Przykładowe pytania egzaminacyjne MAMET
Dany jest układ równowagi A-B jak na rysunku:
Narysuj krzywą studzenia dla stopu o składzie c0
Określ udział fazy stałej i ciekłej w temperaturze Tx
Naszkicuj mikrostrukturę stopu w temperaturze pokojowej
Czy którykolwiek ze stopów tego układu może być umacniany wydzieleniowo?(4pkt)
Co to jest żeliwo i jak jego struktura zależy od szybkości chłodzenia(2pkt)
Żeliwo – stop żelaza z węglem oraz innymi pierwiastkami stopowymi, w którym zawartość węgla przewyższa 2%. Żeliwo jest to odlewniczy stop żelaza z węglem krzepnący z przemianą eutektyczną.
Szybkość chłodzenia wpływa na wielkość i kształt wydzieleni węglików.
Przy powolnym krzepnięciu oraz dużej zawartości węgla i krzemu żeliwo krystalizuje w układzie stabilnym i węgiel wydziela się głównie w postaci grafitu (żeliwo szare), a przy szybkim chłodzeniu i innych warunkach wydziela się cementyt (żeliwo białe).
Co to jest żeliwo i jak jego właściwości zależą od struktury(2pkt)
Żeliwo – stop żelaza z węglem oraz innymi pierwiastkami stopowymi, gdzie C > 2%.
Największy wpływ na własności plastyczne i odporność na pękanie żeliw ma grafit.
Najmniejszą odporność na pękanie i plastyczność mają żeliwa z grafitem płatkowym o ostrych krawędziach.
Największą własności plastyczne – mają żeliwa w których wydzielenia grafitu są kuliste, małe i równomiernie rozmieszczone w osnowie.
Własności wytrzymałościowe rosną ze wzrostem zawartości węgla związanego, natomiast własności plastyczne maleją.
Twardość i wytrzymałość na ściskanie żeliw są zależne od kształtu cząstek grafitu. Węgiel w postaci cementytu powoduje, strukturę kruchą i twardą. Na jego własności wpływa struktura perlityczna.
Jaka jest ogólna zasada umacniania metali i stopów, opisz jedną z nich(2pkt)
Ogólną zasadą umacniania metali i ich stopów jest utrudnianie (blokowanie) ruchu dyslokacji. Wiąże się to z wytwarzaniem w materiale różnego rodzaju przeszkód. Ma to na celu zwiększenie wytrzymałości i sztywności umacnianego materiału. Wyróżniamy takie rodzaje umocnień jak :
-umacnianie odkształceniowe
-umacnianie przez roztwór
-umacnianie wydzieleniowe i dyspersyjne
-umacnianie przez granice ziaren
Umacnianie roztworowe polega na blokowaniu ruchu dyslokacji za pomocą atomów domieszki w roztworze. Przykładem takiego umocnienia jest dodatek cynku do miedzi. Umacnianie roztworowe polega na wytworzeniu stopu.
Umocnienie odkształceniowe polega na wzajemnym blokowaniu się dyslokacji poruszających się w różnych płaszczyznach poślizgu.
Jaka jest różnica między hartowaniem i przesycaniem(1pkt)
Hartowanie-jest to proces mający na celu uzyskanie w całym przekroju struktury martenzytycznej.
Przesycanie-Zabieg pozwalający na rozpuszczenie w materiale pierwiastków stopowych w ilości większej niż to wynika z układu równowagi. Składa się z dwóch etapów:
wyżarzania rozpuszczającego, którego celem jest rozpuszczenie w materiale maksymalnej ilości składnika stopowego.
szybkiego chłodzenia, którego celem jest zatrzymanie w materiale ilości składnika stopowego w ilości większej niż to wynika z układu równowagi.
Główna różnica pomiędzy hartowaniem, a przesycaniem: W hartowaniu występuje przemiana fazowa, w przesycaniu nie występuje.
Co to jest ulepszanie cieplne i dlaczego elementy przed azotowaniem są wcześniej ulepszane cieplnie(2pkt)
Ulepszanie cieplne - Jest to połączenie zabiegu hartowania i średniego lub wysokiego odpuszczania. Prowadzi do uzyskania dobrych właściwości wytrzymałościowych, ale przy odpowiednio dobrej plastyczności i zachowaniu sztywności rdzenia. Ulepszanie cieplne jest stosowane przed azotowaniem w celu zapewnienia stabilności mikrostruktury podczas azotowania.
Co to jest azotowanie, do jakich stali jest stosowane i w jakim celu?
