Notatki z Nom.

Grupy materiałów:

Metale i ich stopy

opony ze stalowym kordem

Kompozyt

beton zbrojony, cermetale

Polimery

CFRP GRFP

Ceramiki i szkła

Polimery z wypełnieniem

Rodzaje właściwości:

a) Ekonomiczne (cena, dostępność);
b) Mechaniczne właściwości obj. (gęstość, współ. tłumienia, granica plastyczności,

wytrzymałość na rozciąganie, twardość, odporność na pękanie, wytrzymałość
zmęczeniowa, odporność na zmęczenie, odporność na pełzanie);

c) Niemechaniczne właściwości obj.(cieplne, optyczne, magnetyczne, elektryczne);



Powierzchni (utlenianie, korozja, tarcie, ścieralność, zużycie)



Produkcyjne (łatwość wykonania, łączenia części, wykończenia)



Estetyczne (wygląd, powierzchnia, dotyk)

Projektowanie inżynierskie:

Właściwości

wynikające ze struktury

uwarunkowane czynnikami związanymi z

produkcją

mechaniczne właściwości

cena

Projektowanie

niemechaniczne właściwości

cechy produkcyjne, łatwość

wytwarzania

właściwości powierzchni

walory estetyczne, wygląd

Nauka o materiałach i inżynieria materiałowa

Materiałoznastwo

Nauka o materiałach-tworzenie nowych materiałów, wyjaśnianie zjawisk, definiowaniepojęć
Inżynieria materiałowa- wytwarzanie, modyfikacja, dobór
Skorupa ziemska- najwięcej tlenu i krzemu, żelazo, aluminium

Energochłonność materiałów:
Np. aluminium 300GJ/t, tworzywa sztuczne 100GJ/t, węgiel 29GJ/t, cement GJ/t

Cechy użytkowe

Sposób wytwarzania

Właściwości

Struktura

Pełzanie- powolna zmiana kształtu materiału (odkształcenie) wskutek działania stałych,
długotrwałych obciążeń , mniejszych od granicy sprężystości materiału.

Siły spójności materiałów:

Siły spójności

Kohezji międzyatomowe kohezji międzycząsteczkowej kohezji międzycząsteczkowej

I rzędu

II rzędu

III rzędu

-jonowe

–van der Waalsa

-van der Waalsa

-atomowe

-mostki wodorowe

-mostki wodorowe

-atomowe spolaryzowane
-koordynacyjne
-metaliczne

(o rząd wielkości mniejsze od

międzyatomowych, są to siły

addytywne-sumują się i mogą

być większe niż pierwszego rzędu)

Wytrzymałość- odporność na działanie sił zewnętrznych, zostaje przekroczona gdy materiał
traci spójność.

Układy materiałów:

1. Zwarte- w obrębie kilku rodzajów materiałów, występują siły spójnośći w materiałach

A i B, a także w spoiwie

Siły przyczepności

2. Rozproszone-(tworzą go kompozyty) działają siły przyczepności na granicy faz,

spójność kruszywa ( warstwy rozproszonej) i warstwy ciągłej, a także przyczepność
między I i II fazą
Przyczepność- między różnymi ciałami, na granicy faz (adhezja)
Kohezja- spójność w obrębie jednego materiału

A

S

B

faza rozproszona

faza ciągła

Typy zniszczeń materiału:

a) Korozja
b) Zużycie
c) Pękanie
d) Zmęczenie

Mechanizmy pękania

e) Erozja

plastyczne rozrywanie

kruche pękanie

Wiązania jonowe:



Łączą się atomy, różniące się liczbą elektronów



Przyciąganie się różnie naładowanych jonów( różnoimienne ładunki, oddawanie,

przyjmowanie elektronów)



Siły oddziaływania elektrostatycznego (coulombowskiego) są nie wiem



Najczęściej powstają między metalem a niemetalem



Powstaje pod wpływem przyłożonej siły

przyłożona siła

jony odpychają się,

materiał traci spójność



Materiały kruche! Wykazują kruche pęknięcia



Wiązania mocne



Rozpuszczają się w wodzie, ulegają dysocjacji



Różnica elektroujemności w skali Paulinga >1,7

Wiązania atomowe:



Wiązanie symetryczne, pary elektronów, wspólne użytkowanie przez oba atomy tego

samego rodzaju



Każdy atom oddaje do użytku wspólnego 1, 2, 3 elektrony, następuje współdzielenie

elektronów

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

+

-

+

-

+



Dla takich samych pierwiastków!

H + H H-H

Wiązanie atomowe spolaryzowane:



Jeżeli atomy wiążą się elektroujemnością, para elektronów przesunięta w stronę

atomu bardziej elektroujemnego np. HCl w kierunku chloru

Dipol ma niesymetryczny rozkład ładunku, cząsteczka powstająca w wyniku wiązania
atomowego spolaryzowanego.

Moment dipolowy- charakteryzuje wszystkie cząsteczki, w których występuje
nierównomierny rozkład elektronów, jeden atom silnie przyciąga do siebie elektrony
wiążące, środek ciężkości ładunku dodatniego nie pokrywa się z środkiem ciężkości ładunku
ujemnego

Wiązania koordynacyjne (donorowo-akceptowalne)



Para elektronów wiążących pochodzi od 1 atomu (donoru) a drugi z atomów

(akceptor) przyjmuje je tylko do swojego obwodu orbitalnego



Rodzaj kowalencyjnego wiązania chemicznego

H

H

N

H+

H

wiązanie koordynacyjne

Wiązania metaliczne:



Występują w grupie metali, nadają im charakterystyczne właściwości, jedyne jakie dla

nich występują



Tworzy się gaz elektronów z elektronów walencyjnych (elektrony walencyjne oddane

są do wspólnego użytkowania, powstaje gaz elektronowy)



Powstają dodatnio naładowane jony metali ( w chmurze)



Tworzą się wiązania metaliczne( dzięki oddziaływaniom coulumbowskich)



Swobodny ruch elektronów- przewodnictwo prądu elektrycznego



Pod wpływem przyłożonej siły nigdy nie nastąpi spotkanie 2 kationów, nie wystąpi

odpychanie, stąd plastyczność a nie kruchość i pękanie



Dzięki gazowi elektronowemu metale są świetnymi przewodnikami



W metalach nie ma innych sił, tylko wiązanie metaliczne

Siły międzycząsteczkowe II rzędu

+1

+1

Nie występują w metalach

Siły Van der Waalsa

a) Siły orientacji:


Najsilniejsze



Pomiędzy jonem a dipolem trwałym



Lub między dipolem trwałym a dipolem trwałym



Energia 20kJ/mol

b) Siły indukcji (słabsze)



Jon-dipol trwały



Dipol trwały-dipol indukowany



Energia 4kJ/mol

c) Siły dyspersji



Nie występują w materiałach w stanie stałym np. w cieczach łatwo lotnych



Na wskutek ruchu drgającego cząstek indukowane są dipole (chwilowe)

Mostki wodorowe



Mocniejsze od Van der Waalsa



H

2

0- wiązanie spolaryzowane w kierunku tlenu



Woda tworzy asocjaty ( cząsteczki wody połączone są ze sobą mostkami

wodorowymi)



Im wyższa temp. tym słabsze wiązanie



Stała cieplność organizmu człowieka jest związana z parowaniem wody (wysoka

temp)

H

H

H

H

O

O

H

H

H

H

O

O

H

H

H

O

O

H

1. Metale – wiązanie metaliczne (plastyczne, przewodniki prądu)
2. Mineralne (szkło ceramika)- dominują przede wszystkim wiązania jonowe, atomowe,

wiązania II rzędu, o właściwościach decyduje wiązanie jonowe, są kruche!!!

3. Orgarniczne ( bitumy, materiały polimerowe, drewno) – wiązanie atomowe, a o

właściwościach decydują siły II rzędu, nie ulegają działaniu wody, nie są rozpuszczalne
w rozpuszczalnikach organicznych.

Wytrzymałości materiałów są znacznie mniejsze niż wynika to z energii wiązań (defekty
struktury pojawiające się w danych materiałach, wyjątek nanomateriały)



Rodzaje ciał stałych:

1. Krystaliczne
2. Amorficzne (bezpostaciowe)
3. Polikrystaliczne

Kryształ- uporządkowany geometrycznie, stabilny układ atomów jonów lub cząsteczek
Budowę polikrystaliczną mają metale

Ciała amorficzne:



Szkła, żywice, tłuszcze, niektóre proszki



Nie wykazują żadnych regularnych płaszczyzn ograniczających



Nie można w nich wskazać żadnego prawidłowego ułożenia cząstek. Każdy kierunek

jest równoważny pod względem własności fizycznych(izotropowość)

Kryształy (monokryształy)-ciała organiczne płaszczyznami i których własności fizyczne (np.
sprężystość, przewodnictwo cieplne, elektryczne) są zależne od kierunku (anizotropowość)
Ciała krystaliczne –większość materiałów, można sobie wyobrazić jako powstające w
przestrzeni identyczne bryły geometryczne

Ciała amorficzne najpierw miękną, poźniej dopiero przechodzą w stan ciekły. Znacznie w
większym stopniu zwiększają swoje właściwości pod wpływem ciepla (opis za pomocą funkcji
temperatury).

Objętość

ciecz

ciecz przechłodzona

szkło

krystalizacja

Tg-temp. zeszklenia

Tt-temp. topnienia

krystaliczne

ciało

stałe

Tg

Tt

Temperatura

Istnieje bardzo dużo struktur krystalicznych związanych min. z 100 różnych pierwiastków,
4950 związków dwuskładnikowych etc.


Krystalofizyka- ustala zależności między właściwościami fizycznymi a budową kryształów
Krystalochemia- określa prawidłowości między składem chemicznym a właściwościami
chemicznymi materiału.
Krystalografia- nauka o kryształach. Składa się ona na krystalografie geometryczną,
strukturalna.

Definicja komórki prymitywnej: odpowiadającej jej bazy atomowej
Najmniejsza bryła atomowa, która po translacjach o wszystkie możliwe kombinacje
wektorów wypełnia całą przestrzeń bez dziur i nakładanie się.
Baza- atomowa sieć najmniejszy powtarzający się element struktury np. pojedynczy atom,
grupa atomów, jon.
Węzły sieci przestrzennej- są tam osadzone cząsteczki

Sieci krystaliczne
Więzy sieciowe- zbiory punktów mających takie samo otoczenie

Sieć otrzymana w wyniku równoległego przemieszczenia dowolnego węzła sieci krystalicznej.
Opis sieci przestrzennej-POJEBANE!

a) Układ uwspól. krystalograficznych
b) Komórka sieciowa

Dla danej substancji są charakterystyczne długości krawędzi( długości przypisane do
kryształu- tablice krystalograficzne, opisy na podstawie badań)

Układy krystalograficzne:
Układparametry sieciowe

1) Regularny – sześcian
2) Tetragonalny- prostopadłościan o podstawie kwadratu
3) Rombowy- prostopadłościan o podstawie prostokąta
4) Trygonowy
5) Heksagonalny
6) Jednoskośny
7) Trójskośny

Kryształy molekularne:



Zbudowane z cząsteczek



Dość nietrwałe mechanicznie



Topiące się w stosunkowo niskich temperaturach <300C , ze względu na małe siły

tworzące wiązania krystaliczne ( Van der Waalsa)



Należy tu najwięcej związków organicznych

Kryształy jonowe



Kryształy związków nieorganicznych, elektrolitów podlegających dysocjacji

elektrolitycznej)



Siły wiążące jony- oddziaływanie elektrostatyczne



Przykład gazy szlachetne, NaCl

Kryształy metaliczne:



Czyste metale i ich stopy



Materiały plastyczne



Duze przewodnictwo cieplne i elektryczne



Silnie odbiegają właściwościami od pozostałych typów



Zbudowane z kationów metalu tworzących sieć krystaliczną oraz pochodzących z

powłok walencyjnych elektronów tworzących gaz elektronowy

Struktura krystaliczna metali

a) Regularna, ściennie scentrowana- sposób w jaki ułożone są kationy metalu zajmują

wierzchołki i środki ścian sześcianu np. Cu, Al, Ni, Ag, Au, Pb, żelazo gamma

b) Regularna, przestrzennie scentrowana( w środku i na wierzchołkach) np. Mo, żelazo

alfa

c) Heksagonalna zwarta- Mg, Zn, Ti,kationy metalu tylko w narożach bryły

Kryształy kowalencyjne:



Mają osadzone atomy w węzłach sieci krystalicznej. Pomiędzy nimi są wiązania

atomowe kowalencyjne, tworząc makrocząstki np. diament

Diament:



Konfiguracja tetra cos tam, układ regularny, komórka elementarna sześcian



Cechy: trwałość, odporność chemiczna, szczególne właściwości optyczne

Grafit:



Ma budowę warstwową



Silne wiązania atomowe



Pomiędzy warstwami siły II rzędu- łatwo coś tam



Wzdłuż wiązań I rodzaju ciężko

Polimorfizm:
Ta sama substancja może wystąpić w kilku odmianach krystalicznych, różniących się
najczęściej właściwościami fizycznymi, optycznymi (np. diament i grafit)

Izomorfizm:



Występowanie różnych substancji prawie w tych samych strukturach sieci

krystalicznej



Ze względu na podobieństwo struktur tworzących przez nie kryształów (kierunki i

wymiary wiązań sieci krystalicznej) mogą tworzyć kryształy mieszane



Cząsteczki jednej substancji mogą zastępować w budowie kryształu drugiej cząsteczki



Zjawisko rzadziej występujące od poliformizmu

Defekty struktury krystalicznej (zmniejszają wytrzymałość, odporność chemiczną)

a) Występowanie luk w sieci przestrzennej –koncentracja napięcia w tym miejscu po

przyłożeniu siły, kryształ niszczy się, kruszy, pęka

b) Wbudowywanie w sieć krystaliczną obcych materiałów



Koncentracja naprężeń



Silnie rzutuje to na właściwości materiału, gdy jest ich więcej



Zanieczyszczenia, zaburzają odporność chemiczną

c) Wbudowanie atomu w pozycji międzysieciowej



Bardzo silnie obniża się odporność chemiczna np. w węzłach siarki

Wady struktury krystaliczne

Punktowe

Liniowe

Ziarnowe

-wakanse luki (wolne

dyslokacje:

granice ziaren

miejsca w sieci kryst)

-krawędziowe

-obcy atom w węźle

-śrubowe

-obcy atom międzywęzłowy
-atom międzywęzłowy

-proces dyfuzji

-odkształcenia plastyczne

-właściwości wyt. i mag.

