1. Stal – co to jest

Stal jest to przerobiony plastycznie stop żelaza z węglem (stężenie C od kilki setnych części procentu wagowego do 2,11 %) i innymi pierwiastkami. Tymi innymi pierwiastkami mogą być domieszki metaliczne, np. Mn, Si, Al, wprowadzone w celu odtlenienia i odsiarczenia stali bądź pochodzące ze złomy używanego przez huty to wytapiania stali, np. Cr, Cu, Ti. Pierwiastki metaliczne wprowadzone w celu zmiany właściwości stali nazywa się pierwiastkami stopowymi. Odrębną grupą pierwiastków stanowiących o czystości metalurgicznej steli są zanieczyszczenia P, S, As, N, O, H pochodzenia surowcowego i technologicznego. Ich całkowite usunięcie jest trudne i kosztowne, lecz już niewielkie zmiany stężenie wyraźnie wpływają na poziom właściwości mechanicznych stali.

1. Wyżarzanie normalizujące.

Stan normalizowany N – w wyżarzania normalizującym wykorzystuje się efekt rozdrobnienia ziarna przy przemianie ferryt + perlit -> austenit. Chłodzenie po normalizowaniu odbywa się w spokojnym powietrzu, co zbliża strukturę stali do równowagowej zgodnej z układem fazowym – żelazo – cementyt. Normalizowanie dzięki rozdrobnieniu ziarna wyraźnie zwiększa granice plastyczności i udarności przy nieznacznym wzroście twardość. Zmniejsza się przy tym pozom naprężeń własnych wyrobu i niejednorodność struktury. W stanie normalizowanym dostarcza się stale niestopowe niskostopowe, automatowe oraz stale do hartowania powierzchniowego.

1. Wyżarzanie zmiękczające.

Stan zmiękczony M osiąga się podobnie jak stan sferoidyzowany celem wyżarzania zmiękczającego jest uzyskanie określonej małej twardości wystarczającej do obróbki skrawaniem. Stal najczęściej eutektoidalna i nadeutektoidalna zawiera cementyt nie w pełni sferoidyzowany w osnowie ferrytu

1. Hartowanie – co to jest

Hartowanie polega na nagrzaniu stali do temperatury austenityzowania, wygrzaniu w tej temperaturze i oziębianiu w celu uzyskania struktury nierównowagowej – martenzytycznej lub bainitycznej – odznaczającej się większa niż w stanie wyjściowym twardością i wytrzymałością oraz mniejszą plastycznością.

1. Nawęglanie – co to, jaki czas, temp. Czego dotyczy (metod nie)

Polega na nasyceniu węglem warstwy wierzchniej elementów wykonywanych ze stali węglowych i stopniowych o zawartości węgla od 0,05 do 0,25%. Operację tę wykonuję się w temperaturze występowania austenitu, najczęściej w zakresie 900-930 °C.

Celem nawęglania jest wytworzenie warstwy wzbogaconej o węgiel o stężeniu na powierzchni 0,7-1,0% i o grubości 0,6-1,5mm (niekiedy większej), która po następnym zahartowaniu ma twardość powyżej 58 HRC (750 HV). Natomiast rdzeń o mniejszej twardości 25-45 HRC, zapewnia odporność na obciążenia dynamiczne.

Szybkość nawęglania zależy przede wszystkim od temperatury i czasu trwania procesu, a także od aktywności ośrodka(potencjału węglowego) i składu chemicznego stali.