Azotowanie - polega na dyfuzyjnym wzbogaceniu warstwy powierzchniowej w azot. Stosowane jest głównie do stali konstrukcyjnych średnio węglowych, ulepszonych cieplnie, zawierających pierwiastki aktywne względem azotu. W uzasadnionych wypadkach azotowanie stosuje się dla stali konstrukcyjnych odpornych na korozję, żarowytrzymałych, a nawet żeliw stopowych. Materiał azotuje się w celu utwardzenia powierzchni, uodpornienia na korozję, odporności na ścieranie, wytrzymałości na rozciąganie i twardości. Azotowanie jest procesem długotrwałym, końcowym.
Co to jest nawęglanie, do jakich stali jest stosowane i w jakim celu
Nawęglanie - dyfuzyjne nasycenie węglem stali niskowęglowych lub niskostopowych w celu zwiększenia twardości, odporności na ścieranie, a nawet korozję, ale tylko na powierzchni. Samo nawęglanie nie zmienia znacząco właściwości, jest jedynie przygotowanie przed zabiegiem hartowania i odpuszczania, co znacząco zwiększa twardość powierzchni przy jednoczesnym zachowaniu plastyczności rdzenia.
Jakie są podstawowe różnice między nawęglaniem, a azotowaniem. Dlaczego do azotowania stosuje się stale średnio węglowe ulepszone cieplnie?
Różnice: Po procesie nawęglania materiał trzeba zahartować, natomiast azotowaniu poddaje się materiał uprzednio ulepszony cieplnie (w celu zapewnienia stabilności mikrostruktury w czasie azotowania). Różnice leżą w zakresie procesów technologicznych, bezpośrednio związanych z dwoma zabiegami. Innymi różnicami są: rodzaj stali do których stosuje się dane obróbki, kolejność przed lub po hartowaniu, oraz to, że azotowanie jest długotrwale. Do azotowania stosuje się stale średnio węglowe ulepszone cieplnie w celu zapewnienia stabilności mikrostruktury w czasie azotowania.
Co to jest umacnianie odkształceniowe i jak można usunąć jego skutki
Umacnianie odkształceniowe jest to zwiększenie gęstości dyslokacji na skutek czego dyslokacje blokują się nawzajem prowadząc do wzrostu naprężenia niezbędnego do ich unieruchomienia. Umacnianie to polega na zgniocie stali na zimno. Przy znacznym umacnianiu odkształceniowym dochodzi do zniszczenia kształtowego. Aby usunąć skutki należy poddać materiał wyżarzaniu międzyoperacyjnemu, który poprzez aktywacje cieplną umożliwia przegrupowanie dyslokacji, a w konsekwencji przywrócenie właściwości plastycznych.
Omówić zjawiska zachodzące podczas ogrzewania metalu uprzednio odkształconego przez zgniot na zimno.
Poprzez zgniot na zimno doszło do umocnienia poprzez odkształcanie. Ogrzewanie takiego metalu ma na celu przegrupowanie dyslokacji w celu zmniejszenia gęstości, czyli zwiększenia plastyczności. Występują trzy podstawowe zjawiska:
zdrowienie - przegrupowanie dyslokacji na skutek czego znikają naprężenia własne, przywrócenie plastyczności przy zachowaniu wysokich własności wytrzymałościowych.
rekrystalizacja - w wyższej temp, następuje całkowity zanik naprężeń własnych oraz odbudowa struktury ziarnowej poprzez zarodkowanie nowych ziaren wolnych od dyslokacji. Rezultatem jest zanik umocnienia i całkowite przywrócenie właściwości plastycznych.
rozrost ziaren (rekrystalizacja wtórna) - następuje rozrost ziaren, który jest niepożądany, ponieważ najczęściej pogarsza własności materiałów
Co to są brązy a co to są mosiądze
Brązy - stopy miedzi z cyna lub podwójne stopy miedzi z szeregiem pierwiastków np. Al., Si, Mn, PB, Be i innymi z wyjątkiem Zn i Ni
Mosiądze - techniczne stopy miedzi z cynkiem(do 48% Zn) oraz innymi pierwiastkami stopowymi.
Co to są siluminy, podaj ich klasyfikację oraz cel stosowania modyfikacji siluminów nadeutektycznych
Typowy stop odlewniczy aluminium z dodatkiem krzemu oraz innymi dodatkami (o mniejszym udziale %). Odporny na korozję, o dobrej lejności, małym skurczu i małą skłonnością do pękania (dobre właściwości odlewnicze). Wyróżniamy siluminy: podeutektyczne, około eutektyczne i nadeutektyczne. Modyfikację siluminów nadeutektycznych stosuje się w celu poprawienia własności – rozdrobnienie krzemu. Siluminy nadeutektyczne modyfikuje się fosforem w celu zmiany kształtu wydzieleń krzemu pierwotnego, czyli w celu zwiększenia plastyczności.
