C cementyt ulega sferoidyzacji, a końcowa struktura to
martenzyt wysokoodpuszczony lub inaczej sorbit.

Podaj klasyfikację obróbki cieplnej.
Obróbka cieplna stali dzieli się na obróbkę cieplną zwykłą (wyżarzanie, hartowanie, odpuszczanie, przesycanie,
starzenie), obróbkę cieplno-magnetyczną, obróbkę cieplno-chemiczną oraz obróbkę cieplno-plastyczną.

Metaloznawstwo | 7

Jakie znasz podstawowe operacje i zabiegi technologiczne w obróbce cieplnej?
W metaloznawstwie jak w życiu: operacja to coś więcej niż zabieg. Zabiegiem cieplnym nazywamy więc część
operacji obróbki cieplnej. Wszystkie zabiegi wiążą się z konieczności ze stanem temperatury. Możemy ją
zwiększać (zabieg nagrzewania lub podgrzewania do temperatury pośredniej i dogrzewania do ostatecznej),
utrzymywać na stałym poziomie (zabieg wygrzewania lub wychładzania) oraz obniżać (zabieg chłodzenia i jego
odmiany: studzenie – powolne, oziębianie i wymrażanie – szybkie; jest również podchładzanie i dochładzanie ;-).

Operacje obróbki cieplnej startują i kończą na niskich temperaturach. Są więc to na przykład wyżarzanie czy
hartowanie, które mogą dalej się łączyć; ulepszanie cieplne to hartowanie wraz z wysokim odpuszczaniem.

Wymień rodzaje wyżarzania i podaj, w jakim celu się je stosuje.
Wyżarzanie to zabieg cieplny polegający na nagrzaniu stali do wymaganej temperatury, jej wygrzaniu oraz
powolnemu chłodzeniu (studzeniu). W zależności od celu, jaki chcemy osiągnąć, dobieramy różne temperatury i
czasy wygrzewania. Główny podzał obejmuje wyżarzanie z przekrystalizowaniem lub bez (czyli z nagrzewaniem
poniżej temperatury przemiany perlitycznej).

Pierwszym chronologicznie wyżarzaniem jest najczęściej wyżarzanie ujednoradniające. Stal nagrzewa się do
temperatury 1000-1250ºC i przetrzymuje nawet do 24 godzin. W wyniku dość powolnej dyfuzji, stal ma
ujednolicony skład chemiczny; skutkiem ubocznym jest rozrost ziaren.

Jest jednak dobra wiadomość – rozrostowi ziaren można zaradzić! Wystarczy jedynie naszą stal znormalizować:
ponownie podgrzać, tym razem do temperatury 30-50ºC powyżej granicy austenitu. Studzenie odbywa się w
spokojnym powietrzu.

Gdybyśmy jednak zamiast wyjmować stal na powietrze chłodzili ją z piecem – wyżarzymy ją zupełnie. W ten
sposób usuwa się naprężenia oraz zwiększa własności plastyczne kosztem twartości. Uwaga: ten proces stosuje
się wyłącznie do zawartości 0,8% C.

Innym ważnym typem wyżażania jest odprężanie. Przeprowadza się je w temperaturze około 600ºC, a wyżarzane
elemnty – konstrukcje spawane, odlewy staliwne – wygrzewa się nawet kilka dni.

Wyróżniamy jeszcze inne typy wyżarzań, np. rekrystalizujące, sferyidyzujące czy odwęglające.

Podaj rodzaje hartowania stali i określ, jakie struktury powstają w ich wyniku.
Każdy rodzaj hartowania ma na celu zwiększenie twardości stali kosztem własności plastycznych na drodze
przemian fazowych. Zawsze pierwszym krokiem będzie więc nagrzanie stali do temperatury powyżej linii Ac

1

-

Ac

3

, aby otrzymać austenit. Następnie rozpoczynamy chłodzenie:

●

ciągłe: otrzymujemy martenzyt i stosunkowo duże naprężenia – hartowanie zwykłe

●

szybkie, następnie wychładzenie i znowu szybkie: jeżeli zbyt długo nie wychładzamy, to otrzymujemy
martenzyt i mniejsze naprężenia – hartowanie stopniowe

●

dłuuugie wychładzanie – otrzymujemy bainit – hartowanie izotermiczne.