-umocznienie roztworów

-umocznienia

stałych

Powielanie tych defektów powoduje obniżenie wytrzymałości mechanicznej. Chemicznej

Metale i ich stopy:



Wszystkie metale z wyjątkiem rtęci to ciała stałe, metaliczny połysk, dobra

przewodność cieplna i elektryczna (odkształcają a nie pękają) możliwość
obróbki plastycznej (walcowanie, kucie, wyciskanie, ciągnienie, tłoczenie)



Wysokie cechy wytrzymałościowe, zwłaszcza na rozciąganie



Wiele metali w wyniku działania atmosfery tworzy warstwy pasywne



Stopy mają korzystniejsze właściwości w stosunku do zwykłych metali, bardzo

zróżnicowana temperatura topnienia

Podział ze względu na gęstość

a) Metale lekkie (<5000kg/m3) np. Li, Mg, Al
b) Metale ciężkie (>5000kg/m3) np. Fe Cr Ni Sn Pb

Podział ze względu na temperaturę topnienia:

a) Metale trudnotopliwe np. Fe Cr N Ni (>700C)
b) Metale łatwo topliwe np. Sn Zn Pb (<700C)

Cecha niekorzystna dla metali to to, że w obecności tlenu mogą się utleniać
Warstwy pasywne- na miedzi różnią się barwami
Cuo(czarna, tylko w temp >50C), Cu

2

O (czerwono brunatna)

Jeżeli atmosfera nie jest zanieczyszczona tlenkami siarki powstaje zielona pałyna (złożona z
zasadowego węglanu miedzi) Jeśli jest szara warstwa- siarczany miedzi

Plastyczność- trwałe odkształcenie plastyczne, może wynosić kilkadziesiąt%, co umożliwia
obróbke plastyczną metali: walcowanie kucie tłocznienie

Warstwy pasywne:

1. Miedź



Czarna- Cu0- suche powietrze, wysoka temp



Czerwonobrunatna- Cu

2

0- suche powietrze



Zielona Cu

2

[(OH)

2

CO

3

] – atmosferyczne powietrze



Szara Cu

2

(OH)

2

SO

4

2. Cynk- bardzo reaktywny metal, szybko utlenia się, warstwa pasywna bardzo mocna,

zabezpiecza przed zniszczeniem, barwa szara ZnO+Zn

2

[(OH)

2

CO

3

]

3. Glin –szara Al

2

O

3

4. Magnez –biała matowa- Mg

2

[(OH)

2

CO

3

]

Możliwość trwałego łączenia na gorąco



Spawanie- stopnienie krawędzi łączonych z ewentualnym uzupełnieniem ziaren

spoiwem o składzie zbliżonym do łączonych metali



Zgrzewanie- rozgrzanie stykających się powierzchni tak, aby przeszły one w stan

plastyczny i dociśnięcie, uplastycznieniu ulega tylko niewielka objętość na granicy
styku



Lutowanie- łączenie elementów za pomocą spoiny (lutu), wypełnionej metalem o

temp topnienia niższej od metali łączonych, gdzie spoina jest nakładana w postaci
stopionej, podczas gdy lączone elementy pozostają cały czas w stanie stałym

1

SIECI KRYSTALICZNE METALI

1) Regularna, ściennie centrowana: Al., Cu, gamma-Fe, Ag, Au, Pb
2) Regularna, przestrzennie centrowana: α-Fe, Cr, Mo, W, V, Nb
3) Heksagonalna zwarta?: Mg, Zn, Cd, T

PODZIAŁ METALI:

1) Żelazne, żelazo i jego stopy
2) Nieżelazne (metale kolorowe) i ich stopy

Ad 1. 2 odmiany alotropowe żelaza  możliwość tworzenia różnych struktur gamma-Fe, alfa-Fe

- możliwość kształtowania wielu struktur w stopach

-90% zastosowań metali w technice  stopy żelaza!

-żelazo występuje w postaci tlenków, siarczków, siarczanów w przyrodzie

-temp topnienia żelaza ok. 1000 stopni C- nie stanowi barier do otrzymywania stopów (jego obróbki)

- stopy te dzieli się na stale i żeliwa

Ad. ?

-granicą oddzielającą stale od żeliw jest max rozpuszczania węgla w gamma-Fe

-stale zawierają 2,1%

-żeliwa od 2,11%-3,8%

-w Fe występują 2 przemiany fazowe (2 odmiany poliformowe?), co umożliwia tworzenia batrdzo
wielu mikrostruktur, które mają zróżnicowane właściwości fizyczne.



Faza- jednolita, wyodrębniona część układu oddzielona powierzchniami granicznymi

WYSTĘPOWANIE FE

-hematyt Fe

2

O

3

- tlenek

-magnetyt Fe

3

O

4

-tlenek

-syderyt FeCO

3

- węglan

-limonit -węglan

-piryt FeS

2

-asenolit?

OTRZYMYWANIE

Fe

2

O

3

+ 3C= 2Fe + 3CO redukcja węglem lub tlenkiem węgla

Fe

2

O

3

+ 3CO= 2Fe + 3CO

2

C + CO

2

= 2CO

Fe

3

O

4

+2C= 3Fe +2CO

2

1. FAZY STOPOWE

Stop – tworzywa składające się z metalu, do którego wprowadzono co najmniej 1 pierwiastek (metal
lub niemetal) w celu zmiany jego właściwość w żądanym kierunku.

W stanie ciekłym składniki stopów rozpuszczają się zwykle bez ograniczeń tworząc roztwory ciekłe
(fazy po temp topnienia ciekłe) o nieograniczonej rozpuszczalności.

Faza – fizycznie odrębna, chemicznie jednorodna i teoretycznie dająca się oddzielić część materiału

Roztwór stały- jednorodna faza złożona z co najmniej z 2 rodzajów atomów (cechy –ma typ struktury
krystalicznej składu stanowiącego podczas roztworu?? rozpuszczanie ???)

Stopy mogą być zbudowane z następujących faz

-fazy proste (czyli pierwiastki-brak rozpuszczalności składników)

-roztwory stałe (rozpuszczalność składników)

-fazy międzymetaliczne (żelazo i węgiel)

Roztwór stały- jednorodna faza złożona z co najmniej 2 rodzajów atomów

-roztwór ma typ struktury krystalicznej składnika stanowiącego podstawę roztworu-rozpuszczalnika

-wyróżnia się roztwory stałe różno węzłowe (a) i międzywęzłowe (b)

Roztwór-stanowi fazę homogeniczną (jednorodna) mieszanina co najmniej 2 składników

a) Różnowęzłowe  substancja rozpuszczona osadza się w węzłach sieci krystalicznej

Rysunek

b) Międzywęzłowe  węgiel osadza się pomiędzy węzłami

rysunek

Roztwór stały- jego struktura krystaliczna zależy od podstawy roztwory- taka jak jego struktura, jego
składnikiem jest substancja występującą w nadmiarze, substancję rozpuszczoną jest ta w 2 fazie.

Roztwory różnowęzłowe- tworzą się w wyniku zbliżonych promieni? Atomowych składników

Roztwory węzłowe- tworzą metale przejściowe (np. Fe, Ti) z pierwiastkami niemetalicznymi o bardzo
małych promieniach atomowych (H, CN?)

Zniekształcenia sieci i napięcie wewnętrzne w roztworze są powodem:

-mniejszej elastyczność, plastyczności

-większej wytrzymałości

-mniejszej przewodności elektrycznej w porównaniu z rozpuszczalnikiem

Fazy międzymetaliczne- struktura i właściwości pośrednie miedzy roztworami stałymi i związkiem
chemicznym.

Cechy charakterystyczne:

- struktura krystaliczna odmienna od struktury skład

- uporządkowane rozmieszczenie atomów składników w sieci stała proporcja atomów Fe

3

C i węglik

żelaza

-wiązanie metaliczne

-uporządkowane rozmieszczenie atomów składników w sieci, stała proporcja atomów

Wykresy fazowe- (układów równowagi faz stopowych)

-pokazują budowę fazową, strukturę stopów danego układu w funkcji składu chemicznego i temp

UKŁADY- wszystkie możliwe stopy utworzone przez te same składniki np. układ Fe-C, czyli wszystkie
stopy utworzone przez Fe i C

STAL WĘGLOWA

-surówka-stop żelaza z węglem, krzemem, manganem, siarką, fosforem, tlenem, azotem i innymi do
ok. 10%--> otrzymuje się ją w piecu

-podlega ona okresowej obróbce w piecach stalowniczych, podczas której utlenia się znaczna część
domieszek (nie przekracza ona wtedy ??)

 powstaje stal węglowa

Stopy żelaza – klasyfikacja

Żelaza: Stopy żelaza:

-wysokiej czystości (100% Fe) -surówki, stale, żeliwa, żelazostopy, staliwa(odlewnicze)

-żelazo technicznej czystości

Stal- stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi zawartość do ok. 2% węgla, otrzymamy w
procesach stalowniczych, przeznaczony na półwyroby: wyroby przerabiane plastyczne.

Stal węglowa (zwykła-niestopowa) –nie zawierająca specjalnie wprowadzonych dodatków
stopowych, jedynie węgiel i ograniczone ilości pierwiastków pochodzących z rudy, procesu
hutniczego np.

Stal stopowa- zawierająca pierwiastki stopowe wprowadzone w celu zmiany właściwości w
określonym kierunku np. stal nierdzewna

Staliwo- stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stalowymi zawierającymi do ok. 2% węgla,
otrzymany w procesach stalowniczych przeznaczonych na odlewy

Pierwiastki występujące w stalach: (stal nierdzewna dodatek chrom)

a) składniki zwykłe-odtlenianie stali: Mn, Si, Al. (uspakajanie stali-usuwanie tlenu. Tlen obniża
właściwości wytrzymałościowe przy obróbce)

b)zanieczyszczenia- usuwanie nieopłacalne: S, P, O, N, H

c) pierwiastki stopowe- Ni, Cr, Mo, Mn, Si, N, V, Cu i B wprowadzamy je celowo, aby uzyskać stal
stopową o lepszych właściwościach

Wpływ węgla na właściwości stali:

-maksymalna wytrzymałość-wraz ze wzrostem do ok. 0,8% zawartość węgla wzrasta po przekroczeniu
1% maleje

-wytrzymałość(stan graniczny plastyczności)-jak wyżej?

