1. Typy sieci krystalicznych Bravais’a. Rodzaje sieci - oznaczenia (A0, A1, A2, A3), szkice, liczba koordynacyjna, ilość atomów na jedną komórkę elementarną). Płaszczyzny i kierunki krystalograficzne (wskaźniki Millera i Bravais’a-Millera). W zależności od stosunku długości i wzajemnej orientacji krawędzi komórki elementarnej, wyróżniamy sieci: Układ regularny: sześcian, trzy rodzaje sieci: prosta, centrowana przestrzennie i centrowana powierzchniowo. Układu heksagonalny: prosty graniastosłup o podstawie romba o kątach 60° i 120°, trzy takie komórki tworzą graniastosłup heksagonalny. Układ tetragonalny: prostopadłościan o podstawie kwadratowej, dwa rodzaje sieci: prosta i centrowana przestrzennie, Układ trygonalnym (romboedryczny): romboedr, kąty jednakowe, różne od 90° i mniejsze od 120°. Układ rombowy: prostopadłościan, cztery rodzaje sieci: prosta, centrowana przestrzennie, centrowana w podstawie, płasko centrowana. Układ jednoskośny: pochyły równoległościan, którego dwie pary ścian są prostokątami, a dwie ściany są równoległobokami, dwie sieci: prosta i z centrowaną podstawą. Układu trójskośny: równoległościan, wszystkie krawędzie i kąty są różne.

2. Defekty punktowe, liniowe, powierzchniowe i objętościowe (szkice i definicje). Monokryształ. Granice ziaren. Materiały polikrystaliczne. *Defekty punktowe to wakanse (luki) i atomy międzywęzłowe, wakans to brak atomu w węźle sieci krystalicznej, defekty te powstają w wyniku drgań sieci o amplitudzie wzrastającej z temperaturą, które powodują wypadanie pewnej liczby atomów ze swoich położeń równowagi. Defekty liniowe: krawędziowe (zaburzenie struktury kryształu powstające wskutek utworzenia się dodatkowej półpłaszczyzny lub wyjęcie takiej półpłaszczyzny, zwanej ekstra płaszczyzną), śrubowe (spowodowany przemieszczeniem części kryształu wokół osi, zwanej linią dyslokacji śrubowej, mieszane (granice ziaren oddzielają ziarna różniące się orientacją krystaliczną a także składem: granice niskokątowe, granice wysokokątowe). *Monokryształy charakteryzują się prawidłowym rozmieszczeniem przestrzennym atomów z zachowaniem jednakowej orientacji wszystkich elementarnych komórek sieciowych w całej objętości kryształu. Są to ciała anizotropowe. Materiały rzadko wykazują strukturę monokryształów. Granice ziaren - wewnętrzne powierzchnie graniczne oddzielające dwa kryształy lub ziarna o takim samym składzie chemicznym, różniące się tylko orientacją krystaliczną. Granice ziaren są to defekty powierzchniowe wpływające na własności materiału. Polikryształy – materiały składające się z ziaren, z których każde ma w przybliżeniu prawidłową strukturę krystaliczną. Przypadkowa orientacja krystaliczna poszczególnych ziaren powoduje, że polikryształy są ciałami quasi-izotropowymi.

3. Zgniot i rekrystalizacja.

1. Mechanizm odkształcenia plastycznego (poślizgi, bliźniakowanie, generacja dyslokacji śrubowych). Umocnienie metali.

2. Rekrystalizacja. Definicja, etapy rekrystalizacji. Zasady rekrystalizacji. Zmiany właściwości metali po rekrystalizacji. Obróbka plastyczna na zimno i na gorąco.

4. Metastabilny układ równowagi fazowej Fe-Fe₃C.

1. Narysować i opisać układ Fe-Fe₃C. Opisać punkty i linie układu, oznaczyć zakresy występowania składników strukturalnych (faz i mieszanin faz).

2. Podać definicje faz występujących w układzie Fe-Fe₃C: odmiany alotropowe żelaza, roztwór ciekły, ferryt, austenit, ferryt wysokotemperaturowy, cementyt (definicja ogólna + definicja cementytu pierwotnego, wtórnego i trzeciorzędowego).

3. Opisać przemiany: eutektyczną i eutektoidalną i perytektyczną, podając dla każdej z nich temperaturę w jakiej zachodzi, co jest produktem przemiany (skład chemiczny i budowę strukturalną).

