1. Względne znaczenie poszczególnych grup materiałów????

2. Materiały o znaczeniu technicznym

Materiałami w pojęciu technicznym nazywane są ciała stałe o właściwościach umożliwiających ich stosowanie przez człowieka do wytwarzania produktów. Wyróżnić tu możemy:materiały naturalne wymagające jedynie nadania kształtu do technicznego zastosowania np. drewno, niektóre kamienie, skały, minerały; materiały inżynierskie niewystępujące w naturze, lecz wymagające zastosowania złożonych procesów twórczych w celu przystosowania ich do potrzeb technicznych po wykorzystaniu surowców dostępnych w naturze np. metale i ich stopy, polimery, materiały ceramiczne; materiały kompozytowe tworzone przez połączenie dowolnych dwóch z wymienionych materiałów inż. W monolityczną całość, co zapewnia uzyskanie innych własności od właściwych dla każdego z materiałów składowych.

3. Podstawowe grupy materiałów - wymienić, podać podstawowe własności

Metale -charakteryzują się wiązaniem metalicznym. Układy wieloskładnikowe złożone z więcej niż jednego pierwiastka charakteryzują się przewagą wiązania metalicznego, tworzą stopy metali. Metale i ich stopy(żeliwo i stale, aluminium i jego stopy, miedź i jego stopy, nikiel i jego stopy, tytan i jego stopy)

• dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne

• zwiększa się opór elektryczny z podwyższeniem temperatury

• połysk metaliczny - polega na odbijaniu promieni świetlnych od wypolerowanych powierzchni

• plastyczność - zdolność do trwałych odkształceń pod wpływem przyłożonego obciążenia

• metale odznaczają się wysokimi wartościami modułów sprężystości (stała materiałowa)

• są najmniej odporne na korozje

Polimery-(tworzywa sztuczne lub plastyki).

• Są materiałami organicznymi złożonymi ze zw. Węgla.

• Tworzone są przez węgiel, wodór i inne pierwiastki niemetaliczne tj. azot N, tlen O, chlor Cl, siarka S, krzem Si, fluor F

• Są makrocząsteczkami i powstają w wyniku połączenia wiązaniami kowalencyjnymi w łańcuchy wielu grup atomów zwanych monomerami jednego lub kilku rodzajów

Własności polimerów:
mała gęstość, izolacyjne własności cieplne i elektryczne, słabo odbijają światło i zwykle przezroczyste i można je barwić (transparentne), właściwości polimerów silnie zależą od temperatury, większość polimerów traci swoje zdolności użytkowe w temp powyżej 200st, odporne na korozję, odznaczają się niskimi współczynnikami tarcia.

Ceramika- materiały nieorganiczne o jonowych i kowalencyjnych wiązaniach między atomami, wytwarzane zwykle w wysoko temper. reakcjach. Do szeroko rozumianych materiałów ceramicznych można zaliczyć: ceramikę inż., cermetale, ceramikę porowatą, szkła, ceramikę szklaną. Właściwości: duża zawartość modułu sprężystości, nie są ciągliwe, małą odporność na lokalne spiętrzenie natężeń, duży rozrzut wytrzymałości, duża twardość i odporność na ścieranie korozję, zachowują duża wytrzymałość w wysokich temp.

Kompozyty- są połączeniami dwóch lub więcej odrębnych i nierozpuszczających się w sobie komponentów, z których każdy odpowiada innemu podstawowemu materiałowi inż., zapewniającymi lepszy zespół własności i cech konstrukcyjnych, od właściwych dla każdego materiału ładunku oddzielnie. Dzielą się ze względu na osnowę(matryce): metalową, polimerową, ceramiczną.

4. Ciało stałe- jeden z 3 podst. Stanów skupienia materii. Substancja w tym stanie ma w ustalonych warunkach określony kształt i objętość oraz odznacza się sprężystością tzn., że pod działaniem niewielkich sił nie odkształca się trwale.

Ciało krystaliczne- odznacza się uporządkowanym okresowo powtarzającym się rozmieszczeniem atomów tworzących krystaliczną sieć. Mogą występować jako monokryształy, których uporządkowanie rozciąga się na całe ciało, lecz częściej ciała krystaliczne składają się z drobnych kryształów o różnej wzajemnej orientacji tzw. polikryształy. Większość naturalnych lub otrzymywanych sztucznie ciał stałych składa się z kryształów. Kryształy wykorzystuje się do: soczewek, polaryzatorów, pryzmatów, monokryształów rubinu, kryształów kwarcu, w elektronice, do urządzeń wiertniczych, zegarkach, wyrobu klejnotów.

Ciało bezpostaciowe (Amorficzne)- ciało stałe niewykazujące charakterystycznego dla kryształów okresowego uporządkowania atomów. Zwykle terminem, ciało bezpostaciowe, określa się wyłącznie szkła. Stan bezpostaciowy= stan szklisty. Proces chłodzenia cieczy nazywamy zeszkleniem, morfizacją.