-twardość stali (określana w stopniach…)

-odporność na pękanie-spada wraz ze wzrostem zawartości węgla

Na podstawie wykresu:

-wraz ze wzrostem zawartości węgla w stali rośnie jej twardość

-Rm –wytrzymałość stali, wraz ze wzrostem zawartości (do 0,8%) również wzrasta, po przekroczeniu
ok. 0,8% maleje. To samo dotyczy wytrzymałości granicy plastyczności

-Re rośnie do ok. 0,1%-później maleje bo wzrasta kruchość stali. Wraz z zawartością węgla (maleje
odporność na pękanie)

Na podstawowe właściwości stali rzutuje zawartość węgla

WPŁYW NA WŁAŚCIWOŚCI STALI (wpływ składu chem na własności stali)



Węgiel

-podwyższa właściwości wytrzymałościowe stali przy obniżeniu właściwości plastycznych

-wytrzymałości i granica plastyczności wzrastają jedynie do zawartości 0,8% węgla, ponieważ
obecności cementytu (Fe

3

C) wtórnego powoduje kruchość stali



Mangan

-występuje w postaci roztworu stałego w ferrycie

-podwyższa właściwości wytrzymałościowe nie wpływające na plastyczność

-korzystnie wpływa na zgrzewalność stali



Krzem

-pogarsza zgrzewalność (np. pogarsza spawanie)

-również w postaci ciała stałego

-podnosi właściwości wytrzymałościowe stali, w tym granicę sprężystości



Fosfor

-zwiększa kruchość stali zmniejsza plastyczność, podwyższa temp przy której stal staje się krucha,
powodując jej kruchość w zimne

-domieszka ochronna



Siarka

-najbardziej szkodliwa domieszka

-reagując min. z Mn

-silnie wpływa na odporność stali na korozję

-siarczki zwiększają kruchość

-stal łatwiej pęka i staje się krucha



Miedź

-w postaci roztworu stałego w ferrycie?, odporność na korozję



Nikiel

-ułatwiony jest proces hartowania stali (obniża temp w której stal przechodzi w stan kruchy)

-9% stal odporna na korozje i żaroodporna

-3-9% duża temp przejście w stan kruchy



Chrom

- 10,55< zapewnia odporność na korozje i utlenianie np. w stalach nierdzewnych (droga bo dużo
domieszek metali szlachetnych)



Molibden

-zwiększa hartowność, twardość i odporność na korozję

-opóźnia mięknienie stali przy wzroście temp



Wolfram

-zapewnia wzrost odporność na ścieranie

Kryteria klasyfikacji stali:

Kryterium podziału

Przykładowe rodzaje grupy stali

Skład chem

Niestopowa(węglowa), stopowa

Podstawowe zastosowanie

Konstrukcyjna, narzędziowa, o szczególnych
właściwościach np. stal magnetyczna

Jakość min. stężenie

Jakościowa, specjalna ograniczona zawartość
fosforu i ołowiu

Sposób wytwarzania

Stal martenowska, elektryczna, ..

Sposób odtlenienia

Uspokojna, półuspokojona i nieuspokojona

Rodzaje produktów

Blachy, pręty, druty…

Postać

Lana, kuta, walcowana np.. gorąco walcowana
zimną

Stan kwalifikacyjny

Surowy, wywarzony…?

Stal nieuspokojona - gdy tlen nie jest związany, silne „burzenie” – duże wydzielenie tlenu; zalety:
wysoka wydajność; wady: silna segregacja, występowanie pęcherzy gazowych, skłonność do starzenia
się,

Stal odtleniona tylko manganem we wlewku niespokojnie, wydzielają się gazy (zjawisko wrzenia)

Stal uspokojona - stal odtleniona krzemem, i częściowo glinem, przy krzepnięciu nie zachodzą żadne
reakcje i wydzielenie się gazu; zalety: nieznaczna segregacja, brak wyraźnego starzenia się stali,
lepsze własności plastyczne; wady: mniejsza wydajność.

Stale węglowe(niestopowe) – zawartość węgla decyduje o właściwościach mechanicznych
Pozostałe pierwiastki znajdujące się w tych stalach pochodzą z przerobu hutniczego (krzem, mangan,
aluminium) z zanieczyszczenia ( fosfor, siarka, tlen, wodór , azot)

Stal stopowa – stale, do których celowo wprowadza się pierwiastki stopowe, by nadał im
wyznaczone właściwości, zdarza się, że słabym dodatkiem jest azot,

Żelaza – 2 odmiany alotropowe:  i ; żelazo - termodynamiczne, trwałe od niskich temperatury do
912 st. ( w 912 st- w równowadze), oraz od temp. 1390-1534 st. Ma strukturę krystaliczną, o sieci
regularnej przestrzennie centrowanej, żelazo  - termodynamiczne, trwałe w temp. 912-1390st. Ma
strukturę krystaliczną o sieci ścienno centrowanej,

Stal półuspokojona – stal odtleniona manganem, niewielką ilością krzemu, wlewek krzepnie bez
wrzenia, lecz wydzielają się pęcherze wewnętrzne, w miarę duży uzysk( 8-15%); wady: pośredni
stopień segregacji i ilości pęcherzy.

Cementyt – faza międzymetaliczna (międzywęzłowa),zawiera 6,7% węgla, krystalizująca w temp.
1252 st. Twardość: 700 MB – 10x większa od żelaza A= 0%

Stopy żelaza z węglem – traktujemy jako dwuskładnikowe, mimo ze zawierają też inne pierwiastki,
Niskostopowe – o zawartości pierwiastka stopowego poniżej 5%
Wysokostopowe – o zawartości przynajmniej 1 pierwiastka stopowego powyżej 5%

Stale węglowe (niestopowe) – do 0,6% węgla

Żelazo techniczne – 0,2% domieszek

Żeliwo – stop żelaza z węglem, zawierający ponad 2% węgla

W układzie równowagi żelazo-cementyt (zależnie od temperatury i zawartości węgla)
Występują fazy:

a) Ferryt – roztwór stały węgla w -Fe [Fe



(C)], graniczna zawartość węgla od 0,008% do 0,02%,

właściwości fizyczne i mechaniczne zbliżone do -Fe

b) Austenit – roztwór węgla międzywęzłowy w - Fe, graniczna zawartość węgla (jednocześnie

graniczna w stalach), duża plastyczność

c) Cementyt – węglik żelaza, krystalizuje się w układzie rombowym, stosunek żelaza do węgla

3:1

Składniki strukturalne – w stopach żelazo – cementyt mogą wystąpić następujące strukturalne
składniki jednofazowe:



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

Perlit – (Fe



(C) + Fe

3

C)



Stale perlityczne służą do budowy szyn,



Mieszanka faz: ferrytu i cementytu,



Budowa pasmowa



MB=220-260 Rm=700-800 MPa A10~7%

Ledeburyt



Roztwór ciekłego LC w temperaturze 1147 st,



Mieszanina euktektyczna faz: austenitu i cementytu,



Poniżej 723 st. Ledeburyt stanowi mieszaninę perlitu i cementytu, struktura taka nosi nazwę

ledeburyt przemieniony

Ferryt- budowa komórkowa, może mieć budowę iglastą

Na właściwości stali maja wpływ:

Skład chemiczny technologia wytwarzania  mikrostruktura [ najlepiej drobnoziarnista
(najmniejsze szanse na wady strukturalne) i jednorodna]  właściwości

Zależność między twardością a odpornością na ścieranie i wraz ze wzrostem twardości maleje
odporność na ścieranie.
Zwiększamy odkształcalność ( przy dodatkach stopów i składników)  zmniejsza się wytrzymałość

Obróbka termiczna stali



Stale niestopowe- wyżarzane,



Mikrostruktura po wyżarzaniu: drobnoziarnista, jednorodna na przekroju,



Właściwości mechaniczne po wyżarzaniu: wyższa granica plastyczności, udarności, niewielki

wzrost pozostałych właściwości,

Cel



Usunięcie skutków przegrzania,



Ujednorodnienie struktury wyrobów hutniczych,



Ujednorodnienie struktury w wyrobach spawanych,



Zapewnienie powtarzalności wyników obróbki cieplnej w produkcji seryjnej,

Hartowanie – składa się z 2 faz:



I faza: nagrzewanie się do temperatury 750 st,



II faza: szybkie schładzanie, szybkie schładzanie musi być takie, by z austenitu nie zdążył

wydzielić się cementyt,



Stal w niższych temperaturach staje się krucha, dlatego podlega wyżarzaniu

Martenzyt ( faza drobnokrystaliczna) – korzystnie zmienia si właściwość stli, podnosi twardość i
wytrzymałość stali,

Jest to metastabilna faza stopu Fe i powstała podczas szybkiego schładzania austenitu,. Polega na
przebudowie sieci krystalicznej, sieć krystaliczna ścienno centrowana na sieć tetraponalną
przestrzennie centrowaną,

Ferryt



międzywęzłowy roztwór stały węgla w żelazie Fe



(C),



graniczna zawartość węgla w stanie równowagi, w temperaturze 20st. – 0,008% i wzrasta, w

temperaturze 723 st. – 0,02%,



budowa komórkowa, może mieć budowę iglastą, bardziej rozdrobniony,



właściwości fizyczne i mechaniczne zbliżone do żelaza,



80 MB (twardość ) Rm – ok. 300 MPa (wytrzymałość) A10 – ok. 40% (odkształcalność)

Austenit



Struktura komórkowa, bardziej regularna niż ferryt,



Charakterystyczne dla struktury austenitu jest występowanie rekrystalizacyjnych kryształów

bliźniaczych,



Międzywęzłowy roztwór węgla w żelazie Fe



(C)



Graniczna zawartość węgla 1147 st. - 2,06% - równocześnie duża plastyczność, wyższa

gęstość niż ferryt,

Cementyt



Występowanie w stopach w postaci cementytu pierwszo, drugo lub trzeciorzędowego ( w

zależności od węgla),



Cementyt pierwszorzędowy – ponad 4,3% węgla,



Cementyt wtórny – wydziela się z austenitu C>0,8%, na skutek zmniejszającej się ze spadkiem

temperatury rozpuszczalność węgla w żelazie ,



Cementyt trzeciorzędowy – wydziela się z ferrytu, na skutek zmniejszającej się ze spadkiem

temperatury rozpuszczalności węgla w żelazie ; w stalach o małej zawartości węgla,
powstaje na granicy ziaren ferrytowych,

Perlit



Mieszanka 2 faz: ferrytu i cementytu,



0,8 % zawartości węgla



Tworzy się w temperaturze 723 st.,



Ma budowę pasemkową – składa się z płytek ferrytu i cementytu i ułożonych na przemian,

obecność perlitu daje wysoką wytrzymałość dla stali,

Ledeburyt



Eutektyk o zawartości 4,3% węgla, tworząca się z roztworu ciekłego LC w 1147 st.,

Eutektyk – mieszanina, układ 2 fazowy, który nie daję się rozdzielić,


Mieszanina eutektyczna 2 faz: austenitu i cementytu



Poniżej temperatury 723 st. Ledeburyt stanowi mieszaninę perlitu i cementytu, struktura ma

wtedy nazwę ledeburytu przemiennego,

Struktury stali węglowych
W temperaturze otoczenia w zależności od zawartości węgla, struktury stali węglowych są
następujące:



Przy zawartości węgla teoretycznie nie przekraczającej 0,0087 występuje struktura

ferrytyczna (czyste żelazo),



Przy zawartości węgla 0,008-0,027% żelazo techniczne ( na granicy fazy ferrytu wydziela się

cementyt trzeciorzędowy,



Stale o zawartości do 0,8% węgla noszą nazwę stali podeutektoialnych, ich struktura składa

się z 2 składników (ferrytu i perlitu), przy czym w miarę wzrostu zawartości węgla w stali
wzrasta zawartość perlitu w strukturze,



Stal o zawartości 0,8% węgla ma strukturę perlityczną i nosi nazwę eutektoidalną



Stale o zawartości 0,8-2,06% węgla nazywają się stalami nadeuktetoidalnej i maja strukturę

składającą się z perlitu i cementytu wtórnego, w miarę wzrostu zawartości węgla wzrasta
ilość cementytu w strukturze, granica zawartości węgla 2,06% wynosi wtedy 20%.

Wpływ węgla na mikrostrukturę stali: (obrazek)

Stal podeutektoidalna



Ferryt- jasne obszary



Pereit- ciemne,

Stal eutektoidalna



100% ferrytu



Jednorodna

Stal nadeutektoidalna



Pereit – ciemne obszary



Struktura budowy – gruboziarnista

Podsumowanie:



Najwyższą wytrzymałość i najwyższą plastyczność ma stal o strukturze ferrytycznej



Wzrasta zawartość węgla  rośnie zawartość i wytrzymałość stali przy jednoczesnym

obniżaniu się pasywności,



Maksymalna wytrzymałość  stal eutektoidalna (0,8%C)



Dalszy wzrost zawartości węgla powoduje podwyższenie twardości, gdyż w strukturze

pojawia się cementyt wtórny, jednocześnie maleje wytrzymałość stali (jest mało pasywna)

Klasyfikacja stali (wg PN-EN 100020:2003)



Opiera się na analizie wytopowej ( zawartość pierwiastków) i zależy od ich minimalnej

zawartości

Klasyfikacja znaków stali:
1)wskazujące na zastosowanie oraz mechaniczne lub fizyczne właściwości stali
2)wskazujące na skład chemiczny stali

Ważniejsze znaki wskazujące na zastosowanie oraz mechaniczne właściwości stali:
Oznaczenie literowe

Oznaczenie cyfrowe

S - stale konstrukcyjne
P – pracujące pod ciśnieniem
L – na rury przewodowe
E – stale maszynowe

Liczba równa min. granicy plastyczności
[N/mm

2

] dla najmniejszej grubości wyrobu

B - stale do zbrojenia betonu

Charakterystyczna granica plastyczności
N/mm

2

]

Y - stale do betonu sprężonego

Minimalna wytrzymałość na rozciąganie
N/mm

2

]

R – stal na szyny lub w postaci szyn

Minimalna wytrzymałość na rozciąganie
N/mm

2

]

H - wyroby płaskie walcowane na zimno ze
stali o podwyższonej wytrzymałości do
kształtowania na zimno

Minimalna granica plastyczności [N/mm

2

]

T – j.w.