1. Podział stali narzędziowych (4)

Klasyfikacja stali narzędziowych

W polskich normach stale narzędziowe są podzielone na cztery grupy

- węglowe stale narzędziowe na narzędzia pracujące w temperaturze do około 200°

-narzędziowe stale stopowe do pracy na zimno narzędzia pracujące w temperaturze do 200°C, czasem do 300°C,

-narzędziowe stale stopowe do pracy na gorąco na narzędzia do obróbki plastycznej, nagrzewające się powierzchniowo do temperatury 500°C - 600°C,

-stale szybkotnące stosowane na narzędzia do obróbki skrawaniem, pracujące w temperaturze do około 500°C

1. Efekt twardości wtórnej

W niektórych stalach wysokostopowych występuje zjawisko twardości wtórnej. Najwyraźniej jest to widoczne w stalach zawierających wolfram i molibden. Twardość wtórna jest to przyrost twardości zahartowanej stali w trakcie odpuszczania w stosunkowo wysokiej temperaturze (500-580°C) od 1 do 3 stopni w skali HRC. Przyczyną wzrostu twardości jest wydzielanie się z martenzytu i austenitu szczątkowego w martenzyt. Przemiana austenitu szczątkowego zachodzi dzięki zubożeniu tego roztworu w rygiel i dodatki stopowe, co podwyższa temperaturę i zarazem mniejsza stabilność tej fazy. Wzrost twardości spowodowany tymi przemianami jest większy niż zmniejszenie twardości martenzytu ubożejącego w węgiel i sumaryczna twardość wzrasta.

1. Definicja żeliwa

Żeliwo określamy jako stop Fe-C, w którym występuje eutektyka.

Przemiana eutektyczna w stabilnym układzie równowagi Fe-C zachodzi w temperaturze 1153°C

Roztwór ciekły (4,25%C)<-> grafit + ausenit (2,03%C)

Mieszanina eutektyczna w obu przypadkach nazywa się ledebutytem a po przemianie austenitu w perlit ledeburytem przemienionym.

1. Definicja staliwa

Odlewy staliwne uzyskują zasadniczy kształt podczas krzepnięcia ciekłego stopu w formie. Staliwa nie podlegają przeróbce plastycznej i to je istotnie różni od stali, Są dwa podstawowe rodzaje staliw: niestopowe( dawniej nazywane węglowymi) i stopowe.

Struktura: Staliwa węglowe, podobnie jak w stali, składa się z ziaren ferrytu i perlitu. Udział ferrytu i perlitu zależy od stężenia węgla i manganu i decyduje o poziomie właściwości mechanicznych. Charakterystyczną cechą budowy staliw jest obecność ferrytu iglastego. Ferryt iglasty jest także typową strukturą spoin stalowych i stali przegrzanych, jego obecność powoduje zmniejszenie udarności. Innymi cechami mikrostruktury odlewów staliwnych są gruboziarnistość oraz dendrystyczny układ ziaren ferrytu i perlitu. Dendryty powstające podczas krzepnięcia stopów są efektem mikrosegregacji chemicznej i przy małych powiększeniach przypominają drzewska.

Struktura staliwa stopowego zależy od składu chemicznego i wykonanej obróbki cieplnej. Może nią być ferryt lub perlit z węglikami ferrytu austenitem, austenit martenzyt odpuszczony.

1. Morfologia grafitu

Grafit powstający podczas przemiany eutektycznej ma kształt drobnych połączonych płatków. Grafit pierwotny wydzielający się z cieczy w żeliwach nadeutektycznych tworzy grube płatki, Długość płatków obserwowana na zgładach metalograficznych mieści się w zakresie 10-1000 µm.

Powstanie grafitu podczas krzepnięcia zmniejsza skurcz odlewniczy. Jego obecność w strukturze nadaje żeliwom szarym wyjątkowe właściwości eksploatacyjne.

Ze względu na kształt i wielkość grafitu żeliwa szare dzieli się na:

- szare zwykłe ( grafit płatkowy różnej wielkości)

-modyfikowane ( drobny grafit płatkowy)

- sferoidalne

-wermikularne

Grafit w takim żeliwie ma morfologię pośrednią między grafitem płatkowym a sferoidalnym. Żeliwo wermikularne charakteryzuje się większą wytrzymałością i plastycznością niż żeliwo szare zwykle przy lepszym tłumieniu drgań niż żeliwo sferoidalne. Żeliwo wermikularne uzyskuje się, gdy zawartość magnezu jest za mała do pełnej sferoidyzacji.