Specyficznym rodzajem hartowania jest hartowanie powierzchniowe. W jego przypadku zmieniamy temperaturę
jedynie powierzchniowej wartswy przedmiotu, np. dzięki palnikom lub indukcji elektromagnetycznej. Tym
samym przemiana martenzytyczna zachodzi wyłącznie na zewnątrz, a struktura w środku (rdzeniu) pozostaje
nietknięta.

Co to jest hartowność, przehartowalność i utwardzalność?
Hartowność to zdolność do tworzenia struktury martenzytycznej podczas hartowania. Określa się ją poprzez
pomiar grubości warstwy martenzytu na przekroju hartowanego przedmiotu. Maksymalną średnicę, przy której
stal jest jeszcze zahartowana nazywamy średnicą krytyczną D

n

, gdzie n to minimalny procent struktury

martenzytycznej (np. 50% lub 80%).

Na hartowność składają się dwa czynniki: utwardzalność i przehartowalność. Pierwszy opisuje, jak twarda jest
stal w wyniku hartowania. Drugi zależy od tego, jak szybko (i w konsekwencji – jak głęboko) proces hartowania
zachodzi.

8 | Exam info – skrypt egzaminacyjny MiBM WMRiT PP

Na czym polega ulepszanie cieplne stali i do czego służy?
Proces ulepszania cieplnego to złożnienie dwóch operacji obróbki cieplnej: hartowania oraz wysokiego
odpuszczania. W jego wyniku uzyskuje się najlepszą konfigurację własności wytrzymałościowych i plastycznych.

W praktyce dwukrotnie powtarzamy ten sam zestaw czynności: nagrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie. W
pierwszym przypadku temperatura musi przekroczyć linię Ac

1

-Ac

3

, w drugim może dochodzić do 600ºC.

Po hartowaniu stal ma strukturę martenzytyczną z austenitem szczątkowym. Jest bardzo twarda i bardzo krucha.
Poprzez odpuszczanie zmniejszamy twardość, ale dzięki temu zwiększamy ciągliwość i inne własności
plastyczne. W strukturze otrzymujemy sorbit (sferoidalny cementyt w osnowie ferrytycznej).

Obróbka cieplno-chemiczna stali

Na czym polega azotowanie gazowe stali?
Azotowanie gazowe polega na nasyceniu warstwy powierzchniowej stali azotem poprzez umieszczenie jej w
strumieniu zdysocjowanego amoniaku, czasem z dodatkiem czystego azotu. Reakcja najczęściej zachodzi w
temperaturze od 500 do 600°C. Żelazo działa na jej przebieg katalitycznie.

Przed poddaniem azotowaniu, stal najczęściej ulepsza się cieplnie (poddaje hartowaniu i wysokiemu
odpuszczaniu, w temperaturze wyższej od temperatury azotowania). Tylko niektóre rodzaje stali są specjalnie
przeznaczone do azotowania. Inne również się czasem azotuje, ale uzyskane efekty nie są tak spektakularne.

Azotowanie gazowe jest najpopularniejsze, wykonuje się również azotowanie w proszkach, jonizacyjne i w
złozach fluidalnych.

Jaka jest budowa fazowa warstwy azotowanej i od czego ona zależy?
Najbardziej zewnętrzną warstwą w stali azotowanej jest strefa azotków typu ε, odpornych na ścieranie i
częściowo na korozję. Wraz ze wzrostem głębokości (i zmniejszaniem się stężenia N) przechodzi ona w strefę
fazy γ' (antykorozyjna) oraz fazy α (zwiększa własności wytrzymałościowe).

Grubość wierzchniej warstwy azotków ε jest tym większa, im proces azotowania trwa dłużej.

Jakie są własności warstwy azotowanej?
Warstwa azotowana odznacza się dużą twardością oraz odpornością na ścieranie. Zwiększa ona również własności
wytrzymałościowe stali: jest ona mniej wrażliwa na karby i trudniej ją zmęczyć. Prócz tego warstwa azotowa
skutecznie chroni stal przed korozją. Co istotne, własności te nie zmieniają się przy podgrzewaniu nawet do
500°C.

Po azotowaniu starszymi technologiami, wierzchnią warstwę należy zeszlifować.

Jakie jest zastosowanie azotowania w praktyce?
Proces azotowania stosuje się w celu uzyskania odporności na korozję oraz podwyższenia twardości (szczególnie
w stalach stopowych). W związku z tym, wykorzystywany on jest w elementach narażonych na zużycie ścierne
oraz pracujących w środowisku wodnym lub wilgotnym.

Azotowaniu poddaje się części silników, nurniki pomp, a także narzędzia – frezy, wiertła, elementy wtryskarek.