Minimalna wytrzymałość na rozciąganie
N/mm

2

]

D - wyroby ze stali miękkich do
kształtowania na zimno (poza tymi ze
znakiem H)

M – stale elektrotechniczne

Przykłady oznaczeń stali :
S185 – stal konstrukcyjna o Re=185 [MN/m

2

] (N/mm2

2

);

S 355JR- stal konstrukcyjna o Re=355 [MN/m

2

] (N/mm2

2

), o udarności w temp. +20

o

C w wysokości

min. 27 [J].

Stale wysokostopowe

-pasywacja stali stopowych

Chrom - niezbędny dodatek stopowy

Stal odporna na korozje – warunki pasywności
-min. zawartośc chromu Cr: 10,5%
-max. Zawartośc węgla C:1,2%
-Pasywność się poprawia gdy: zawartość chromu wynosi ~17%
-Większość stali wysokostopowych zawiera 17-19% Cr
-utrudniona obróbka stali
-odpornośc korozyjna zależy od obecności warstwy pasywnej
- realne oszczędności - Możliwa optymalizacja do eksploatacji w różnych środowiskach dzięki
dodatkom stopowych np. Ni, Mo, N, Cu….

Stale odporne na korozję:

Rodzina stali wysokostopowych:
-Ferrytyczne
-Austenityczne
-Martenzytyczne
-Martenzytyczno-austenityczne
-Ferrytyczno-austenityczne

Żelazo może być stabilne w trzech formach krystalograficznych:
-Ferryt
-Austenit
-Martenzyt

•

Żelazo stabilne jest kiedy:

–

austenit ponad 914°C

–

ferryt poniżej 914°C.

–

Martenzyt i ferryt poniżej 550°C

Wpływ dodatków stopowych:
-Poprawa stabilności austenitu w niskich temperaturach.
-Zwiększanie intensywności formowania się martenzytu poprzez ograniczanie transformacji w ferryt.

 według zawartości niklu:

 nierdzewne:

-Ni<2.5 %

-żaroodporne

-Ni >2.5 %

-żarowytrzymałe

•

Dodatki stopowe zmianiają zarówno odporność korozyjną jak i mikrostrukturę.

•

Dodatki stopowe mogą stabilizować austenit jak i ferryt.

•

Stabilność faz zależy od zawartość składników

Dlaczego skład fazowy jest tak bardzo ważny:

•

Ferryt, austenit i martenzyt ma bardzo różne właściwości z uwagę na formę krystalograficzną.

•

Na przykład:

–

Ferromagnetyzm,

–

Rozszerzalność cieplna,

–

Przewodnictwo cieplne,

–

Odporność.

–

Mechaniczne właściwości.

Stale wysokostopowe:
Wykres przedstawiający odpornośc na naprężenia i właściwości plastyczne:

WTRĄCENIA:
-stale wysokostopowe nie są odporne na wysokie temperatury:

a)Węgliki i azotki (550°C - 800°C). szybkie chlodzenie obniża wartośc

-Dyfuzja do wszystkich faz. azotków i węglików
-Obniżają odporność korozyjną i udarność.

b)Wtrącenia międzymetaliczne (700°C - 900°C).

-Ferryt i austenit (>17% Cr & Mo). szybko schłodzić
-Obniżają odporność korozyjną i udarność.

c)475°C Kruchość (350°C - 550°C). należy unikać tych temperatur

-ferryt i martenzyt (>15% Cr).
-Obniża udarność.
-Rzadko występuje.

Stale ferrytyczne [Typowy skład: 15-30%Cr, < 0.1%C, < 1%Mo]

-Dobra odporność korozyjna (również w środowiskach zawierających jony chlorkowe)
-Wytrzymałość na naprężenia słaba do średniej.
-Średnia udarność
-Średnia wytrzymałość
-Średnia formowalność.
-Słaba do średniej spawalność.
-Średni koszt

Zastosowanie stali ferrytycznych:

•

Rury, wymienniki ciepła, zbiorniki.

•

Przemysł spożywczy, chemiczny, papierniczy.

•

Środowiska zaw. jony chlorkowe

•

Wysokie temperatury, zw. siarki

Stale martenzytyczne: [Typowy skład: 12-17%Cr, 0.1-1%C]

-Wysoka wytrzymałość.
-Średnia odporność korozyjna.
-Średnia odporność na utlenianie
-Średnia udarność
-Średnia wytrzymałość
-Średnia formowalność.
-Słaba do średniej spawalność

Zwiększając zawartość węgla rośnie wytrzymałość, ale spada udarność,
formowalność, spawalność

Zastosowanie stali martenzytycznych:

-0.1%C

•

Przemysł chemiczny, turbiny, sprężarki

-0.3%C

•

Skrzynie biegów, przekładnie.

-0.6%C

•

żyletki .

-1%C

•

Instrumenty medyczne, konstrukcje pracujące w wysokich temperaturach

Stale martenzytyczno-austenityczne posiadają podobne zastosowania (większa udarność)


Stale austenityczne [Typowy skład: 18%Cr, >8%Ni, <0.1%C]:

-Znakomita odporność korozyjna (Oprócz środowisk zawierających jony chlorkowe)
-Dobra odporność na utlenianie.
-Wysoka udarność.
-Wytrzymałość na naprężenia słaba do średniej.
-Dobra formowalność.
-Dobra spawalność.
-Wysoki koszt.

Mała zawartość węgla lub dodatek tytanu przeciwdziała uczuleniu
Molibden poprawia odporność korozyjną, jednak wymaga stosowania większej ilość niklu do
stabilizacji austenitu

Zastosowanie stali austenitycznych:

•

Szeroki zakres zastosowania.

–

Rury, wymienniki ciepła, zbiorniki – kontakt z żywnością, przemysł chemiczny,
farmaceutyczny, przemysł papierniczy, naftowy.

•

Większa zawartość stopowych dla bardziej agresywnych środowisk.

Dobra odporność na pełzanie i utlenianie w wysokich temperaturach
Nie ma właściwości magnetycznych

Stale ferrytyczno-austenityczne (Duplex)[

Typowy skład: 22%Cr, 5%Ni, 0.03%C, 0.08%N]

-Znakomita odporność korozyjna (W środowiskach zawierających chlorki)
-Wysoka udarność
-Wytrzymałość średnia do wysokiej.
-Dobra formowalność .
-Dobra spawalność
-Wysoki koszt

Wytrzymałość około 2 x lepsza niż stale austenityczne przy porównywalnej odporności

Zastosowanie stali typu Duplex:

•

Zamiennik stali austenitycznych – praca w większych obciążeniach.

–

Wysoka wytrzymałość obniża wagę i koszt

•

Rury, zbiorniki, pompy w środowiskach chlorków.

–

Przemysł naftowy, papierniczy,

•

Konstrukcje wymagającej dużej odporności na korozję zmęczeniową

–

Elementy maszyny papierniczej

–

Pompy wody morskiej – platformy wiertnicze

Stopy żelaza z węglem:

-stale węglowe – wszystkie stopy żelaza z węglem (od 0,02-2,06% C)
-żelazo techniczne - <0,02% zawartości węgla
-żeliwo - >2,06% zawartości węgla

Podsumowanie:
-najniższa wytrzymałość i najwyższa plastyczność w temp pokojowej ma stal o strukturze ferrytycznej
-w miarę wzrostu zawartości węgla a więc również wzrostu zawartości perlitu w strukturze, rośnie
wytrzymałośc i twardośc stali, przy jednoczesnym obniżaniu się plastyczności
-maksymalną wytrzymałość w stanie wyżarzonym ma stal

Eutektoidalna (0,8% C)

-dalszy wzrost zawartości węgla powoduje podwyższanie twardości, gdyż w strukturze pojawia się
cement wtórny, równocześnie jednak maleje efektywna wytrzymałość stali, ponieważ staje się ona
mało plastyczna.

Obróbka cieplna- chemiczna- polega na nasyceniu borem pow. Warstwy przedmiotów. Skutek-
zwiększenie odporności na działanie kwasów (w tym solnego), nadanie właściwości antykorozyjnych,
twardości.

Metody borowania



W ośrodkach stałych (w tym w proszkach i pastach)



W ośrodkach ciekłych (z pododmianą borowania)

Stale niestopowe- konstrukcyjne



Spawanie



Im większa zawartość C, tym większa jest granica plastyczności i zdolność stali do

przenoszenia obciążeń

Np. 0,20%- części rowerowe

0,2-0,35%- konstrukcje mostów, budynków

Stale niestopowe- narzędziowe



Do wyrobu narzędzi, zużycie w temperaturze pokojowej do 250°C



Twardość, odporność na ścieranie



Większa zawartość niż w stalach niestopowych konstrukcyjnych

STALE STOPOWE



Konstrukcyjne



Narzędziowe



O szczególnych właściwościach

Stale stopowe konstrukcyjne



Niskostopowe (ok 5% przerw? Stopowych)



Poddawanie obróbce cieplnej np. hartowanie

Stale stopowe narzędziowe



Na narzędzie do pracy na gorąco (do 600°C)



Pierwiastki stopowe zapewniają dużą hartowność i twardość

Stale stopowe o szczególnych właściwościach



Stale odporne na korozję (Cr>13%)

1. Stale trudno rdzewiejące (szybkość korozji silnie spowolniona)
2. Stale odporne na korozję

Podział ze względu na skład chemiczny



Wysokochromowe



Chromowo- niklowe



Chromowo- niklowo- manganowe

Wpływ składu chemicznego na strukturę stali

?Wykres Schafflera

ŻELIWA

Def. Odlewnicze stopy żelaza z węglem o zawartości> 2,1% C oraz zawartości Mn, P, Si, S.
zastosowanie: elementy, które otrzymuje się z odlewania form.

Skład chemiczny:

2,1- 3,8% C

0,5- 3,5% Si- do odtleniania

0,2- 1% Mn- do odtleniania

0,05- 0,8% P- zanieczyszczone

0,02- 0,15% S- zanieczyszczone

Cechy:



Niewielki skurcz? Odlewniczy 1-2%



Łatwość wypełniania form



Dobra obrabialność



Żeliwo, dzięki wysokiej zawartości C, posiada wysoką odporność na korozję

Fazy węgla



Występowanie konkretnej fazy węgla zależy od szybkości schładzania (ze stanu ciekłego na stały)



Wolne schładzanie- sprzyja wydzielaniu się grafitu



Wpływ dodatków stopowych:

1. Si powoduje skłonność do wydzielenia się grafitu
2. Mn o zaw powyżej 0,8% sprzyja powstawaniu zabarwień? (Fe

3

C)

3. P zwiększa zarówno zawartość jak i wymiary wydzieleń? Grafitu
4. S utrudnia grafiztyzację

Podział:



Żeliwo białe

1. Cały węgiel związany Fe

3

C (cementyt)

2. Żelazo twarde, kruche, słabo obrabiane



Żeliwo szare

1. Węgiel w postaci grafitu
2. Grafit płatkowy, sferoidalny, kłaczkowe



Żeliwo sferoidalne

1. Ciekłe żeliwo
2. Znacznie większa wytrzymałość od innych żeliw ( od Rr= 900mPa)



Żeliwo ciągliwe

1. Z żeliwa białego przez obróbkę cieplną
2. Zwiększona wytrzymałość i odkształcalność

Żeliwo szare



Dobra wytrzymałość na ściskanie



Dobra zdolność tłumienia drgań



Bardzo dobra skrawalność



Odporność na ścieranie



Tani materiał



Łatwość badawcza kształtów

Żeliwo białe



Bardzo twarde i kruche (ze względu na zawartość cementytu



Słabo obrabialne



Po długotrwałym wyważaniu- żeliwo ciągliwe

Żeliwo zmodyfikowane



Dodaje się do 15% modyfikantów. Najczęściej: żelazokrzem, stop żelazokrzemu z wapniem,

magnezem itp.



Aby struktura była bardziej drobnoziarnista- lepsze właściwości odlewnicze

Żeliwo stopowe- z krzemem, niklem, chromem, molibdenem, aluminium

Typy:



Odporne na korozję



Kwasoodporne



Żaroodporne

1. Sillal- wysoka kruchość, najbardziej popularny, jeden z tańszych od odlewów?
2. Nicrosilal- bardziej wytrzymały
3. Niresist- odporność na korozję

STOPY METALI NIEZALEŻNYCH (kolorowych)



Wspólne metody badawcze i techniki obróbki dla metali żelaznych



Cecha metali niezależnych- bardzo duża ilość i zróżnicowanie właściwości (bo duże

zróżnicowanie chemiczne)



Do metali kolorowych zalicza się m. in. Cu, Al, Su, Pb

Miedź



Metal miękki (duża plastyczność), łatwo poddaje się obróbce



Stop miedzi z cyną- brąz (większa twardość od miedzi)



Charakterystyczne czerwonawe zabarwienie



Bardzo dobry przewodnik elektryczności (lepsze tylko srebro)



Wysoka przewodność cieplna



Duża odporność na korozję (obecność patyny)



Niskie własności wytrzymałościowe

Stopy miedzi:



Mosiądze (stopy miedzi z cynkiem do 45%)



Mosiądze wieloskładnikowe (oprócz cynku inne dodatki), (1-4%) np. aluminium- poprawa

odporności na korozje atmosferyczne, wody morskiej.

