3). Stale !aroodporne i !arowytrzymałe.Od stali pracujacy w wysokiej temperaturze w zakresie powyej 550*C wymaga sie duej aroodpornosci i arowytrzymałosci. ;aroodpornosc to odpornosc stopu na działanie
czynników chemicznych, głównie powietrza oraz spalin i ich agresywnych składników w temperaturze wyszej ni 550*C. ;aroodpornosc jest scisle zwiazana ze skłonnoscia stali do tworzenia zgorzeliny. Zgorzelina powinna stanowic ciagła warstwe, dokładnie przylegajaca dometalicznego rdzenia, co utrudnia dyfuzje utleniacza i jonów metalu. Wymagania te spełniaja niskoweglowe stale o jednofazowej strukturze ferrytu lub austenitu, o duym steeniu chromu i niklu oraz dodatkowo krzemu i aluminium. ;arowytrzymałosc jest nazywana odpornosc stopu na odkształcenia, z czym wiae sie zdolnosc do wytrzymywania obciaen mechanicznych w wysokiej temperaturze - powyej 550*C. ;arowytrzymałosc wtemperaturze wyszej od 550*C jest uzaleniona głównie od odpornosci na pełzanie. Dua arowytrzymałosc wykazuja wiec stale o strukturze austenitycznej - ze wzgledu na mniejszewspółczynniki dyfuzji ni w ferrycie, o znacznej wielkosci ziarn i z dyspersyjnymi wydzieleniami faz, głównie na granicach ziarn.4). Stale odporne na scieranie. 30). Stal HadfieldaTypowa stal odporna na scieranie - X120Mn13 - nazywana stala Hadfielda, zawiera 1,1-1,3% C i 12-13% Mn. Zgodnie z wykresem równowagi Fe-Mn-C stal ta w temperaturze wyszej od ok. 950*C wykazuje stabilna strukture austenityczna, a po powolnym ochłodzeniudo temperatury pokojowej jest mieszanina ferrytu i cementytu manganowego. Podczas ochłodzenia stali z wychłodzeniem izotermicznym w temperaturze ok. 600*C z austenitu wydzielaja sie wegliki (Fe, Mn)3C i nastepnie czesciowo przebiega przemiana perlityczna. Stal w tym stanie wykazuje dobra obrabialnosc. W wyniku przesycenia z temperatury ok. 1000*C,z chłodzeniem w wodzie, w temperaturze pokojowej stal uzyskuje strukture austenityczna.Stale X120Mn13 oraz X110Mn14 i X120Mn12 o zblionym składzie chemicznym (z dodatkie Cr, Mo lub Ni), w stanie przesyconym cechuja sie dua skłonnoscia do umocnienia w wynikuzgniotu zwiazanego z tworzeniem mikroblizniaków. Twardosc stali wynosi ok. 500 HB. Stal Hadfielda umacniajaca sie w czasie pracy, jest stosowana na elementy naraone na scieranie przy duych i dynamicznych naciskach powierzchniowych, np. nakosze koparek, gasienice dociagników, rozjazdy kolejowe, łamacze kamienia i młyny kadłubowe. Czesto ze wzgledów technologicznych elementy te sa wykonywane przez odlewanie ze staliwa GX120Mn13 oskładzie analogicznym jak stali X120Mn13.6). Prognozy rozwoju materiałów in!ynierskich.Mona sie pokusic o wizje przyszłosci i ocenic tendencje rozwojowe zastosowan rónych materiałów inynierskich. Zwiazane sa one oczywiscie z przewidywaniami dotyczacymi rozwoju rónych dziedzin ycia i procesów wytwórczych. Ju dzis wiele osób wykonuje swoja prace w domu, wcale go nie opuszczajac. Mieszkanie ju za kilka lat bedzie musiało być zupe³nie inaczej urzadzone i wyposaone. Zupe³nie inaczej zorganizowane zostana miasta oraz transport, a take systemy komunikacji, w tym m.in. nowy system transportu miejskiego miedzy superwysokimi budynkami, elektrycznie zasilane samochody, zrobotyzowane systemy bezpieczenstwa oraz utylizacji odpadów komunalnych. System ochrony zdrowia oparty bedzie na diagnozowaniu w domu, ywnosci nie wywołujacej alergii, wczesnym wykrywaniu groznych schorzen i ich zapobieganiu, szerokim wprowadzaniu metod terapii genowej biomateriałów. Przyszłosciowe rolnictwo, lesnictwo oraz rybołówstwo oparte beda na
osiagnieciach inynierii genetycznej, opracowaniu upraw nowych roslin, wykorzystujacych inne ni fotosynteza procesy oraz pełnej robotyzacji. Przemysł wydobywczy i wytwórczy oparte zastana na pełnej robotyzacji, procesach przemysłowego recyklingu wody oraz powietrza, rozwoju technologii ultramikroprocesorowej, jak równie wysokowydajnych systemach przesyłania energii elektrycznej z uyciem materiałów organicznych zastepujacych miedz. Znacznemu rozwojowi ulegna systemy zabezpieczenia mieszkanców Ziemi przez wpływami klimatycznymi, usuwania szkód spowodowanych przez kleski ywiołowe, ulewne deszcze, susze, eksploatacje lasów tropikalnych oraz pomniejszaniem efektów