5. Podstawowe właściwości materiałów inżynierskich

Rodzaj właściwości	Właściwości	Symbol	Jednostka
Ogólne	Cena(względna)	Cr	-
		Gęstość	p	Mg/m^3
	Mechaniczne	Moduły sprężystości	E,G,K	GPa
		Naprężenie(granica sprężystości, wytrzymałość, naprężenie pękania)		MPa
		Wiązkość	Gc	KJ/m^2
		Krytyczny współczynnik intensywności naprężeń(odporność na kruche pękanie)	Kk	MN/m^3/2
		Współczynnik tłumienia drgań		-
		Współczynnik zmęczenia	f	-
	Cieplne	Przewodność cieplna		W/m*k
		Współczynnik wyrównania temperatury	a	m^2/s
		Ciepło właściwe	Cp	J/kg*k
		Temperatura topnienia	Tm	k
		Temperatura zeszklenia	Tg	k
		Współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowej		k^-1
		Odporność na rzaki cieplne		k
		Odporność na pełzanie	-	-
Cierne	Stała Archarda	ka	MPa^-1
Korozyjne/ utleniające	Szybkość korozji	-	-
		Stałą parabolicznej szybkości utleniania	kp	m^2/s

6. Krzywe naprężenie- odkształcenie
   

1. Metale

2. Ceramika

3. Polimery

7. Próba zginania
   

8. Twardość- pomiaru twardości dokonujemy poprzez wciskanie w badaną próbkę penetratora w kształcie kulki stalowej lub stożka diamentowego lub ostrosłupa prawidłowego o podstawie kwadratowej. Miarą twardości w przypadku stosowania kulki stalowej jest iloraz siły użytej do wciśnięcia kulki do pola powierzchni odcisku HB=F/S

9. Przewodność cieplna

10. Pełzanie

11. Żelazo- ciężar właściwy żelaza 7,87 g/cm³, temp. topnienia 1534stopni. Żelazo występuje w przyrodzie pod postacią związków chemicznych, które nazywamy rudami żelaza. Rudy żelaza zawierają tlenki żelaza lub węglany żelaza oraz takie domieszki jak siarka, fosfor, krzem, które najczęściej są zanieczyszczeniami. Największe rudy żelaza to: magnetyt(złoża Szwecja, USA, Rosja, Australia), hematyt((Węgry, Rosja, Ameryka Płd.), żelaziak brunatny(Francja, Hiszpania, USA), limonit i piryt. Rudy żelaza poddawane są przerobowi hutniczemu w celu otrzymania stopów żelaza. Wytop rudy żelaza odbywał się w dymarkach, w kolejnych etapach rozwoju hutnictwa żelaza mamy wielki piec na węgiel drzewny, piec tyglowy, konwertor Bessemera, piec elektryczny, konwertor tlenowy, metoda L-D.

12. Wielki piec-Piec szybowy, który służy do wytopienia surówki z rud żelaza. Produktem ubocznym procesu wielkopiecowego są żużel i gaz wielkopiecowy. Do wielkiego pieca przez gardziel od góry wsypuje się okresowo w odpowiednich proporcjach rudę, koks, topniki(zw. wapna). Natomiast w dolnej części pieca wdmuchiwane jest gorące powietrze. Koks pełni rolę paliwa i reduktora tlenków. Topniki ułatwiają topnienie rudy. Na dnie wielkiego pieca zbiera się ciekła surówka i pokrywająca ją warstwa ciekłego żużlu. Surówkę i żużel, co kilka godzin odprowadza się dolnymi otworami spustowymi. Proces wielkopiecowy przebiega w sposób ciągły. Od chwili uruchomienia pieca do zatrzymania trwa 5 lat. Wszystkie procesy związane z ważeniem, ładowaniem materiałów wsadowych, dopływem gazu, pomiarami i kontrolą w nowoczesnych piecach są zautomatyzowane i sterowane za pomocą komputerów. Wysokość wielkiego pieca wynosi ok. 40m., a wydajność od 2 tyś. do 10 tyś. ton surówki na dobę.

13. Surówka- jest to produkt wielkiego pieca. Zawiera powyżej 2% węgla oraz krzem, mangan, siarkę, fosfor. Surówka otrzymywana jest przez redukcję rudy żelaza w wielkim piecu. Surówka przeznaczona jest do przeróbki na stal i do przetopu w odlewniach żeliwa. Surówkę odlewa się w tzw. ”gąski” o masie ok. 50kg. Surówka jest materiałem kruchym tzn. nie posiada własności plastycznych, które są charakterystyczne dla stali.

14. Żeliwiak- to piec szybowy, który służy do wytapiania żeliwa z surówki wielkopiecowej z dodatkiem złomu żeliwnego i stalowego. W górnej części żeliwiaka wykonuje jest okno wsadowe, przez które ładowane są okresowo naprzemian tzw. Naboje wsadu metalicznego oraz koks i topniki. W dolnej części żeliwiaka przez dysze wdmuchiwane jest gorące powietrze. Spalanie koksu powoduje powstanie temperatury rzędu 1600-1900 stopni tym samym stopnienie metalicznego osadu. W dolnej części żeliwiaka znajdują się dwa otwory spustowe na ciekłe żeliwo i żużel.