Inne: mangan, krzem, żelazo

Struktura mosiądzów uzależniona głównie od zawartości cynku



Do 38% Zn- roztwór stały (duża plastyczność i wytrzymałość)



Powyżej 38% Zn- dwufazowa struktura (stop kruchy, niska wytrzymałość)

Podział mosiądzów



Odlewanie (zwykłe dwufazowe- do obróbki na gorąco)



Do obróbki plastycznej (zwykle jednofazowe- do obróbki na zimo)

Przykłady mosiądzów do obróbki plastycznej:

Np. mosiądz dwuskładnikowy (CuZn

10

), mosiądz ołowiowy (CuZn

36

P

3

), mosiądz wieloskładnikowy

Brązy- stopy na bazie miedzi (podział ze względu na dodatek stopowy)



Aluminiowe



Cynkowe



Krzemowe

Odlewnicze bądź do obróbki plastycznej

Mosiądze wysokoniklowe- argentan (5% miedzi, 7%cynku, 8%niklu)



Wyglądem, barwą, przypominają srebro (srebro ma jednak większą gęstość)



Są to stopy miedzi z niklem i cynkiem



Przemyśl maszynowy, chemiczny, etc.

Stopy miedzi- też stopy monetarne

Czysta Cu- czerwona

Cu+Zn- żółta

Cu+Ni- srebrzysta

Zastosowanie metali kolorowych



Instalacje elektryczne, telekomunikacyjne, wody ciepłej i zimnej, grzewcze.

Fosforobrązy- wytwarzane przez dodanie do 0,5%P do brązu o zawartości 85-90% Cu



Zawartość p<0,3%- stop sprężysty i niemagnetyczny



Zawartość p>0,3%- znacznie twardszy

Spiż- odmiana brązu zawierająca cynk. Zawiera 88% miedzi, 8-10% cyny oraz 2-4% cynku. Np. do
produkcji ???

Spiż niklowy zawiera do 5% niklu.



Alunele- stopy aluminium z krzemem

Stopy Ni z Cr (chromem)



Nichromy- żarowytrzymałe 10-20% Cr, 0-10% Fe, 2-4% Mn



Nimoniki- turbiny

Cynk- stopy cynku np. z aluminium o zawartości 3,5- 30% Al.

Układ Zu-Al, Cu-Zu

Stosowane w postaci odlewów i obrabiane plastycznie

Stopy Ni z Cu:



Monele- z miedzą 20-40%, żelazem i manganem Rm do 400 Pa, antykorozyjne w temp do

500°C; stosowane głównie jako stopy odporne na korozję można poddawać je obróbce na
zimno i gorąco a także spawać. Np. łopatki turbin parowych, druty oporowe, wyroby
galanteryjne



Nowe srebro- 20-30% Ni, 45-60% Cu, 20-35% Zn. Np. wyroby galanteryjne, sztućce (algentan,

dipole).

Brązy ołowiowe

-dla łożysk, które muszą wytrzymać duże prędkości obrotowe i ciśnienie

Spiż

-odmiana brązu zawierająca cynk

-stosuje się go w różnych elementach, min. W architekturze, a także do odlewu dzwonów

Brąz aluminiowy

-stop miedzi i aluminium

-nie zawiera cyny

-ma duża wytrzymałość mechaniczna

-odporny na korozję , działanie rozcieńczonych kwasów

Mosiądz

-stop miedzi i cynku

-często dodaje się : Si, Pb, Al

-dawniej do instrumentów pomiarowych, dziś zastąpiony stalą nierdzewną i innymi stopami

-zastosowanie : rury cienkościennie

Mosiądz wysokoniklowy (argentan)

-przypomina szlachetny metal  do produkcji ?

Glin (aluminiowy)

-mała gęstość 13 x lżejsza od Fe [7,81] – jeden z najcięższych metali

-duża plastyczność

-odporny na korozję ( warstwa pasywna – tlenek glinu)

-dobre właściwości odlewnicze

-duże przewodnictwo cieplne i elektryczne

-można go malować

-boksyt – otrzymuje się z niego aluminium

Stopy aluminium

-1xxx czyste aluminium (czystość min. 99%)

-2xxx stopy aluminium - miedź

-3xxx stopy aluminium – mangan

-4xxx stopy aluminium – krzem

-5xxx stopy aluminium – magnez

-6xxx stop aluminium – magnez – krzem

Duraluminium

-utwardzenie aluminium

-lekki i wytrzymujący stop

-zastosowanie przy produkcji profili budowlanych, samolotów

-stop aluminium i miedzi podgrzewa się do temp 500 stopni Celsjusza i ochładza

Nowoczesne stopy aluminiowo – litowe ( Al-Li)

-w lotnictwie ( teraz już zamieniany na materiały kompozytowe )

-odporność na zmęczenie

-duża wytrzymałość i udarność

Siluminy

-stopy zawsze zawierają krzem

-na odlewy o skomplikowanych kształtach ale niezbyt obciążonych

Zastosowanie aluminium

-przewody elektryczne

-folie spożywcze

-do budowy aparatury chemicznej

Cynk

-metal błękitno – biały

-kruchy

-na powietrzu podlega pasywacji ( podobne do aluminium)

-bardzo reaktywny zarówno w środowisku kwasowym i zawodowym

Cynk dzielimy na:

-rektyfikowany (N)

-elektrolityczny €

-rafinowany (R)

Zastosowanie :

-ochrona anodowa stali ( przeciwkorozyjna )

-największa wytrzymałość : ZnAl10Cu

Znale – stopy cynku i aluminium

Tytan

-mała gęstość : 4507kg/m3

-dobra wytrzymałość : plastyczność

-traci niewiele wytrzymałości wraz ze wzrostem temp.

-odporny na korozję atmosferyczna, w wodzie morskiej i kwasach organicznych

-tytan jako dodatek do stali

-używany min. Do implanty chirurgiczne ( jest dobrze tolerowany przez organizm)

Nikiel

-metal srebrzysto-biały, połyskliwy

-trudno korodujący, odporny na ścieranie

-gęstość = 8908kg/m3, temp topnienia 1455 stopni Celsjusza

-zastosowanie – do tworzenia połyskujących powłok galwanicznych

-stopy niklu, zastosowanie do wwyrobu monet

Stopy niklu i miedzi

-20%-40% Cu

-wysokie właściwości wytrzymałościowe i antykorozyjne

-zastosowanie: druty oporowe, łopatki turbin parowych, elementy guzików

Nowe srebra

-stopy Cu i Zn

-zastosowanie w wyrobach galanteryjnych

Nichromy ( stopy Ni z Cr)

-żarowytrzymałe

-elementy grzewcze prętów

Nimoniki

-wieloskładnikowe stopy niklu

-żarowytrzymałe

-do łopatek turbin gazowych

Alumel

-stop 95% niklu, 2% manganu, 2% aluminium, 1% krzemu,

-stosowany do przewodów kompensacyjnych do termopar

Kobalt

-ma właściwości ferromagnetyczne

-metal lśniący, srebrzysty

-stopy niklu i kobaltu – nie tracą wytrzymałości w wysokiej temperaturze (tzw. Nadstopy)

-zastosowanie : w silnikach odrzutowych, łopatki i wirniki turbin

Metale Szlachetne

-złoto

-srebro

-platyna oraz platynowe : ruten, rod,pallad, iryd

Srebro, złoto, platyna  nie utleniają się

Rozpuszczają się jedyniem w wodzie królewskiej – mieszanina kwasu azotowego i solnego.

Złoto – Au

-19 300 kg/m3 - gęstość bardzo duża

-bardzo dobry przewodnik ciepła i elektryczności ( największa przewodność )

-w biżuterii – stopy główne z miedzią (wieksza twardość)

-Ilość karatów (k) – oznacza wagową ilość części złota na 24 częsci stopu

Srebro – Ag

-występuję najwięcej w postaci minerałów np. argentyt lub tez jako domieszka innych nadmetali np.
ołowiu, cynku, miedzi. Zastosowanie : flety

-bardzo dobra kowalność i plastyczność

-10,49 g/cm3 = 10490 kg/m3 – gęstość

-związki srebra, najczęściej nie rozpuszczalne w wodzie

-srebro  metal przejściowy o dobrej przewodności cieplnej i elektrycznej

Platyna – Pt

-gęstość = 21 090 kg/m3, temperatura topnienia 1768 stopni Celsjusza

-bardzo ciężki, srebrzysty metal

-do wyrobu sprzętu laboratoryjnego, w medycynie, także do wyrobu biżuterii

- nie utlenia się w powietrzu

-odporna na działanie kwasów

Ołów – Pb

- gęstość = 11 340 kg/m3

-odtrutki – witaminy z grupy B – B1, B2 etc.

-ołownica – choroba

Ołów metaliczny i wszystkie jego związki są silnie trujące i wywołują zmiany w układzie nerwowym i
krwionośnym

-utlenia się w powietrzu

WYKRES!~

Materiały ceramiczne – obróbka polega na przemianach termicznych :

-materiały tlenkowe ( ceramika tradycyjna , ceramika wielko tonażowa) główne składniki : tlenki

-materiały inżynierskie ( ceramika nowoczesna) np. azotki, borki, węgliki, wapno, magnezan glinu (
połączenia jonowe, jonowoatomowe)

W materiałach ceramicznych istnieją:

-wiązanie jonowe lub jonowoatomowe

Uzyskiwane w odpowiedzi sposób wypalanie glinu  tradycyjne

Obecnie  wszystkie tworzywa nieorganiczne i niemetaliczne, w których ważnym procesem jest
obróbka cieplna ( prażenie, wypalanie, sprężanie)

Materiały ceramiczne – drobne ziarna wypalane, stopnienie się minerałów – powstanie fazy ciekłej

Ceramika

-ceramika szlachetna

-materiały budowlane

-materiały ogniotrwałe

-materiały wiążące np. cement, gips

-szkło i dewitryfikatory

-materiały ścierne

-emalie ( do zabezpiecznia stali )

-ceramika konstrukcyjna : A

a

O

y

, ZrO

3

, Si

2

N

4

, SiC

-ceramika funkcjonalna, elektroniczna, ciekłotechniczna, magnetyczna, jądrowa

-nanoceramika –ceramika inżynierska

Ceramika:

Ceramika inżynierska :

Ceramika tradycyjna:

Jednoskładnikowa

Szkło

Wieloskładnikowa

Wyroby Garmażeryjne

Surowce Ilaste: będące składnikami glinu:

-podstawowe znaczenie dla przemysłu ceramicznego

Ze względu na zastosowanie można wyróżnić:

-gliny wypalające się na biało stosowane do produkcji elementów fugowanych i porcelanowych.

-gliny ogniotrwałe o wysokiej temperaturze topnienia powyżej 1580 stopni C ,które po wypaleniu są
przeważnie żółte.

-gliny wypalające się na czerwono lub brunatno.

-gliny o małej plastyczności i dużej zawartości związków żelaza-wyroby ceglarskie.

Skalenie-glinokrzemiany

6.1

Surowce ceramiką są zazwyczaj polimineralne i nie można określić , który z nich decyduje o
właściwościach.

Kaolinit-surowiec ogniotrwały podnosi temperatura spiekania , illit potas.

Smektyt- odpowiedzialne za plastyczność, zwiększają wrażliwość na suszenie,obniżają wytrzymałość,
snektyty należą do grupy materiałów ilastych.

Przybliżony skład ceramiki i krzemianów:

(trójkąt)

Sio2

Cement

Glina

Cao

Al2O3

Minerały w wyrobach z gliny

Reakcje wysoko i nisko temperaturowe zachodzące w minerałach ilastych:

*dehydratacja

*dehydroksylcja

*utlenianie

*witryfikacja-zeszklenie

*synteza nowych faz

Dehydratacja: usuwanie wody z powierzchni międzypakietowej (100-400 stopni)

Dehydroksylacja: wydzielenie wody w postaci grupy OH- (400-100 stopni )

Krzemionka Si02

Porcelana plastyczne

Skaleń

Glina

Utlenianie: z wydzieleniem CO2,związki żelaza Fe2+ do Fe 3+ (600-900 stopni)

Witryfikacja: zeszklenie pojawia się faza ciekła która przyspiesza reakcję pomiędzy składnikami (>900
stopni)

Proces produkcji cementu:

Dokładne wymieszanie, uformowanie wysuszenie lub wypalenie składników-kontroluje się ilość
tlenu.Temperatura 900-2000 stopni –charakterystyczne dla ceramiki inżynierskiej.

Ceramika porowata:

-produkty z gliny ;

a)porcelana,fajans,panelit

b)kamionka,terakota,klinkier

c)dachówki cegła

*Materiały ogniotrwałe i wykładanie pieców :kwasowe,zasadowe,obojętne

*cement

*ceramika porowata charakteryzuje się 5-15% udziałem porów, po wypaleniu w wysokiej
temperaturze, stosowanym w celu odprowadzenia wody. W skład ceramiki porowatej zaliczany jest
również cement oraz beton, wytwarzane w wyniku wypalenia, przemielenia uzyskanego w ten
sposób klinkieru w drobny proszek i następnego tężenia i twardnienia, po zmieszaniu z wodą i
drobnoziarnistym piaskiem – w przypadku zaprawy cementowej, lub z wodą, piaskiem i kruszywem –
w przypadku betonu.