dziury ozonowej. Rozbudowane zostana systemy obserwacji mórz i oceanów oraz ich skaenia, obserwacji wstrzasów sejsmicznych, a do prac podwodnych wprowadzone zostana roboty.Technika kosmiczna z wykorzystaniem energii słonecznej, upowszechnieniem lotów kosmicznych doprowadzi do rozwoju unikalnych technologii i organizacji fabryk kosmicznych dla potrzeb produkcji rynkowej, organizacji baz obserwacyjnych na Ksieycu oraz wypraw na Marsa.7). Metodologia analityczna doboru materiałów in!ynierskich.Szczegółowe wymagania dotyczace produktów, a w tym take materiałów, formułowane sa jako warunki techniczne wykonania i odbioru. Bardzo czesto wymagania dotycza korzystnego stanu jednoczesnie kilku własnosci. W takich przypadkach jedynie racjonalnym rozwiazaniem, jest zastosowanie metod ilosciowego okreslenia stanów wzglednych kryteriów jakosci, którymi sa wielkosci opisujace własnosci materiałów. W metodzie analitycznego doboru materiałów konstrukcyjnych tok postepowania obejmuje: sporzadzenie zestawu kryteriów odtwarzajacych wymagania jakosciowe dotyczace rozpatrywanych materiałów inynierskich, ujetych w postaci kryterialnego wzorca jakosci, wyznaczenie lub pobranie z odpowiednich dokumentów dopuszczalnych i poadanych wartosci stanów bezwzglednyc własnosci (lub cech) rozpatrywanych materiałów, z wprowadzeniem ich do odpowiednich rubryk formularza kryterialnego wzorca jakosci, relatywizacja stanów bezwzglednych własnosci mierzalnych i niemierzalnych, obliczenie poziomów jakosci. Proces doborumateriałów inynierskich zwykle dotyczy jednej z dwóch sytuacji: doboru materiałów i procesów technologicznych dla nowych produktów lub projektów, oceny materiałów alternatywnych i moliwosci wytwarzania dla istniejacych produktów lub projektów.
10). Przykłady komputerowego wspomagania projektowania materiałów.Intensywne prace nad tym zagadnieniem sa prowadzone w wielu osrodkach. Rozwija sienowa specjalnosc inynierska zwana komputerowa nauka o materiałach. Dostepne sa obszerne bazy danych, zarówno w sieci Internet, jak i równie na dyskach CD. Zwykle sa tojednak bazy umoliwiajace uzyskanie informacji o wybranej grupie materiałów inynierskich w formie raportu, zawierajacego wyłacznie charakterystyke danego gatunku materiały wpostaci zbioru podstawowych informacji, pozostawiajac operatorowi wszelkie czynnosci dotyczace wyboru materiału i ewentualnie porównania ich z własnosciami dla innegogatunku. Taka baza danych spełnia zatem wymagania katalogu danej grupy materiałów inynierskich. Do innych grup programów komputerowych naley „Materiale Selector” opracowany przez zespół N.A. Watermana i M.F. Ashby'ego. W tym programie monadokonac wyboru materiałów inynierskich przy uyciu map własnosci. Ma to ogromneznaczenie pogladowe i dydaktyczne, jednak zwykle nie odpowiada wszystkim oczekiwaniomprojektanta. Znacznie bardziej pomocne wydaja sie ksiaki, towarzyszace temu programowi,zawierajace bardzo obszerne zbiory informacji o rónych materiałach inynierskich. Kolejnagrupa programów komputerowych umoliwia wspomaganie doboru materiałów inynierskichw wyniku automatycznego przeszukiwania bardzo obszernych baz danych według scisleokreslonych kryteriów. Warto wymienic program towarzyszacy autorskiemu wydaniu„Leksykon materiałoznawstwa”, oraz rozwinieta wersje autorskiego komputerowego systemuwspomagania doboru materiałów inynierskich. Zadaniem uytkownika tego systemu jest
okreslenie kryteriów, jakie powinien spełniac materiał. Kryteria te obejmuja zarównowłasnosci, skład, moliwe do zastosowania metody obróbki materiału, postac półproduktu, jak i poszczególne grupy materiałów na podstawie ustalonych kryteriów uytkownik moe przyjac ewentualnie dodatkowe kryteria. Po ich uwzglednieniu lista wynikowa materiałów zostanie dodatkowo zaweona do tych materiałów, które spełniaja wszystkie kryteria. Tak wiec selekcja materiałów moe byc procesem iteracyjnym. Na podstawie listy kryteriówprogram wyswietla, i na adanie drukuje, dane materiałów spełniajacych te kryteria.11). Stale maszynowe - przykład. 