Na czym polega nawęglanie gazowe stali?
Nawęglanie gazowe stali (o zawartości węgla do 0,2%) polega na wprowadzeniu atomowego węgla do warstwy
powierzchniowej obrabianego przedmiotu poprzez przetrzymywanie go w gazowym ośrodku nawęglającym.
Może nim być tlenek węgla otrzymywany w piecu lub ciekłe węglowodory rozkładające się na węgiel i wodór
pod wpływem wysokiej temperatury. Trzeba je zmieszać w odpowiednich proporcjach tak, aby na powierzchni
stali nie osadzała się sadza.

Proces nawęglania gazowego odbywa się w temperaturze około 920°C. Jest to obecnie najczęściej stosowana
metoda nawęglania; można również je prowadzić w proszkach, roztopionych solach, złożach fluidalnych, próżni
oraz na zasadzie zjawiska jonizacji.

Nawęglanie musi być uzupełnione hartowaniem i niskim odpuszczaniem (czasem powtórzonymi dwukrotnie).
Bez dodatkowej obróbki cieplnej cała operacja nie ma sensu i jest błędem technologicznym.

Metaloznawstwo | 9

Jaka jest budowa fazowa warstwy nawęglonej i od czego ona zależy?
Bezpośrednio po nawęglaniu, w warstwie powierzchniowej można wyróżnić trzy strefy: nadeutektoidalną (perlit i
cementyt), eutektoidalną i podeutektoidalną. W wyniku następującego zawsze po tym rodzaju ubróbki cieplno-
chemicznej hartowania i niskiego odpuszczania, struktura warstwy nawęglonej ulega zmianie. Na powierzchni
tworzy się martenzyt, przechodzący wraz ze wzrostem głębokości w bainit i perlit.

Budowa pierwotna zależy od wydajności procesu nawęglania, a wtórna – od wyboru rodzaju obróbki cieplnej
(temperatura i krotność hartowania z odpuszczaniem).

Jakie są własności warstwy nawęglonej?
Dzięki warstwie nawęglonej obrabiane przedmioty mają dużą twardość, odporność na ścieranie i naciski
powierzchniowe oraz wytrzymałość zmęczeniową. Rdzeń wykazuje dużą ciągliwość, sprężystość i odporność na
zmieniające się obciążenia.

Jakie jest zastosowanie nawęglania w praktyce?
Proces nawęglania używany jest przede wszystkim w procesach technologicznych kół zębatych, wałków
rozrządu, łożysk i innych elementów, w przypadku których niezbędne są wysokie własności wytrzymałosciowe
powierzchni.

Stale stopowe

Jaki jest cel wprowadzania dodatków stopowych?
Dodatki stopowe wprowadza się do stali, aby podnieść jej właściwości wytrzymałościowe, wpłynąć na przemiany
zachodzące w jej strukturze, polepszyć właściowści fizyczne i magnetyczne oraz zwiększyć hartowność i
podatność na zabiegi obróbki cieplnej.

Podaj wpływ pierwiastków stopowych na kinetykę przemian austenitu
przechłodzonego oraz hartowność.
Praktycznie wszystkie pierwiastki stopowe wpływają na strukturę stali; zmieniają zarówno przebieg linii na
wykresie żelazo-węgiel, jak i na wykresach CTP (czas-temperatura-przemiana). Z punktu widzenia zmian w
kinetyce przemian austenitu, ważniejszy jest wykres CTP (żelazo-węgiel dotyczy jedynie bardzo wolnego
chłodzenia).

Pierwiastki stopowe można podzielić na dwie grupy: takie, które nie tworzą węglików oraz takie, które je tworzą.
Ta pierwsza grupa nie wpływa na kształt wykresu CTP, może jedynie nim „poruszać” - czyli sprawiać, że
przemiany zachodzą wolniej i austenit jest trwalszy (zazwyczaj) lub zmiany są szybsze, a w konsekwencji –
austenit mniej trwały (kobalt). Pierwiastki węglikotwórcze (jeżeli tylko węgliki są dobrze rozpuszczone w
austenicie) – zmieniają przebieg linii na wykresie, w skrajnym przypadku mogą nawet rozdzielić linię przemiany
perlitycznej i bainitycznej, tworząc pomiędzy nimi obszar stałego austenitu.