Porcelana:

1)twarda-dekoracyjna,z kaolitu,kwarcu,skalenia

2)miękka-z mulitu,kwarcu,skalenia

3)nieszkliwiona-850-1000 stopni

4)szkliwiona-1280-1320 stopni

5)twarda-1350-1450 stopni

Porcelana-zastosowanie:

-stołowa

-chemiczna

-elektrotechniczna:

a)izolatory niskiego napięcia

b) izolatory niskiego napięcia-odatek związków

-dentystyczna

Fajans

-twardy

-40% kwarcu +inne składniki(np.kaolin,margiel,skaleń,kreda,dolomit)

-porowatość-z niewielkimi ilościami substancji szklistych

-wytrzymałość na zginanie 23 Mpa

-wypalony dwukrotnie 1250 stopni

Porcelit

-mniejsza porowatość,większa wytrzymałość

-substancja ilasta :kwarc, skaleń

Fajans,porcelit-umywalki,wanny

Kamionka:

-z gliny krzemionkowej (SiO2,Al2O3,Fe2O3)

-wytrzymałość na ściskanie 800 Mpa,na zginanie ok.90 Mpa

-do rur kanalizacyjnych i aparaturze chemicznej i laboratoryjnej

Terakota:

-z gliny ogniotrwałej,skalenia,piasku,tlenków metalu

-wypalana w temperaturze 1200-1300 stopni

-wytrzymałość na ścieranie

Klinkier:

-z glin żelazistych i wapienno żelazistych.

-duża wytrzymałość i udarność,mała porowatość i nasiąkliwość

-wypalany w temperaturze 1300 stopni

Ceramika inżynierska:

*Proces spiekania-powierzchnia ceramiczna ro<ro surowców wyjściowych

Jest usuwana woda na skutek wypalania .Czasami pokrywa się szkliwem by uzyskać materiał szczelny
.

Materiały super twarde:

-diament 7000HV

-azotek baru 4700HV

-węglik krzemu 2500-3700HV

-węglik baru

-tlenek glinu 2080 HV

Funkcje tworzyw ceramicznych:

1)termiczne

-izolacje termiczne,promieniowanie

2)mechaniczne

-wirniki

-komory spalania

-łożyska

-dysze palników

3) biologiczne

-sztuczne korzenie zębów

-kości i stawa

-sztuczne zastawki serca

4)chemiczne

-katalizatory

-nośniki enzymów

-elektrody

-czynniki gazów

5)nuklearne

-paliwa nuklearne

-materiały na osłony i ekrany

6)optyczne

-świetlówki

-lasery

7)magnetyczne

-magnezy

-rdzenie pamięci

8)elektryczne

-kondensatory

-podłoża elektryczne

-ogniwa słoneczne

-elementy czynników temperaturowych

Właściwości materiałów ceramicznych

-brak ciągliwości

-kruche

-silne wiązania jonowe i jonowo-kowalencyjne

-charakterystyczna różnica między ceramiką a innymi materiałami leży w wytrzymałości na
wzrastające naprężenia (ciągliwość)

Ceramika

-twarde i odporne na ścieranie

-odkształcenia plastyczne i ruchy dyslokacji są niemożliwe

-kowalencyjny :jonowy charakter wiązań

-kruche-kruche pękanie

-wysoka temperatura topnienia (umożliwia wysoka temperature pracy)

-mała przewodność cieplna i elektryczna

-dobra stabilność chemiczna i cieplna

-bardzo dobra wytrzymałość na rozciąganie , małą na ściskanie

*Kruche pękanie-rozpoczyna się na wadach materiałów(pustki,pory,rysy,defekty sieci)

Wytrzymałość ceramiki może się zmniejszać z upływem czasu ( bez działania naprężeń
cyklicznych),(zmęczenie statyczne-silnie zależne od środowiska)

Kruchość-defekt struktury powoduje...zmiany,a jednak w korozji naprężeniowej tworzącej ciągłe
pękniecia do zniszczenia wyrobu w trakcie exploatacji .

Kruchość-kruche pękanie powodują obciążenia mechanicze,skok termiczny (ceramika tradycyjna)

-Właściwości mechaniczne są możliwe do oceny metodami statystycznymi

Ceramika

Lita

Porowata

Ceramika(uporządkowanie struktury)

Jednofazowa

wielofazowa

Ceramika

Drobnoziarnista

Gruboziarnista

Dla zastosowań Inżynierskich:dominuje ceramika lita,drobnoziarnista, wielofazowa.

W kompozytach stosowana jako faza ciągła i zbrojenia(produkcja włókien do wzmocnień
kompozytów)

Ceramika inżynierska

-dla elektrotechniki na urządzenia skrawające

-stosowana w przemyśle jądrowym dla celów medycznych

Ceramika inżynierska wg.funkcji:

*funkcja mechaniczne(elementy maszyn o dużej trwałości),wytrzymałośc na ścieranie

Przykłady:tlenek glinu, azotek tytanu, węglik tytanu ,borek tytanu

*funkcje cieplne:-powłoki pieców ,elektrody spawalne

Przykłady:weglik tytanu,krzemu tlenki ;

Materiały do zastosowania w opływie na lampy próżniowe ,lasery: tlenek glinu , magnezu i krzemu ,
siarczek cynku , kadmu .

Funkcje nuklearne:-odporność na promieniowanie ,termoodporność(paliwo jądrowe, osłony przed

promieniowaniem, tlenek uranu, węglik uranu, krzemu, tlenek glinu.

Funkcje inżynierskie:
Ceramiki inżynierskie -> wykorzystane na przewodniki, oscylatory, pamięć komputerowa. Ze
względu na izolacyjność, przewodność, właściwości magnetyczne, elektryczne.
Przykłady: ferryty, tlenek cynku, krzemu, beryl, węglik krzemu.

Funkcje chemiczne lub biologiczne:

 absorpcyjność różnych składników (gazowych),

 odporne chemicznie,

 katalizatory (substancje, które są składnikami przyspieszającymi procesy chemiczne)

np.: filtry, endoprotezy.

Przykłady: materiały pochodzenia naturalnego: tlenek glinu, magnezu, cynku.

Struktura zróżnicowana.
Piramida twardości.


CERAMIKA WSPÓŁCZESNA

Ceramika – nieorganiczne i niemetaliczne materiały otrzymywane w wyniku procesu
termicznego.

Materiały ceramiczne:

 wyroby z glinu,

 zaawansowane materiały ceramiczne,

 materiały ogniotrwałe,

 materiały ścierne.

Krzemiany: glinokrzemiany – ok. 800 minerałów krzemianowych (kamienie szlachetne,,
ozdobne).
Podstawowymi elementami strukturalnymi są równo ułożone obok siebie 4 aniony tlenu.

Szkło – ceramika niekrystaliczna.
Zmiany w strukturze w trakcie procesu cieplnego:
proszek -> formowanie -> spiekanie

 ceramika szlachetna:

 materiały ogniotrwałe,

 m. bezołowiowe,

 m. wiążące,

 szkło i dewitryfikaty,

 m. ścierne,

 ceramika konstrukcyjna: Al2O3, ZrO2, Si3N4, SiC, AlN

 nowa ceramika,

 ceramika funkcjonalna:

 elektroniczna

 elektrotechniczna

 jądrowa

 bioceramika – kosmiczna.

Rodzaje szkła:

 sodowo-wapienne

 potasowe

 kwarcowe

 ołowiowe

 bezpieczne

 wodne

 artystyczne

 lodowe.

Sodowo-wapienne – niska temp. topnienia. Składa się głównie z sodu, wapnia, krzemu.
Wyroby codziennego użytku: szklanki, naczynia.

Potasowe – tlenek potasu, tlenek wapnia, krzemu. Trudno topliwe. Do użytku w laboratoriach
chemicznych.

Kwarcowe – głównie tlenek krzemu. Trudno topliwe. Odporne na zmiany temp. Dobra
przepuszczalność promieni widzialnych.

Ołowiowe (kryształowe) – tlenek ołowiu, tlenek krzemu, tlenek wapnia, tlenek glinu. Wysoki
współczynnik załamania światła, największa gęstość.

Szkło artystyczne – kształtuje się na gorąco w masie płynnej.

Szkło bezpieczne – w wyniku hartowania, po rozbiciu rozpada się na małe kawałki o
zaokrąglonych, nie tnących krawędziach.

Szkła budowlane:

 okienne

 zbrojone

 refleksyjne

 elektroprzewodzące

 nieprzezroczyste

 ceramiczne

 zespolone.
Właściwości szkła:

 dobrze przepuszcza promienie widzialne,

 substancja bezpostaciowa, nie ma uporządkowanej budowy wewnętrznej,

 nie posiada temp. topnienia,

 materiał izotropowy,

 słaby przewodnik elektryczny.

Właściwości mechaniczne szkła budowlanego:

 skala Mohsa -> twardość 5-7,

 gęstość 2400-2600 kg/m3,

 wytrzymałość na zginanie 30-50 MPa,

 wytrzymałość na ściskanie 800-1000 MPa,

 moduł Younga.

Światłowody -> dzięki wewnętrznemu odbiciu wykonane ze szkła kwarcowego, medium
transmitujące stanowi rdzeń.
Dodatek do betonów – materiał przeświecający, 96% betonu, 4% światłowodów, gęstość
2100-2300.

Z czego robić szkło: surowce szkłotwórcze (wykazują zdolność tworzenia stopu o różnych
właściwościach), topniki, modyfikatory, surowce pomocnicze.

Szkło – ceramika niekrystaliczna. Główny składnik to kwarc (nieorganiczny materiał, który
został schłodzony do stanu stałego, bez krystalizacji).

Dobrze wykształcone kryształy kwarcu:

 cytryn,

 kryształ górski.

Krzemiany wapniowo-sodowe.

Rola tlenków w tworzeniu szkieł:

Tworzące szkieł

Modyfikujące

Stabilizujące

Sio2

Na2O

Al2O3

Bi2O3

K2O

ZrO2

GeO2

CaO

TiO2

R2O5

MgO

BeO

V2O5

BaO

PbO

ZnO

Modyfikatory – związki modyfikujące właściwości szkła.
Inżynieria materiałowa szkła – czynniki decydujące o właściwościach szkła:

 skład

 struktura

 powierzchnia

 modyfikowanie warstwy nanoszonej na powierzchnię.

Powierzchnia jest najsłabszym elementem szkła. Na niej powstają mikropęknięcia, które
przemieszczają się w głąb.

Szkło fotochromatyczne zawiera AgCl lub AgI, równomiernie rozłożone na objętości szkła.
Pod wpływem światła zachodzi redukcja Ag. Atomy srebra absorbując światło zmieniają
szkło. Proces ten jest szybki. Gdy oświetlenie znika srebro jest utleniane (zamieniane tylko na
powierzchni).
Wady -> kruchość – mikropęknięcia na powierzchni. Jakość powierzchni decyduje o
wytrzymałości na wewnętrzne ciśnienie. Wewnętrzna powierzchnia decyduje o
wytrzymałości na uderzenie.
Wzmocnienie szkła:

 poprawia jakość powierzchni,

 chemiczna modyfikacja powierzchni,

 nanoszenie odpowiednich warstw, laminowanie.

Hartowanie – wewnętrzne naprężenie szkła na zewnątrz powierzchni ściśnięta, wewnętrzna
rozciąga się. Szkło grzeje się. Ochładza się w powietrzu lub oleju. Powierzchnia ochładza się
szybciej niż wnętrze.

Chemiczne hartowanie – wymiana Janów Na

+

na K

+

na powierzchni. Większe jony K

+

rozpychają zewnętrzną powierzchnię. Szkło umieszcza się w stopionej soli zawierającej K

+

.

Dyfuzja prowadzi wymianę jonów sodowych na potasowe. 2-4 krotnie zwiększa się
wytrzymałość szkła -> wzmocnienie.

Laminowanie – wzmocnienie warstwy polimeru pomiędzy warstwami szkła. Szkło
kuloodporne -> wiele warstw połączonych ze sobą w wysokiej temp.

Technika „zol-żel” – synteza szkieł poprzez reakcje żelu (prowadzi do zmiany zolu w żel) w
temp. zbliżonej do temp. pokojowej.

 układ PbO2/SiO2 – światłowody

 układ ZnO/SiO2 – dyski optyczne

 układ TiO2/SiO2 – lasery, koncentratory światła słonecznego.


TWORZYWA SZTUCZNE – materiały, których podstawowym składnikiem są polimery.

Polimer – związek wielocząsteczkowy organiczny, tworzony przez wiele makrocząsteczek
(łańcuchów polimerowych), otrzymywany na drodze polimeryzacji lub przez modyfikację
naturalnych składników mineralnych.

Polireakcje:

a) polimeryzacja,
b) polimeryzacja kondensacyjna – łączą się różne monomery -> powstają produkty

uboczne; polimery o małych masach cząsteczkowych.

c) polimeryzacja addycyjna – w wyniku przeskoku wodoru z jednej cząsteczki do

drugiej.