1. Mosiądz

Mosiądze są najbardziej rozpowszechnionymi stopami miedzi. Cynk, który jest tańszy od miedzi obniża cenę stopu. Mosiądze zawierają od kilku do 45% cynku oraz mogą zawierać dodatek jednego lub kilku pierwiastków w ilości od 0,5 do 5% ołowiu manganu aluminium żelaza krzemu i niklu. mosiądze można podzielić na dwie grupy mosiądze o strukturze α zawierające do 38% cynku oraz o strukturze α+β zawierające od 38 do 45% cynku.

1. Korozja mosiądzu ( 2 rodzaje)

Mosiądze wykazują dobrą odporność na korozję atmosferyczną oraz w środowisku wody morskiej i wodociągowej, ulegają natomiast korozji naprężeniowej i odcynkowaniu.

Korozja naprężania, zwana pękaniem sezonowym, polega na nagłym pękaniu bez widocznego powodu, zazwyczaj wzdłuż granic ziaren. Przyczyną tej korozji jest działanie dwóch czynników: naprężeń w materiale oraz korozyjnego środowiska.

Naprężenia mogą występować po obróbce plastycznej na zimno jako naprężenia własne lub wskutek działania sił zewnętrznych podczas pracy elementu. Najbardziej niebezpiecznym środowiskiem jest amoniak lub jego opary.

Odcynkowanie jest rodzajem korozji elektrochemicznej. Gdy mosiądz znajdzie się w elektrolicie ( zawierającym szczególnie chlor) jego oba składniki miedź i cynk – przechodzą do roztworu, z którego następnie wydziela się miedź w postaci gąbczastej. Po wytrąceniu miedzi korozja ulega przyspieszeniu nie jest ona jednak widoczna gdyż nie następnie zmiana kształtu przedmiotu. W wyniku korozji właściwości wytrzymałościowe gwałtownie się pogarszają. Korozji podlegają głównie mosiądze dwufazowe w których rozpuszczaniu ulega faza β z jednofazowych tylko zawierające więcej niż 20%. Odcynkowanie może zachodzić również miejscowo i korozja ta przyjmuje postać wżerową.

1. Obróbka cieplna duraluminium ( przesycenie i …)

Duraluminium lub dural są handlowymi nazwami stopów aluminium z miedzią.

Utwardzenie wydzieleniowe składa się z dwóch zabiegów: przesycania i starzenia. Przesycanie jest obróbką cieplną zaburzającą stan równowagi stopu. Duraluminium nagrzewa się do temperatury 500-520°C, w której uzyskuje się jednorodną strukturę roztworu stałego α dzięki całkowitemu rozpuszczeniu miedzi w aluminium. Po wygrzaniu stop chłodzi się szybko w wodzie. Krótki czas chłodzenia nie pozwala na wydzielenie się fazy międzymetalicznej i cała miedzi pozostaje w roztworze stałym α. Roztwór taki nazywa się roztworem przesyconym czyli zawierającym więcej pierwiastka rozpuszczonego, niż jest to możliwe w warunkach równowagi. Stabilność roztworu przesyconego zależy od temperatury, tzn. w niskiej temperaturze (np. -50°C) na skutek mocno ograniczonej dyfuzji roztwór taki jest stabilny. Przesycony roztwór stały ma właściwości wytrzymałościowe gorsze niż roztwór równowagowy z wydzieleniem fazy O, tzn. jest miękki i plastyczny. Stąd duraluminium bezpośrednio po przesyceniu jest obrabianie plastyczne na zimno- można je kształtować plastycznie.

Przesycony roztwór a nie jest stabilny w temperaturze powyżej 20°C i dąży do stanu równowagi przez wydzielenie nadmiaru miedzi – ulega starzeniu. Starzenie jest procesem długotrwałym polegającym na tworzeniu skupisk atomów miedzi w roztworze α, czyli stref przed wydzieleniowych, z których następnie powstają wydzielenia faz nierównowagowych pośrednich oraz w odpowiednio wysokiej temperaturze fazy równowagowej CuAl2. Wydzielanie faz międzymetalicznych całkowicie lub częściowo koherentnych z osnową (konherencja polega na spójności sieci krystalograficznych wydzielenia i osnowy) powodują umocnienie stopu. Podwyższenie temperatury starzenia wpływa na zwiększenie wymiarów wydzieleni i zwiększenie odległości między nimi. Wynika z tego że utwardzenie stopu jest tym mniejsze im wyższa temperatura starzenia. Starzenie może przebiegać samoistnie czyli w temperaturze pokojowej. Zwane wtedy starzeniem samorzutnym.