Pierwiastki stopowe zmieniają również temperaturę M

s

, czym wpływają na hartowność stali. Zdecydowana

większość wpływa na jej obniżenie (nawet poniżej zera). W końcowym efekcie jedynie kobalt hartowności nie
zwiększa. A poprzez zmniejszenie wymaganej szybkości krytycznej chłodzenia, w hartowanych przedmiotach
powstaje mniej naprężeń. Proces hartowania może być jednak bardziej skomplikowany niż w przypadku stali
węglowych.

Jaki wpływ ma chrom, mangan i nikiel na własności stali?
Chrom, nikiel i mangan to pierwiastki dodawane bardzo często do różnego typu stali. W ogólnym zarysie,
wszystkie one zwiększają twardość i hartowność. Mangan dodatkowo niekorzystnie wpływa na rozrost ziaren
(trzeba dodać np. azot, by temu zapobiec), chrom uodparnia na wysoką temperaturę, a nikiel poprawia ciągliwość.

Pierwiastki te stanowią główne dodatki stopowe w stalach odpornych na korozję, a także ważny składnik stali
przeznaczonych do ulepszania cieplnego.

Podaj definicję i klasyfikację stali stopowych.
Stale stopowe to stopy żelaza z węglem, które zawierają celowo dodane pierwiastki chemiczne, podnoszące ich
pożądane własności, jeżeli ich zawartość przekracza wartości graniczne podawane przez normy. Dzieli się je na

10 | Exam info – skrypt egzaminacyjny MiBM WMRiT PP

trzy podstawowe grupy: stale narzędziowe (do pracy na zimno, gorąco i szybkotnące), konstrukcyjne (np. do
ulepszania cieplnego, do nawęglania, do azotowania) i stale specjalnego zastosowania (np. żaroodporne, odporne
na korozję).

Opisz stale konstrukcyjne niskostopowe spawalne.
Stale konstrukcyjne niskostopowe spawalne używane są do konstrukcji mostów, statków, zbrojenia betonu oraz
np. w produkcji rur do rurociągów. Charakteryzują się dobrą spawalnością, a także wysoką wytrzymałością na
rozciąganie i granicą plastyczności. Stale te zawierają niewiele węgla; składnikami stopowymi są mangan, a także
molibden, czasem również nikiel i chrom. Ponadto, dodaje się mikrododatki po kilka setnych części procentu.
Hamują one niekorzystny rozrost ziarna austenitu.

Opisz stale konstrukcyjne do ulepszania cieplnego.
Stale konstrukcyjne do ulepszania cieplnego stanowią podstawowy materiał kostrukcyjny w przemyśle
maszynowym. Ich głównymi składnikami stopowymi są chrom, nikiel oraz mangan (podobnie jak w stalach
odpornych na korozję). Pierwiastki te zapewniają wysoką hartowność oraz możliwie dużą wytrzymałość,
plastyczność i odporność na pękanie przy obciążeniach dynamicznych.

Podaj charakterystykę stali narzędziowych.
Stale narzędziowe nie mają dużego udziału w ogólnej produkcji, są jednak bardzo ważne dla produkcji w innych
gałęziach przemysłu. Powinny chrakteryzować się trwałoscią kształtu (czyli np. nie wolno im się tępić). Muszą
bez problemów przenosić duże obciążenia bez odkształceń, a także być odporne na ścieranie i zużycie.

Do stali narzędziowych wprowadza się pierwiastki węglikotwórcze takie jak chrom czy molibden, gdyż wywołują
one efekt twardości wtórnej podczas nagrzewania (np. noża we frezarce).

Stale narzędziowe dzieli się na stale do pracy na zimno (czyli ok. 200°C), na gorąco (do 700°C) i stale
szybkotnące. Te ostatnie wymagają specyficznego sposobu hartowania: z przystankami, aby ograniczyć
naprężenia własne.

Czym charakteryzują się stale do pracy na gorąco, żaroodporne i żarowytrzymałe?
Stale do pracy na gorąco przewidziane są do użytku w temperaturze do 600°C. W temperaturach wyższych
wymagana jest już żaroodporność (typu chemicznego) i żarowytrzymałość (na odkształcenia).

Podstawowym dodatkiem stopowym jest chrom, który bardzo dobrze podnosi odporność stali na wysoką
temperaturę (do 1100°C dla 30% Cr). W stalach żarowytrzymałych stosuje się również nikiel o stężeniu około 9%
przy 18% chromu.