27). Stale maszynowe z mikrododatkami i ich obróbka cieplna.Stale stanowiace podstawowy materiał konstrukcyjny w przemysle maszynowym sa nazywane stalami do budowy maszyn lub w skrócie stalami maszynowymi. Elementy maszyn wytwarza sie nie tylko z stali stopowych przeznaczonych do obróbki cieplnej u uytkownika (np. przez ulepszanie cieplne), ale równie ze stali, którym własnosci nadano wykonujac odpowiedni proces technologiczny w zakładzie hutniczym. Wytwórcy elementów maszyn pozostaje nadanie im ostatecznej postaci geometrycznej, zwykle przez obróbke skrawaniem.Przykładem takiej grupy sa stale maszynowe mikroskopowe, wytwarzane w postaci kesów lub pretów kutych w stanie utwardzonym wydzieleniowy z temperatury obróbki plastycznej na goraco. Po takiej obróbce stale te maja strukture ferrytyczno-perlityczna z dyspersyjnymi wydzieleniami weglikoazotków i własnosci niewymagajace zmiany przez obróbke cieplna u wytwórcy elementów maszyn. Stale maszynowe mikroskopowe sa oznaczane jak inne stale stopowe, których podstawa klasyfikacji jest ich skład chemiczny. Jesli stale te sa dostarczanew stanie nieobrobionym cieplnie, wtedy znaku stali nie uzupełnia sie lub dodaje sie +U. Znak stali w stanie zmiekczonym, podatnym do ciecia noyca, uzupełnia sie litera +S. Takie stany sa nadawane jedynie kesom i pretom przeznaczonym do ponownego kucia na goraco. Znak stali w stanie utwardzonym wydzieleniowo jest uzupełniony przez +P, np. 38MnVS6+P. Stale w tym stanie powinny spełniac przede wszystkim wymagania dotyczace własnosci mechanicznych, a skład chemiczny jest podany tylko informacyjnie. Stale maszynowemikroskopowe zawieraja ok. 0,19-0,46% C, podwyszone steenie Mn i Si oraz niewielkie dodatki V i N, umoliwiajace utwardzenie wydzieleniowe czastkami V(C, N). Wanad moe być zastapiony przez Nb. .13). Przemiany fazowe w stalach szybkotnacych. 31). Obróbka stali szybkotnacych i o podwy!szonej temperaturze - wykresy.Uzyskanie poadanych własnosci stali szybkotnacych zaley ponadto od prawidłowo wykonanej obróbki cieplnej. Stale szybkotnace sa dostarczane w stanie zmiekczonym. Zapewnia to dobra obrabialnosc mechaniczna stali. Narzedzia wykonane metody obróbki skrawaniem poddaje sie obróbce cieplnej polegajacej na hartowaniu i wysokim odpuszczaniu.Ze wzgledu na mała przewodnosc cieplna stali szybkotnacych, stwarzajacaniebezpieczenstwo pekniec, w czasie hartowania jest stosowane stopniowe podgrzewanienarzedzi do temperatury austenityzowania w kapielach solnych, z wygrzaniem wtemperaturze ok. 550 i 850*C. Czas wygrzewania zaley od wielkosci wsadu. W procesieobróbki cieplnej stali szybkotnacych wane jest zastosowanie prawidłowej temperaturyaustenityzowania, zwykle ok. 50-70*C niszej od temperatury solidusu danego gatunku stali.Tak wysoka temperatura austenityzowania stali umoliwia rozpuszczenie sie weglików wosnowie austenitycznej. W temperaturze 1000-1100*C rozpuszczaja sie wegliki M23C6, awyszej - wegliki M6C i M4C3, przy czym te ostatnie - jako fazy miedzywezłowe -rozpuszczaja sie najtrudniej. Rónice w składzie chemicznym stali w sposób znaczacywpływaja na ilosc i rodzaj weglików nie rozpuszczonych podczas austenityzowania, co decyduje o własnosciach uytkowych stali obrobionych cieplnie. Rozpuszczanie sie weglików podczas austenityzowania powoduje wzbogacenie osnowy w pierwiastki stopowe,polepszajac hartownosc i wpływajac na przemiany fazowe zachodzace podczas chłodzeniaaustenitu nasyconego dodatkami stopowymi. Gdy temperatura austenityzowania zostaniedobrana prawidłowo, do roztworu jest wprowadzana taka ilosc weglików, e pozostałe uniemoliwiaja nadmierny rozrost ziarn austenitu. Zbyt wysoka temperatura austenityzowania podowuje wyrazny wzrost wielkosci ziarna austenitu pierwotnego, sprzyjajac zwiekszeniu udziału austenitu szczatkowego po hartowaniu, a przez to obnieniu twardosci stali . Definicja i zakres nauki o materiałach inżynierskich. Nauka o materiałach może być najogólniej określona jako „poznawanie substancji, z których jest lub może być tworzone cos innego, oraz ich syntezy, własności i zastosowań”. Należy zwrócić przy tym uwagę, że synteza jest rozumiana jako „sztuczna produkcja substancji przez procesy chemiczne”. Podane sformułowanie zadań nauki o materiałach, obejmuje materiały zarówno naturalne, jak i inżynierskie (syntetyczne) konwencjonalne, jak i rozwinięte. Wydaje się, ze warto równie zastanowić się nad pojęciem „materiał”.