4. Dla wybranych stopów o zawartości węgla w zakresie 0÷6,67%C:

• zaznaczyć skład na układzie,

• narysować krzywą chłodzenia dla stopu,

• opisać przemiany zachodzące przy chłodzeniu stopu,

• opisać strukturę stopu w temperaturze otoczenia.

5. Żeliwa węglowe.

1. Definicja żeliwa. Rodzaje osnowy metalicznej oraz postacie grafitu występujące w żeliwach.

   Żeliwo jest stopem żelaza z węglem oraz innymi pierwiastkami stopowymi, w którym zawartość węgla przekracza 2% wag. Węgiel obniża temperaturę topnienia żelaza dlatego żeliwa (1160°C) mogą być łatwiej topione niż stal średniowęglowa (1500°C). Podstawowym pierwiastkiem wpływającym na rodzaj osnowy jest węgiel, którego ilość decyduje o tym czy będzie ona: ferrytyczna (faza miękka), ferrytyczno-perlityczna, perlityczna. Postać grafitu: płatkowa, postrzępiona (węgiel żarzenia) i sferoidalna

2. Podział, zastosowanie oraz znakowanie żeliw wg PN i PN-EN. Żeliwa szare (klasyfikacja). Modyfikacja żeliw. Podział żeliw: Zależnie od postaci węgla wyróżnia się żeliwa: BIAŁE (jasny przełom), w których węgiel występuje w postaci cementytu,znakowanie, np. EN-GJMW-350-4, zastosowanie: odlewy odporne na ścieranie nie wymagające większej obróbki skrawaniem: wykładziny i ślimaki mieszalników i przenośników materiałów sypkich, kule młynów kulowych, klocki hamulcowe, SZARE - z grafitem (szary przełom), w których węgiel występuje głównie jako grafit i częściowo związanej jako cementyt w perlicie, ze względu na kształt wydzieleń grafitu wyróżnia się żeliwo z grafitem płatkowym, sferoidalne i ciągliwe, znakowanie: PN-EN 1561:2000, np. EN-GJL-100, zastosowanie: masowo produkowane odlewy nie przenoszące obciążeń (ruszty, płyty i drzwi pieców, grzejniki, wanny, zlewy), odlewy części maszyn, wlewnice, części samochodowe, tłoki ; POŁOWICZNE (pstre) — węgiel w postaci cementytu i grafitu. Klasyfikacja żeliw szarych: Żeliwa szare niestopowe (węglowe) dzielimy na: żeliwo szare zwykłe żeliwo modyfikowane żeliwo sferoidalne. Modyfikacja żeliw polega na wprowadzeniu do ciekłego stopu modyfikatora (np. Fe-Si,Ca-Si) w ilości do 0,5% masy stopu. Modyfikator powoduje zwiększenie ilości zarodków krystalizacji, a tym samym rozdrobnienie płatków grafitu oraz uzyskanie struktury perlitu w osnowie metalicznej. Te dwa czynniki są powodem wyższej wytrzymałości żeliw modyfikowanych

3. Otrzymywanie żeliw ciągliwych (białych, czarnych i perlitycznych). Otrzymywane są z żeliwa białego w wyniku wyżarzania grafityzującego. W czasie obróbki cieplnej cementyt ulega rozkładowi z wydzieleniem węgla żarzenia w postaci kłaczkowatych skupień. Proces wyżarzania żeliwa przebiega w zakresie temperatur 1000-700 ºC w czasie ok. 100 godzin. Zależnie od przebiegu cyklu wyżarzania i atmosfery procesu otrzymuje się żeliwo o osnowie ferrytycznej lub perlitycznej, o strukturze jednolitej - żeliwo ciągliwe czarne lub o zmniejszonej zawartości węgla żeliwo ciągliwe białe.

   6) Stale węglowe.

1. Definicja. Wpływ procentowej zawartości węgla na strukturę i właściwości stali węglowych.

   Stal jest stopem żelaza z węglem o zawartości do 2% węgla. Do zasadniczych domieszek zawsze występujących w stalach węglowych w mniejszej lub większej ilości należą mangan, krzem, fosfor i siarka. Wraz ze wzrostem węgla wzrasta twardość HB, wytrzymałość Rm, nieznacznie plastyczność Re, maleje wydłużenie A, przewężenie Z i udarność KC. Ze względu na strukturę po wolnym chłodzeniu (studzeniu) stale węglowe można podzielić na trzy zasadnicze grupy:

   Stale podeutektoidalne zawierające do 0,8% węgla o strukturze ferrytyczno – perlitycznej, stale eutektoidalne zawierające 0,8% węgla mające strukturę perlityczną, stale nadeutektoidalne o zawartości 0,8+2,0% węgla o strukturze perlitycznej z cementytem wtórnym.