Metale nieżelazne

Jakie są właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne aluminium?
Najcenniejszą waściwością czystego aluminium jest jego wysokie przewodnictwo elektryczne, stanowiące 65%
przewodnictwa miedzi. Poza tym jest to metal dosyć mało wytrzymały; R

m

w granicach 100MPa, za to duże

wydłużenie i przewężenie. Wytrzymałość można dwukrotnie podnieść poprez obróbkę plastyczną, oczywiście
odbywa się to kosztem własności plastycznych. Temperatura topnienia aluminium wynosi około 666°C.
Z krystalograficznego punktu widzenia, aluminium ma sieć A1, płasko centrowaną układu regularnego.

Ważną cechą aluminium jest jego samoczynna odporność na korozję. Na powierzchi metalu, w wyniku kontaktu z
powietrzem, tworzy się mało aktywny tlenek Al

2

O

3

, który traci swoje ochronne właściwości jedynie pod

działaniem niektórych wodorotlenków i kwasów beztlenowych.

W jaki sposób sklasyfikowano stopy aluminium?
Stopy aluminium dzielimy na stopy do obróbki plastycznej oraz stopy odlewnicze (choć niektóre można zaliczyć
do obydwu grup jednocześnie). Te pierwsze zawierają mniej dodatków stopowych, do około 5%. Stopy
przeznaczone do odlewania są zazwyczaj wieloskładnikowe i zawierają do 25% dodatków, charakteryzują się
dobrą lejnością i często małym skurczem odlewniczym.

Metaloznawstwo | 11

Jaki jest skład chemiczny, a także struktury i właściwości odlewniczych stopów
aluminium?
Najczęściej stosowanym dodatkiem jest krzem. Stopy takie nazywa się siluminami (11-14% Si), z reguły dodaje
się do nich również inne pierwiastki, aby zwiększyć wytrzymałość stopu lub poprawić inne jego właściwości.
Siluminy mają – podobnie jak czyste aluminium – sieć typu A1. Siluminy eutektyczne i nadeutektyczne wykazują
bardzo dużą żarowytrzymałość, wykonuje się z nich tłoki w silnikach spalinowych. Z siluminów
podeutektycznych wytwarza się części mające kontakt z wodą morską.

Drugą w kolejności grupą stopów odlewniczych aluminium są stopy Al i Mg (do ok. 13%), krystalizujące również
w sieci A1. Nadają się one na odlewy ciśnieniowe, wykazują największą odporność na korozję oraz najmniejszą
gęstość. W związku z tym stosuje się je na armaturę morską, a także części dekoracyjne i narażone na uderzenia.

Stopy aluminium z miedzią (4-13% Cu) są stosowane rzadziej, gdyż stanowią trudniejszy materiał odlewniczy
(skłonność do mikropęknięć), a także mniejszą odporność na korozję. Utwardza się je wieloetapową metodą
dyspersyją, z etapem pośrednim – miedzią zebraną w strefach GP.

Opisz techniczne zastosowania aluminium i jego stopów.
Zastosowania techniczne tych materiałów są, oczywiście, ściśle związane z ich właściwościami fizycznymi,
chemicznymi i mechanicznymi. Czyste aluminium stosowane jest w elektronice i elektrotechnice, a także w
przemyśle spożywczym (folia aluminiowa). Dzięki dużemu powinowactwu do tlenu, używa się je również do
produkcji stali (np. drobnoziarnistej).

Stopy aluminium są zdecydowanie lżejsze od stopów żelaza, stąd chętnie wykorzystywane są do produkcji np.
karoserii samochodowych (mniejsza masa = mniejsze zużycie paliwa). Siluminy nadeutektyczne cechują się dużą
żarowytrzymałością, znalazły więc swoje miejsce w produkcji tłoków w silnikach spalinowych. Stopy z
magnezem i miedzią odporne są natomiast na podwyższoną temperaturę, i właśnie ta ich cecha jest często
wykorzystywana przez inżynierów.

Jakie są właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne miedzi?
Miedź jest pierwiastkiem o bardzo wysokich własnościach przewodniczych. Zmniejszają się one jednak
gwałtownie wraz ze wzrostem ilości zanieczyszczeń, np. fosforu, żelaza czy krzemu.

Temperatura krzepnięcia miedzi – około 1100°C. Krystalizuje ona w jednej odmianie alotropowej, w sieci
regularnej, centrowanej ściennie A1. Wytrzymałość R

m

dochodzi do 250 MPa, twardość 45 HB, a wydłużenie

A

5

=30-35%.