Struktura:

 liniowa (polimery w czasie polimeryzacji),

 słabo usieciowiona (polimery kondensacyjne i addytywne),

 silnie usieciowiona (guma).

Polimery tworzą bardzo duże cząsteczki – molekuły.

Ad. a) polimeryzacja – łączenie się jednakowych cząstek niskocząsteczkowych w jedną
wysokocząsteczkową.
nH2C=CH2 -> [H2C-CH2-CH2-CH2]n
monomer polimer

Materiały - ciała stałe:

 metale

 ceramika

 tworzywa polimerowe: termoplasty, duroplasty, elastomery.

Polimery:

 wszystkie nierozpuszczalne w wodzie!

Czynniki wpływające na właściwości polimerów:



Masa molowa



Właściwości? Sił działających między cząsteczkami!



Podatność łańcucha na wyginanie (im większa podatność łańcucha tym bardziej jest

elastyczny)



Struktura: stopień krystaliczności (jego wielkość?) -> im większy tym lepiej ; rozgałęzienie,

usieciowanie -> stopień dotwardzenia tworzyw (silne usieciowanie->mniej odkształcene)



Temperatura

Masa molowa polimerów:

Brak info

Siły działające między molekułami:

o

Wewnątrz łańcucha: siły kowalencyjne

o

Pomiędzy łancuchami: wodorowe, van der waalsa

Podatnośc łańcucha ?? na wyginanie zależy od:



Wiązań, stopnia usieciowania



Stopnia krystalizacji



Temperatury



Rodzaju i właściwości grup bocznych

Stopień krystalizacji -> struktura polimerów jest najczęściej amorficzna, ale może być też krystaliczna

Temperatura

T

f

- temp. zeszklenia

T

q

- temp. płynięcia

Polimery użytkowane w stanie gumy -> elastomery (charakteryzują się dużymi odkształceniami).

Różne grupy polimerów ze względu na właściwości?:



Elastomery



Polimery usieciowane



Polimery termo.-chemiczno utwardzalne

Cechy tworzyw sztucznych:

o

Łatwość formowania wyrobow w skomplikowanych kształtach

o

Stosunkowo duża odporność chemiczna (nie są uwikłane przez wodę) ->np. farby

antykorozyjne

o

Dobre wł. Mechaniczne i często wł. Elektryczne

o

Mała gęstość -> korzystny stosunek wytrzymałości właściwej (mechanicznej do gęstości)

o

Do wyrobów o estetycznym wyglądzie (łatwość wykonania)

o

Możliwość barwienia i uzyskiwania wyrobów przezroczystych

o

Możliwość stosowania w różnorodnej postaci: tworzywa konstrukcyjne, materiały

powłokowe, spoiwa (właściwości adhezyjne -> przyczepnośc), kleje, kity, włókna syntetyczne

o

Odznaczają się niższą wytrzymałością mechaniczną i mniejsza twardością ( w porównaniu z

metalami)

o

Pod mniejszym obciążeniem mogą się odkształcać (zjawisko pełzania)

o

Niezadowalająca odporność cieplna

Tworzywa sztuczne zwierają zwykłe składniki dodatkowe.

Np. napełniacze (wzmacniają), stabilizatory (daje się je w niewielkiej ilości, zwiększają odporność na
starzenie materiału), barwniki, plastyfikatory (zwiększają odkształcalność tworzyw, przede wszystkim
dla polimerów termoutwardzalnych)

Polimery -> materiał organiczny ulega starzeniu pod wpływem prom. UV i tlenu

W zależności od rodzaju użytego polimeru tworzywa sztuczne dzieli się na:

a) Termoplastyczne – w podwyższonej temp. Obróbka -> gdy przekroczą ten stan – topią się
b) Termoutwardzalne – w podwyższonej temp. Po uformowaniu określonego kształtu, stają się

nietopliwe i nierozpuszczalne

c) Chemoutwardzalne – pod wpływem określonych czynników chemicznych usieciowują się

przestrzennie, przy czym stają się nietopliwe i nie rozpuszczalne

Tworzywa termo- i chemoutwardzalne  duroplasty

Tworzywa termoplastyczne  termoplasty

Duroplasty: brak info

Termoplasty: w temp. pokojowej znajdują się w stanie zeszklenia.

Polimery termoplastyczne

 Akryle np. plexiglas -> okna samolotowe
 acrylonitrile butadiene styrene (ABS) np. części samochodowe

 fluoropolimery (PTFE) np. teflon
 polianiony np. nylon
 poliwęglany np. CD, kaski
 poliestry np. butelki, filmy do aparatów
 polietylen (PE)
 Polipropylen PP
 Polichlorek winylu PCV

Przykłady tworzyw:



PET poli

tereftalan etylenu -> np. butelki



LDP miękki polietylen – mała gęstość ->np. folia do wszystkich miękkich opakować, torby na

zakupy



HDPE twardy polietylen – duża gęstość ->np. nakrętki do butelek, opakowania do jogurtu



PCV polichlorek winylu: miękki lub twardy -> np. obrusy, i coś??



PP polipropylen -> np. torebki na chipsy



PS polistyren -> np. tacki do pakowania mięsa, kubki do gorących napojów



PC poliwęglan -> np. płyty CD

Syntetyczne metale tworzywa sztuczne przewodzące prąd elektryczny.

Lakiery – roztwory lub zawiesiny środków powłokotwórczych. Podstawową różnicą między lakierami i
farbami jest niewielkie stężenie pigmentów lub całkowity ich brak oraz często mniejsza lepkość w
porównaniu do farby.

Lakiery posiadają nikłą zdolność do tzw. Krycia, lecz posiadają dobre właściwości błonotwórcze.

Lakiery – zastosowanie:

 Uzyskanie połyskowej i gładkiej powierzchni z jednoczesnym zachowaniem faktury materiału
 Zabezpieczenie powierzchni przed warunkami zewnętrznymi z zachowaniem oryginalnej

barwy powierzchni

 Jako ostatnia warstwa malarska (nadają połysk i zabezpieczaja)

Zwilżanie – działanie wodą na powierzchnię materiału

Kąt zwilżania – sernik z brzoskwiniami :D

Pierwsze zabezpieczenie przed korozją  działania mające na celu uniknięcia zwilżania metalu
(hydrofobizacja).

Farba

 Produkowana na bazie

Kleje:

 Dla polimerów mające właściwości adhezyjne
 Bez obróbki termicznej i mechanicznej potrafi łączyć różne elementy

Polimery ciekłokrystaliczne

o

Zdolne do wytwarzania faz krystalicznych

o

Zawierają ugrupowanie o kształcie zbliżonym do pręta lub dysku

o

Podwyższona odporność mechaniczna w stosunku do ciekłych kryształów opartych na

związkach wielocząsteczkowych

Zastosowanie  wskaźniki temperatur

Tworzywa sztuczne cd.

Zastosowanie w budownictwie- polichlorek winylu (dominuje) z udziałem 47% w łącznej masie
wyrobów stosowany do produkcji rur, kabli, okien i drzwi oraz wykładzin podłogowych.

Inne:



Polietylen (2 odmiany)



Polistylen



Polipropylen

Zalety:



Stosunkowo łatwe przetwórstwo, łatwość formowania przedmiotów o skomplikowanych

kształtach



Trwałość



Odporność na korozję



Gładkość powierzchni



Mała gęstość- lekkie!



Korzystny stosunek wytrzymałości mechanicznej do ciężaru właściwego (tzw. Wytrzymałości

właściwej)



Duża żywotność bez konieczności konserwacji (np. liny podtrzymujące most)

Wady:



Skłonność do przechodzenia w stan kruchości podczas dłuższego oddziaływania zmiennych

temperatur (szczególnie niskich)



Mała stabilność kształtu, wynikająca z małej aktywności

Zastosowanie :



Drzwi i okna



Ocieplane ścian, stropów i elewacji



Pokrycia dachowe



Ogrzewanie i wentylacja



Instalacje elektryczne



Posadzki



Ściany i sufity

KOMPOZYTY

Kompozyt- materiał złożony, utworzony z co najmniej 2 komponentów, o różnych właściwościach, w
taki sposób, że ma lepsze lub nowe w stosunku do komponentów właściwości.

Jest materiałem zewnętrznie monolitycznym, jednakże z widocznymi grantami między fazami

Istotna cecha- możliwość przewidywania z dość dużą dokładnością wykonania żądanych właściwości

Podstawowy problem przy projektowaniu: ???

Naturalny kompozyt- drewno, tkanka kostna, ścięgno złożone z włókien celulozy w ligninie- faza
ciągła i hemicelulozie.

Tkanka kostna- ścięgno- złożona z apatytu w związkach proteinowych

Podział kompozytów:



Pochodzenie (naturalne, stworzone przez człowieka)



Przeznaczenie (konstrukcyjne, szczególnie wł. Fizyczne, chemiczne)



Rodzaj osnowy



Zbrojenia

Laminaty

Zastosowanie: mała masa a duże właściwości wytrzymałościowe, przemysł wtórny

Mechanizm wzmocnienia

a) Dyspersyjny



Obciążenie przenosi osnowa,



Cząstki przeciwstawiające się ruchowi w matrycy  obniżenie skłonności materiału

do pełzania



Dla d=0,01-0,1mikrometry 1-15%

b) Cząstki np. w betonie



Obciążenie przenosi zarówno osnowa jak i inkluzja,



Twarde cząstki ograniczają odkształcenie osnowy



zniszczenie gdy wartość naprężeń przekracza 3x granicę plastyczności

c) włókna



od kilku do 70% objętości



najbardziej efektywne wzmocnienie,



twarde cząstki ograniczają odkształcenia osnowy



podział wiskery (monokryształy) włókna

Wiskery – cienkie monokrzyształy o dużym stosunku długości średnicy z najmocniejszymi materiałami
Wytrzymałość kompozyta rośnie ze wzrostem l/d włókna

Projektowanie kompozytu
Osnowa+ zbrojenie  podstawowa koncepcja budowy
Cel: przekazywanie obciążeń zewnętrznych na wytrzymałe włókna

Włókna szklane: ogólnego oraz specjalnego zastosowania (typu E)

Rodzaje włókien specjalnych:
E  niska przewodność elektryczna,
S  wysoka wytrzymałość,
C  wysoka odporność chemiczna
M  wysoka sztywność
A  wysokozasadowe,
D  niska wytrzymałość elektryczna

Do wzmocnienia kompozytów na osnowie polimerowej stosuje się włókna szklane typu E



lepsze włókna elektryczne,



duża wytrzymałość mechaniczna,



umiarkowany koszt produkcji,

Wpływ temperatury na wytrzymałość na rozciąganie włókien szklanych typu E spada silnie powyżej
350 st., wraz ze wzrostem temperatury

Niekorzystna cecha włókien jest ich wrażliwość na działanie wody, wypłukuje ona sole metali
alkaicznych

Największe zastosowanie:



materiały kompozytowe z matryca polimerowa,



matryca: żywica syntezowa 30-70% obj. Spoiwa ochronne włókien,



włókna 30-70%

Klasyfikacja FRB



CFRP z włóknami węglanowymi – najbardziej ( temperatura topnienia 3500 st. W lotnictwie)



GFRP z włóknami szklanymi



AFRP z włóknami aramidowymi

Układ włókien w kompozycie:
-równoległy
- tkanina splot prostopadły i ukośny

Żywice najcześciej używane do produkcji FRP:
-epoksydowa
-poliestrowa
-fenolowa

1982 – zastosowanie włókien węglowych w samolotach Boeing
1967 – zastosowanie włokien węglowych w silnikach odrzutowych marki Rolls Royce

Technologia wytwarzania włokien węglowych
-utlenianie 200-300 stopni Celsjusza
-karbonizacja
-grafityzacja

Wyroby z CFRP:
-Taśmy
-maty

Wyroby z FRC:
-budownictwo – maszty słupy zbiorniki
-elementy nowoczesnych lekkich konstrukcji (samoloty wojskowe, elementy dla lotnictwa
pasażerskiego)

Zastosowanie kompozytów:
-przemysł samochodowy (opony, uszczelki, paski, kable
-przemysł elektryczny (przewody)
-sport: narty i piłki
-przemysł lotniczy
-łodzie i jachty

Airbus A380 – 52% kompozytu

1931r – pierwszy patent na otrzymanie włokien szklanych
1943 – pierwsze poróby zastosowania kompozytów do celów wojskowych
1961 – pierwsze włokna węglowe(2 rodzaje)

Kompozyt – składa się z osnowy i umieszczonego w niej drugiego składnika (zbrojenie) o znacznie
lepszych właściwościach mechanicznych

Osnowa
- zabezpiecza zbrojenie przed mechanicznym uszkodzeniem
- zatrzymuje rozprzestrzenianie się pęknięć
-nadaje wyrobowi kształtu

Przykłady:
-najczęściej polimer (np. poliester)
-metal – żelazo, miedź, glin, stopy metali
-ceramika – tlenek glinu, tlenek krzemu

ZBROJENIE:
-proszkowe
-włókniste (cięte, ciągłe)

Kompozyty wzmacniane cząstkami:
- wzmacniane dużymi czastkami (np. beton)
-metale utwardzane dyspersyjnie (część zbrojenia ma średnicę co najmniej 0,01mm)
-nanokompozyty

Kompozyty wzmacniane dyspersyjnie:
-obciążenie przenosi osnowa
-część kompozytu … przeciwstawiają 0.05 ruchów

Przykład:

Al –> tlenek glin- w reaktorach nuklearnych
Be -> BeO – w reaktorach , kosmonautyka
Th -> ThO

2

– materiału magnetyczne odporne na pełzanie

Pb -> PbO – płyty akumulatorowe

Kompozyty wzmacniane czastkami :
- obciążenie zew. przenosi zarówno osnowa jak i inkluzja
-twarde cząstki ograniczają odkształcanie tworzywa


SKAŁY
Właściwości:
-wytrzymałośc na ściskanie – 300MPa
-niska porowatość - <1,5%
-zmiany objętości
-odporność na korozję chemiczną i fizyczną np. mróz

Tunel pod kanałem la Manche
- wytrzymałość i twardość betonu – 120lat, >45MPa

W przypadku betonów ściernych w przypadku pożaru beton kruszy się eksplozywnie (wydala się
wodór, woda). Dodaje się teraz tworzywa polimerowe, dające ucieczkę dla wodoru.