15. Konwertor Bessemera- zbiornik z blachy stalowej wyłożony materiałem ogniotrwałym służący do przeprowadzania procesu utlenienia domieszek w ciekłym wsadzie metalowym przez przedmuchiwanie go powietrzem lub powierzchniowe wdmuchiwanie tlenu. Pierwszy konwertor została zastosowany do wytopu stali.

16. Proces konwertorowy- proces otrzymywania stali z ciekłej surówki. Zazwyczaj z dodatkiem złomu stalowego i topników. Polega na usuwaniu z surówki domieszek poprzez ich utlenianie w wysokiej temperaturze rzędu 1600 stopni. Odbywa się bez dostarczania ciepła z zewnątrz i w bardzo krótkim czasie tzn. wytop kilku dziesięciu ton stali trwa ok. 20 min. Ciekła surówkę wlewa się poprzez gardziel do konwertora i przedmuchuje powietrzem od dołu poprzez dysze znajdujące się w wymiennej dennicy. Obecnie najbardziej rozpowszechniony jest tlenowy proces konwertorowy, w którym do świeżenia surówki używa się tlenu wprowadzanego od góry na powierzchnię ciekłego wsadu. Tlen dostarcza się za pomocą dyszy chłodzonej wodą, wprowadzanej od góry poprzez gardziel konwertora. Przygotowany wsad zawiera zazwyczaj ok. 80% surówki wielkopiecowej, ok.20% złomu stalowego oraz topników głównie wapno palone.

17. Proces martenowski- proces otrzymywania stali z surówki i złomu stalowego z dodatkiem topników. Przeprowadzany jest w piecach płomieniowych, które nazywane są piecami martenowskimi. Proces ten polega na usuwaniu z ciekłego wsadu domieszek przez ich utlenianie(świeżenie) w wysokiej temperaturze rzędu 1700-1750 stopni. Domieszki usuwane z wsadu to przede wszystkim węgiel, krzem mangan, fosfor, siarka. Piec martenowski to urządzenie cieplne wykorzystane jako konstrukcja stalowa wyłożona materiałami ogniotrwałymi. Wsad do pieca martenowskiego to surówka w postaci stałej lub ciekłej, złom stalowy i warstwa kamienia wapiennego.

18. Klasyfikacja stali- Stal jest najważniejszym materiałem stałym we wszystkich gałęziach przemysłu. Zawiera do 2% węgla i inne pierwiastki chemiczne. Uzyskuje się ją z surówki wielkopiecowej w procesach martenowskich, konwertorowych. Lepsze gatunki stali uzyskuje się w piecach elektrycznych. Podstawową klasyfikacją stali są: sposoby otrzymywania, obróbki, zastosowanie, stopień czystości, skład chemiczny. Ogólnie stale dzielimy na: stopowe i węglowe( podział w zależności od składu chemicznego). Stale węglowe oprócz żelaza zawierają węgiel oraz niewielkie ilości innych pierwiastków w tym zanieczyszczenia głównie siarka i fosfor oraz inne pierwiastki, których umowne ilości nie powinny przekraczać 0,8% manganu, 0,4%krzemu, 0,3% chromu, 0,3% niklu, 0,2% wolframu, 0,2% miedzi i kobaltu, 0,1% aluminium, 0,05% moliprenu, 0,05% tytanu, 0,05% wanadu. Pod względem zawartości węgla stale węglowe dzielimy na: niskostopowe( do 0,25%węgla miękkie), średniostopowe( od0,25-0,6% węgla), wysokostopowe( od 0,6-2% węgla). Zależnie od stopnia czystości rozróżnia się stale węglowe: zwykłej jakości(0,045-0,07%fosforu, 0,045-0,06% siarki), wyższej jakości( do 0,04% fosforu i 0,04% siarki), i najwyższej jakości( do 0,025-0,035% fosforu i siarki). Stale stopowe oprócz żelaza i węgla zawierają jeden lub więcej dodatków stopowych(pierwiastki w ilości przekraczającej wartości ustalonej dla stali węglowej). Rozróżniamy stale: niskostopowe(łączna zawartość pierwiastków stopowych poniżej 10%), średniostopowe(od 10-20%), wysokostopowe(powyżej 20%). W zależności od przeznaczenia stale węglowe i stopowe dzielimy na: konstrukcyjne, narzędziowe, specjalne.

19. Żaroodporność- to odporność metali i stopów na korodujące i utleniające działanie gazów w wysokich temperaturach. Określa się ją szybkością narastania na powierzchni metalu warstwy tlenków.

20. Żarowytrzymałość- to zdolność metali i stopów do przenoszenia obciążeń w wysokich temperaturach. Obciążenia jak i temperatura mogą wielokrotnie zmieniać się.

21. Nadstopy- nazywamy stopy żelaza zawierające więcej niż 50% dodatków stopowych. Przede wszystkim takich jak chrom, nikiel, kobalt, aluminium, tytan, cyrkon, niob.

---