   Przy bardzo małej zawartości węgla, tak poniżej 0,1%, stal ma strukturę prawie czysto ferrytyczną. Przy większych zawartościach węgla w strukturze stali pojawia się perlit, zbudowany z na przemian ferrytu i cementytu i ma nazwę perlitu płytkowego.

   
   

2. Podać podział stali węglowych ze względu na zastosowanie. Sposób oznaczania wg PN i PN-EN.

   *Konstrukcyjne, maszynowe i na urządzenia ciśnieniowe: stale niestopowe konstrukcyjne i maszynowe, stale niestopowe drobnoziarniste, stale do ulepszania cieplnego, stale niestopowe na urządzenia ciśnieniowe, stale niestopowe do nawęglania, stale automatowe, stale o określonym przeznaczeniu (np. stale szynowe, do zbrojenia betonu...) *Stale niestopowe niskowęglowe do obróbki plastycznej na zimno: stale niskowęglowe do obróbki plastycznej na zimno, stale niestopowe do ocynkowania i powlekania innymi metalami, stale niestopowe do powlekania powłokami niemetalicznymi. *Stale narzędziowe

   Oznaczania: system cyfrowy wg PN-EN 10027-2:1994, Numer:1.xxnn, 1- stop elaza, xx - grupa stali, nn - konkretny gatunek

6. STALE STOPOWE

1. Postacie występowania dodatków stopowych. Podział stali stopowych ze względu na strukturę. Dodatki stopowe to pierwiastki stopowe, które celowo dodaje się do stali aby nadać im wymagane własności. Najczęściej stosuje się: mangan, krzem, chrom, nikiel, wolfram, molibden, wanad. Rzadziej stosuje się aluminium, kobalt, miedź, tytan, tantal, niob, a w niektórych przypadkach i azot.

   Podział ze względu na strukturę: *stale stopowe podeutektoidalne o strukturze ferrytyczno -perlitycznej, *stale stopowe eutektoidalne o strukturze perlitycznej, *nadeutektoidalne, zawierające w osnowie perlitu wydzielenia węglików wtórnych wydzielonych z austenitu, *ledeburytyczne, w strukturze których wystę pują węgliki pierwotne, wydzielone z ciekłej stali podczas krzepnięcia i wchodzące w skład eutektyki, *ferrytyczne lub austenityczne o dużej zawartości dodatków stopowych i małym udziale węgla.

2. Stale stopowe konstrukcyjne. Podział, dodatki stopowe. Zasady znakowania wg PN i PN-EN.

   PODZIAŁ: stale konstrukcyjne do ulepszanie cieplnego, stale maszynowe do ulepszania cielnego, stale maszynowe do nawęglania. Głównymi skalnikami stopowymi tych stali są: Cr, Mn, Si, Ni, Mo , V, W. Powodują one przede wszystkim polepszenie hartowności, jak również zwiększenie własności mechanicznych po wcześniejszej obróbce cieplne.

3. Stale stopowe o szczególnych właściwościach. Podział, dodatki stopowe, sposób znakowania.

   PODZIAŁ: do pracy przy podwyższonej temperaturze – dodatki: Cr, Mo, V, W, Ti, Nb, żaroodporne i żarowytrzymałe – dodatki: chrom, krzem, glin, zaworowe, oporowe, odporne na korozję – dodatki: chrom, do pracy w obniżonych temperaturach, odporne na ścieranie, o szczególnych własnościach magnetycznych, martenzytyczne utwardzalne wydzieleniowo. Oznakowania: Wg PN-EN 10027-2: 1994 – gatunki stali określa się 5 cyfrowym numerem 1.x1x2x3x4, pierwsza cyfra 1. oznacza stop żelaza, dwie następne cyfry oznaczają grupę stali, dwie ostatnie cyfry wyróżniają konkretny gatunek w grupie