1. Modyfikacja siluminu (przed i po; konkretne właściwości)

Siluminy są to stopy aluminium z krzemem i ewentualnie z dodatkiem magnezu miedzi i niklu. Siluminy oznacza się literami AK (A-aluminium K-krzem) Siluminy mają bardzo dobre właściwości odlewnicze tzn. dobrą lejność mały skurcz dokładnie wypełniają formę tworzą skoncentrowaną jamę usadową i nie wykazują skłonności do pękania na gorąco. Poziom właściwości wytrzymałościowych nie jest zbyt wysoki, wytrzymałość na rozciąganie zawiera się w granicach od 160 do 300 MPa przy bardzo małym wydłużeniu i twardości od 50 di 100HB. Dodatki stopowe takie jak magnez i miedź zwiększają wytrzymałość siluminów mangan jest dodawany dla neutralizowania szkodliwego wpływu zanieczyszczeń żelazem, nikiel poprawia odporność korozyjną stopu.

W Celu poprawienia właściwości wytrzymałościowych i plastycznych siluminów dokonuje się modyfikacji. Stosuje się ją głównie do stopów eutektycznych i nadeutektycznych. Do ciekłego stopu o temperaturze wyższej od temperatury odlewania dodaje się modyfikatory powodujące rozdrobnienie struktury i zaokrąglenie kryształów krzemu. Modyfikatory zamieniają też układ równowagi Al-Si obniżając temperaturę eutektyczną i przesuwają punkt eutektyczny do większej zawartości krzemu (około 14%).

1. Definicja kompozytów

Kompozyty to materiały łączące dodatnie cechy materiałów bardzo wytrzymałych. Lecz jednocześnie mniej ciągliwych lub nawet kruchych oraz materiałów o dużej ciągliwości lecz mniej wytrzymałych. Nowe materiały powstałe z połączenia tak różnych tworzyw są w dużym stopniu pozbawione wad, którymi cechuje się każda grupa eksploatowana oddzielnie. Do materiałów bardzo wytrzymałych zalicza się między innymi włókna węglowe, włókna boru lub włókna szkła.

1. Przyczyny zużycia części maszyn i narzędzi ( przyczyny )

Przyczyny zniszczenia części maszyn i urządzeń oraz narzędzi mają charakter mechaniczny, niekiedy przyczynia się do tego podwyższona temperatura. Znaczną przyczyną zniszczenia mogą być także procesy fizykochemiczne (korozja).

Spośród mechanizmów niszczenia powodowanych przez czynniki mechaniczne( ewentualnie cieplne)za największe trzeba uznać:

-kruche ( nagłe) pękanie

-zmęczenie

-ścieranie

-pełzanie

1. Zużycie zmęczeniowe ( kiedy i co jest powodem)

Na proces zmęczenia składają się dwa zasadnicze elementy: obciążenie i czas, przy czym istotnie jest ab obciążenie a więc i panujące w materiale naprężenia, miały charakter cykliczny. Typowymi elementami podlegającymi zmęczeni są części obracające się lub drgające takie jak wały części silników lub układów jezdnych pojazdów. Zmęczenie materiału rozpoczyna się gdy wskaźnik intensywności naprężeń jest mniejszy od krytycznej wartości współczynnika naprężeń, a poziom nominalnych a więc działających w skali makroskopowej zazwyczaj nie przekracza granicy plastyczności a często jest znacznie od niej niższy. Czynnikiem powodującym tę różnicę jest charakterystyczna dla procesu zmęczenia cykliczność obciążeń.