Miedź jest odporna na korozję oraz działanie wody, dzięki tworzącemu się na jej powierzchni węglanowi
miedziowemu. Odporność tą traci jednak pod wpływem amoniaku. Jeżeli miedź zawiera tlen, podczas
nagrzewania w atmosferze zawierającej wodór ulega ona tzw. chorobie wodorowej. Polega ona na wytworzeniu
wody wewnątrz materiału, co prowadzi do powstania naprężeń i pęknięć.

W jaki sposób sklasyfikowano miedź?
Miedź klasyfikuje się ze względu na jej czystość (zawartość zanieczyszczeń). Istnieje miedź odlewnicza,
rafinowana ogniowo, odtleniona, katodowa przetopiona, beztlenowa i najczystrza – katodowa (o czystości
99,99%).

Czym charakteryzują się mosiądze i miedzionikle?
Mosiądze są stopami miedzi i cynku (do 45% Zn), miedzionikle – co nie jest szczególnie skomplikowane –
miedzi i niklu. Te pierwsze wykazują dużą odporność na korozję atmosferyczną i w wodzie morskiej. Zagraża im
jedynie odcynkowanie (gdy są zanużone w elektrolitach zawierających chlor) oraz pękanie sezonowe (pod
działaniem ośrodka zawierającego amoniak). Mosiądze wieloskładnikowe wykorzystywane są jako tworzywo
odlewnicze; wykonuje się z nich np. armaturę.

Dodatek niklu zmniejsza istotnie przewodnictwo miedzi. Ze stopu zawierającego 25% Ni wykonuje się monety.

12 | Exam info – skrypt egzaminacyjny MiBM WMRiT PP

Czym charakteryzują się różnego rodzaju brązy? Na czym polega ich obróbka
cieplna?
Brązy cynowe wymagają długotrwałego wyżarzania ujednoradniającego w temperaturze około 725°C. Są niezbyt
dobrymi materiałami do obróbki plastycznej; brązy cynowe wieloskładnikowe stosuje się najczęściej jako
tworzywo odlewnicze.

Brązy aluminiowe dwuskładnikowe poddawane są obróbce plastycznej, natomiast wieloskładnikowe – odlewa
się, a następnie hartuje z temperatury około 1000°C i odpuszcza w około 500°C.

Najwyższe własności mechaniczne oraz odporność na korozję i ścieranie mają brązy berylowe. Utwardza się je
wydzieleniowo, poprzez przesycenie, a następnie starzenie. Wytrzymałość takiego materiału sięga nawet
R

m

=1200 MPa.

Brązy krzemowe poddaje się wyżarzaniu ujednoradniającemu i odprężającemu, a w przypadku ich dalszej obróbki
plastycznej – także rekrystalizującemu. Są tańsze niż brązy cynowe.

Jakie jest zastosowanie techniczne miedzi i jej stopów?
Czysta miedź stosowana jest w elektrotechnice na przewody oraz w energetyce i przemyśle chemicznym – na
wymienniki ciepła (ze względu na swoje wysokie właściwości przewodnicze).

Właściwie wszystkie stopy miedzi używa się „w budowie maszyn”, co samo w sobie jest pojęciem dosyć
obszernym. Z bardziej konkretnych przykładów można wymienić trakcję elektryczną tworzoną z brązów
berylowych, a także monety z miedzionikli i śruby okrętowe z wieloskładnikowych mosiądzów czy brązów
aluminiowych. Mosiądze o dużej zawartości miedzi to tombaki – materiał do produkcji tanich ozdób jubilerskich,
a gdy doda się do nich nikiel – powstają nowe srebra (do produkcji nakryć stołowycz czy odznak). Ze stopu
zawierającego 32% cynku wykonuje się natomiast łuski do pocisków.

Uwagi końcowe

W opracowaniu wykorzystano informacje z wykładów wygłoszonych w ramach przedmiotu Metaloznawstwo z
obróbką cieplną, które odbywały się w semestrze zimowym r. ak. 2007/2008 na Wydziale Maszyn Roboczych i
Transportu Politechniki Poznańskiej, a także z książek poświęconych metaloznawstwu i materiałoznawstwu
autorstwa Leszka Dobrzańskiego, Stanisława Rudnika oraz Karola i Janusza Przybyłowiczów.

Autor skryptu nie gwarantuje stuprocentowej poprawności wszystkich odpowiedzi i nie bierze odpowiedzialności
za wszelkie szkody materialne i moralne spowodowane ich wykorzystaniem.