4. Stale stopowe narzędziowe. Podział, dodatki stopowe, sposób znakowania, zastosowanie.

   PODZIAŁ: *do pracy na zimno – dodatki: Cr, Mn, Ni, W, V, Si, oznakowania: np. PN-EN ISO 4957: 2004: 45NiCrMo16, *do pracy na gorąco – dodatki: Cr, W, Mo, V, oznakowania, np: PN-EN ISO 4957: 2004: 32CrMoV12-28, *szybkotnące – dodatki: W, Mo, Cr, V, Co oznakowania: np: PN-EN ISO 4957: 2004: HS0-4-160HRC

7. Stopy metali nieżelaznych

1. Mosiądze definicja, podziały, właściwości, znakowanie i zastosowanie. Definicja - stopy miedzi z cynkiem, w których podstawowym składnikiem jest miedź, zawierające do ok. 45% Zn. Podział: *odlewnicze (zwykle dwufazowe α+ β’), *do obróbki plastycznej (zwykle jednofazowe α, o mniejszej zawartości Zn i innych dodatków niż odlewnicze). Właściwości: *do ok. 38 % Zn: roztwór stały α na bazie miedzi (A1) o dobrej plastyczności i wytrzymałości, *powyżej 38 % Zn: α+ faza β’ (krucha, o niskiej wytrzymałości). Znakowanie: Mosiądz manganowo-żelazowy CuZn40Mn3Fe1. Zastosowanie: produkty hutnicze ogólnego przeznaczenia (pręty, rury, blachy, kształtowniki), taśmy i druty na sprężyny i złączki, pręty do obróbki na automatach, łożyska ślizgowe.

2. Brązy definicja, podziały, właściwości, znakowanie i zastosowanie. *Definicja – stopy których podstawowym składnikiem jest miedź, a głównymi dodatkami stopowymi są cyna, aluminium, krzem, beryl, mangan, ołów, których zawartość jest większa od 2 %. W zależności od głównego dodatku stopowego noszą odpowiednie nazwy, np.: brązy cynowe, aluminiowe, krzemowe itp. *Podział: ze względu na zastosowanie, brązy dzieli się na odlewnicze i do obróbki plastycznej. *Właściwości: dobra wytrzymałość mechaniczna, odporność na ścieranie i zmienne obciążenie, odporność na korozję oraz działanie pary i wody, maksymalne wydłużenie i wytrzymałość na rozciąganie brązy cynowe osiągają przy ok. 8 % Sn. *Znakowanie: brąz cynowy CuSn10, brąz cynowo - cynkowy CuSn10Zn2. *Zastosowanie: odlewy, do wyrobu części maszyn, na stalówki do piór, oraz w postaci sproszkowanej jako farba, łożyska, panewki, ślizgi i napędy, osprzęt parowy i wodny, armatura chemiczna, przemysł okrętowy i papierniczy;

3. Rodzaje stopów aluminium. Przesycanie i starzenie stopów Al-Cu. Modyfikacja stopów Al-Si. *Przesycanie: nagrzanie stopu do temp. 30-50 C powyżej granicznej rozpuszczalności i szybkie schłodzenie do temperatury pokojowej; stop uzyskuje metastabilną strukturę jednofazową. *Starzenie: ekspozycja przesyconego stopu w temperaturze pokojowej lub w podwyższonej temperaturze, ale niższej od temperatury granicznej rozpuszczalności; wzrost właściwości wytrzymałościowych w wyniku generacji naprężeń związanych z przemieszczeniami atomów przesycających roztwór. *Modyfikacja: Modyfikację stopów Al-Si dzieli się na trzy procesy, które obejmują: rozdrobnienie stałego roztworu alpha (Al), uszlachetnienie eutektyki oraz rozdrobnienie kryształów pierwotnego krzemu betta (Si). W wypadku podeutektycznych stopów Al-Si ważne znaczenie mają dwa pierwsze procesy.

4. Stopy stosowane na łożyska ślizgowe. Wymagania stawiane stopom łożyskowym. Przykłady stopów stosowanych na łożyska ślizgowe. *Wymagania: dobra smarowność, wysoka odporność korozyjna, niewrażliwość na zacieranie się, dobre przewodnictwo cieplne, odporność na ścieranie i mały współczynnik tarcia, dobra plastyczność i wytrzymałość na ściskanie, odporność na zmęczenie i duża udarność, dobre własności odlewnicze. *Przykłady: do produkcji łożysk ślizgowych stosuje się m.in. stopy w osnowie cyny, ołowiu, kadmu, miedzi, aluminium, cynku oraz żeliwo. Jako materiały na łożyska ślizgowe używa się również tworzyw sztucznych.