Składniki betonu:
-kruszywo – grube/drobne
-cement
-woda
-domieszki chemiczne – np. plastyfikatory
- dodatki mineralne np. pył krzemowy

Kompozyty włókniste

- włokna - mocne, sztywne, lekkie
-podział – Piskery, włókna
-wiskery – monokryształy pozbawione wad w sieci krystalicznej

Wytrzymałość kompozytu równa ze wzrostem l/d włókna

Rola osnowy:
-chroni włókna przed uszkodzeniem powierzchownym, wynikłymi z kwasu lub reakcji chemicznej z
otoczeniem
-rozdziela włókna
-spaja razem włókna i działa jako ośrodek przenoszący obciążenia zewnętrzne włókien

Osnowa:

a) Polimery utwardzone np. poliestry, fenoplasty
b) Polimery termoplastyczne: bardziej ciągliwe, mniejsza odpornośc na temperature
c) Metale i ich stopy: glin lekki!
d) Ceramika

WŁÓKNA

a) Szklane – wysoka wytrzymałość, mała sztywność, duża gęstość, najmniejsze koszty
b) Węglowe – wysoka wytrzymałość, wysoki moduł sprężystości, mniejsza gęstość niż szkła
c) Borowe – wysoka wytrzymałość, duża sztywność, duża gęstość, najwyższy koszt, wewnątrz

włokna wolframowe

d) Ar amidowe – np. kevlar, największy stosunek wytrzymałości do gęstości, wysoki koszt
e) Inne włókna – poliamidowe

Różna orientacja włokien – wpływa na wytrzymałość

Szczególne wymagania stawiane wiązaniu matrycy
- nie mogą być zbyt słabe ->włokna zostaną wyciągnięte z osnowy
-nie mogą być zbyt silne: materiał zachowuje się tak jakby był jednolity, nie ma obsorbcji energii
mechanicznej
- optymalnie: najpierw pęka osnowa, później odwraca się od włokien? Na koniec pękają włokna

Projektowanie kompozytów:
- włókna musza wykazywać adhezję do matrycy?
-współczynniki rozszerzalności cieplnej zbliżone
-osnowa powinna dokladnie wypełniać przestrzeń miedzy włóknami

-krytyczna długość włókna: Lk = Rm*d/łk?
-wzrost zawartości włokien – wzrost wytrzymałości i sztywności kompozytu

Wpłów rodzaju inkluzji na właściwości kompozytów z matrycy polimerowej:
-Al2O3 płytkowy: odporność chemiczna i temperaturowa stabilność wymiarowa.
-Al2O3 cząstki: izolacyjność elektryczna, sztywność
-Al proszek: przewodność elektryczna i cieplna????
-sadza – odporność na temperaturę, stabilność wymiarowa, sztywność, przewodność elektryczna i
cieplna
-celuloza

Kompozyty konstrukcyjne:

a) Laminaty – wiele dwuwymiarowych warstw różnie zorientowanych względem siebie
b) Kompozyty warstwowe (kanapkowe??)

Laminaty – we wszystkich kierunkach porównywalne właściwościa nie jak na przykład drewno które
ma większą wytrzymałośc wzdłuż włókine

Kompozyty warstwowe – 2 silne warstwy zewnętrzne rozdzielone warstwą słabszego mniej gęstego
materiału (rdzeń)
Używa się w konstrukcji dachów, ścian, skrzydeł samolotów np. dreamliner
Rolą rdzenia jest przeciwdziałanie deformacji

Materiały komórkowe – można zaliczyć do kompozytów, właściwości:
- dźwiękochłonne, odporne na uderzenia,
-wytrztymałośc mechaniczna przy ściskaniu
Pierwowzór – drewno, pień drzewa zbudowany z długich piustyc w środku komórek. Ściany komórek-
kompozyt włóknisty

Drewno sosnowe ma większą wytrzymałośc właściwą (wytrzymałość/ gęstość materiału) niż stal.

Kevlar
Otrzymany w wyniku reakcji polikondencji chlorowodorków kwasów di karboksylowych z aminami
chromatycznymi
Niezwykłe właściwości kevalru wynikają z budowy włókien: bardzo jednorodne w warstwach

Nomex:
-włokna otrzymywane wskutek reakcji kwasu izofranowego i m-ponylenodiaminy ???
- można go stosować w temp powyżej 200 C
-Do ubiorów strażackich i kierowcó samochodów ……………
-powyżej temp. Rozkładu przekształca się w grafit zachowując właściwości ochronne

Włókna karbonizowane:

a) Węglowe – 90-96%C nie w pełni zorientowana struktura
b) Grafitowe – powyżej 96%C o krystalicznej budowie

Kompozyty Węgiel-węgiel:
-włókna węglowe umieszczone w matrycy węglowej
-nie tracą właściwości w przypadku wysokich temperatur
- wysoka temp topnienia 3000K
- bardzo mała gęstość – 1,8 g/cm3 [stal- 7,8g/cm3]

Stosuje się je w tarczach hamulcowych w samolotach i niektórych samochodach

Problem – w temp ok. 500C mogą ukegac utlenianiu ( stosuje się antyutleniacze np. MoSi)

Kompozyty przyszłosci – włókna ceramiczne – Nano kryształy o średnicy 1mm

Klasy kompozytów włóknistych :

-metale

-ceramika

-polimery

Nanomateriały – rozmiar ( lub rozmiar elementów strukturalnych ) przynajmniej w 1 element
o wymiarze < 100nm

Nanotechnologie – sposoby i techniki tworzenia struktur o rozmiarach nanometrycznych

Nanometria – dziedzina nauki zajmująca się badaniem materiałów

1 nanometr to 10 atomów wodoru ułożonych jeden za drugim ( 1 nanometr to jedna
tysieczna dł,. Bakterii)

10

-9

– nanometr

10

-6

- mikrometr

Np. włos ludzki 50 um.

Przeciwpancerne pociski z nanokrystalicznego wolframu  wiele lepsze właściwości
przebijania powietrza niż uran.

Nanotechnologia łączy:

-mechanikę

-chemię

-mechanikę kwantowa ( zjawiska kwantowe )

-biologię

Dlaczego stosujemy :

-mniejsze zużycie energii

-mniejsze zużycie materiałów

-nowe właściwości materii’

-nowe możliwości : medycyna ( komórki, jądra komórkowe, naczynia krwionośne )

-materiały na rakiety tenisowe, ramy rowerów, kije golfowe



Produkcja nanodiamentów  najlepsze materiały utwardzające inne materiały, duża

biozgodność (np. do produkcji zastawek serca)

Przykłady nanomateriałów:

o

Kosmetyka, farmacja – transport i uwalnianie witamin

o

Nanocząstki srebra – pokrywanie powierzchni (pralki, lodówki)

o

Okulary – filtry UV, warstwy odporne na zarysowanie

o

Do kamizelek kuloodpornych

o

Lakiery samochodowe odporne na zarysowanie (krzemionki ?? )

o

Głowice drukarek atramentowych

o

Nano kompozyty

Właściwości:

 Nanorurki węglanowe – większy moduł sprężystości 1000-5000GPa (większy od diamentów) i

-ciężar właściwy: 0,6g/cm

3

(stal 7,8g/cm

3

), wytrzymałość na rozciąganie 20 000 Mpa (stal<2000)

Umożliwia to wytwarzanie super wytrzymałych i lekkich
stopów np. konstrukcje lotnicze

Najważniejsze rodzaje:

 Nano materiały metaliczne
 Nan. Ceramiczne i szklano-ceramiczne
 Nan. Polimerowane ? (najczęściej)

Nanoceramika – mniej krucha, bardziej odkształcalna

Nanokrystaliczne metale – bardziej wytrzymałe.

Do najczęściej stosowanych metali w nanokompozytach polimerowanych (jako faza rozproszona):
srebro, złoto, miedź, mat. Ceramiczne. Zmniejszenie wielkości ziaren związków międzymetalicznych
do skali nanomateriałow powoduje pojawienie się zjawiska superplastyczności.

Nanozłoto – potrafi zmieniać kształt białek i formy nieuporządkowanej w uporządkowaną. Może być
pomocne przy leczeniu choroby choroby nowotworowej.

Nanosrebro – najczęściej stosowane, posiada właściwości bakterio i grzybobójcze (np. w świerkach).
Powoduje przedłużenie trwałości białka (np. mleko). Do produkcji niektórych antybiotyków.

Nanoplatyna – katalizatory w ogniwach wodorowych i kat. Samochodowe

Spieki tlenków metali – nanoceramika, ceramiczne  nie ulegają prawom ścierania

Tlenek tytanu – powszechnie stosowany do farb kryjących

Dodatek Nano – „silnie krzywe”???, samooczyszczanie farby, zdolność do pochłaniania
nieprzyjemnych zapachów, bakteriobójczy.

Również do produkcji szkła.

Nanocząsteczki glinokrzemowe  nanowypełniacze. Wprowadzone do polimeru powodują jego
większą odporność termiczną, większą elastyczność.

Podział nanokompozytów polimerowych

o

Jednowymiarowe

o

Dwuwymiarowe

o

Trzywymiarowe

Nanododatki i ich wpływ na właściwości materiałów:

1) Montmorylonity (do glinokrzemianów) – niwelują zapach, wilgoć, ogien?
2) Fulereny, nanorurki – wzrost właściwości mechanicznych, elektrycznych oraz

trwałości

3) Krzemionka – wzrost wł. Mech i odporności termiczne
4) Metale i ch związki – podwyższa przewodność elektryczną i cieplną, katalizatory
5) Nanopory (zamknięte) – zmniejszenie masy, zwiększenie wytrzymałości
6) Modyfikatory właściwości przetwórczych i ściernych:

o

Twarde nanocząstki (zwiększenie tarcia)

o

Smar molekularny (zmniejszenie tarcia)

W przemyśle samochodowym  Toyota często stosuje nanomateriały

Folie opakowanie  efekt labiryntu

Ograniczona przenikalność tleny i pary wodnej.

Fulereny – zamknięta budowa klatkowa, składają się z kilkudziesięciu do kilkunastu set atomów
węgla. Silnie wpływają na wzrost wytrzymałości materiałów.

Ważne: W zastosowaniach wojskowych jako absorbet promieniowania radiacyjnego oraz fal
radiowych, inne np. do produkcji opon.

W medycynie – jako nośniki leków, nie wpływające na krzepliwość krwii. Uwalniają lek co jakiś czas
(kiedy potrzeba) np. w lekach na cukrzycę (insulina) i przeciwko AIDS.

Węgiel powoduje migrację krwinek czerwonych, fulereny nie!

Nanorurki węglowe:



Kształt np. zwinięta płaszczyzna, wieloosiowe cylindry etc. ( mogą przyjmować różne formy)



Używane w chipach komputerowych, szybko przewodzą sygnały elektryczne. Również w

telefonach komórkowych.



Wytrzymałość odniesiona do gęstości  wyższa niż stali



Umożliwiają bardzo szybki przepływ cieczy w membranach (prawie nie powodują tarcia)



Dodawane do matrycy polimerowej  kompozyty mogą stać się przewodnikami

elektrycznymi.

Nanorurki



Do znakowania samochodów (znaki, numery, widoczne tylko w świetle UV)

Ryzyko dotyczące nanocząstek (a nie materiałów do których ich zużyto)



Nanocząsteczki mogą zachowywać się w sposób nieprzewidywalny (ze względu na swój

rozmiar)



Mogą występować techniczne problemy: utylizacja, transport



Unikanie kontaktu nanocząstek z ludzkim mózgiem



Monitorowanie pracowników mających kontakt z materiałami



Nanomateriały mogą przenikać przez fizjologiczne bariery do komórek i m. in. Uszkodzeń

narządów wewnętrznych.

KONIEC

Opracowali: Vaffanculo

JEBAĆ NIEMCÓW

POZDRO DLA KUMATYCH

TE PUTA MADRE PENDEJOS