Co to są siluminy, podaj ich klasyfikację oraz cel stosowania modyfikacji siluminów podeutektycznych
Typowy stop odlewniczy aluminium z dodatkiem krzemu oraz innymi dodatkami (o mniejszym udziale %). Odporny na korozję, o dobrej lejności, małym skurczu i małą skłonnością do pękania (dobre właściwości odlewnicze). Wyróżniamy siluminy: podeutektyczne, około eutektyczne i nadeutektyczne. Modyfikację siluminów podeutektycznych stosuje się w celu poprawienia własności – rozdrobnienie eutektyki. Siluminy podeutektyczne modyfikuje się sodem lub jego związkami w celu rozdrobnienia krzemu eutektycznego, a więc w celu zwiększenia plastyczności.
Co to jest hartowność a co utwardzalność stali? W jaki sposób można zwiększyć hartowność stali
Hartowność wyraża nam głębokość zahartowanej stali. H. zależy od geometrii wyrobu i składu chem.
Utwardzalność jest miarą twardości maksymalnej jaką możemy uzyskać po zahartowaniu jej na martenzyt.
Co to jest hartowność a co utwardzalność stali? W jaki sposób można zwiększyć utwardzalność stali
Hartownością nazywamy zdolność do tworzenia struktury martenzytycznej w procesie hartowania.
Utwardzalność jest miarą twardości maksymalnej jaką możemy uzyskać po zahartowaniu jaj na martenzyt.
Zwiększyć utwardzalność możemy poprzez zwiększenie zawartości węgla.
Co to są stale konstrukcyjne i jakim obróbkom są poddawane?
Stal konstrukcyjna jest to stal stosowana na elementy konstrukcji, części maszyn o typowym przeznaczeniu.
S.k. poddawane są:
stale niestopowe: nawęglaniu, azotowaniu oraz ulepszaniu cieplnemu;
stopowe: ulepszaniu cieplnemu, hartowaniu powierzchniowemu, nawęglaniu oraz azotowaniu.
Co to są stale narzędziowe i jakim obróbkom są poddawane?
Stale narzędziowe są to stale stosowane do narzędzi, które służą do kształtowania innych materiałów. Dzielą się (formalnie) na trzy grupy:
stale narzędziowe niestopowe (węglowe),
stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno i na gorąco,
stale szybkotnące.
Stale narzędziowe powinny być materiałem twardym, odpornym na ścieranie, na działanie ciepła i zdolnym do przenoszenia dużych obciążeń jednostkowych. Stale narzędziowe poddawane są hartowaniu i odpuszczaniu.
Wymagania stawiane stalom do pracy na gorąco to:
odporność na odkształcenie w temperaturze pracy (250-700*)
odporność na obciążenia dynamiczne i działanie karbu
odporność erozyjna
odporność na zmęczenie cieplne
nieznaczne zmiany kształtu podczas obróbki cieplnej
Narysować krzywe zmian twardości podczas starzenia siluminów w funkcji czasu i temperatury
Jaka jest różnica między przemianą eutektyczną a eutektoidalną?
W przemianie eutektycznej przy chłodzeniu cieczy wydziela się mieszanina faz stałych.
W przemianie eutektoidalnej w której również wydzielają się dwie mieszaniny faz stałych tylko że w tym przypadku z fazy stałej.
Omówić zjawiska zachodzące podczas przesycania i starzenia stopów Al.
Przesycanie polega na wyżarzeniu stopu w podwyższonej temp celem rozpuszczenia w Al dodatku stopowego. Następnie stop jest szybko chłodzony, aby zatrzymać w nim jak największą ilość dodatku stopowego. Następnie stop zostaje poddany starzeniu, czyli procesowi rozpadu przesyconego roztworu stałego, najczęściej w podwyższonej temp. Kontrolowanie czasu i temp. starzenia pozwala wpłynąć na strukturę z drobnymi wydzieleniami, równomiernie rozłożonymi w całej objętości ziarna.
Omówić zjawiska zachodzące podczas odpuszczania stali.
I początek odpuszczania (80-200°C) - z martenzytu wydzielają się płytki węglika epsilon. Tworzenie węglika odbywa się kosztem zmniejszenia przesycenia martenzytu. Dzięki temu jest możliwość utworzenia martenzytu z austenitu szczątkowego.
II w temp. 200-300°C, martenzyt przekształca się w martenzyt regularny.
III w temp. (300-400°C) wydziela się cementyt, a węglik epsilon zmienia się w Fe3C. Powstaje mieszanina ferrytu i Fe3C.
IV w temp. powyżej 400°C, cementyt przybiera postać sferoidalną. Odpuszczanie stali powinno zachodzić powyżej temp austenizacji z prędkością większą od prędkości krytycznej.
Co to jest hartowanie i jaki jest jego podstawowy cel, w jaki sposób można zwiększyć hartowność stali
Hartowanie - obróbka cieplna stali polegająca na nagrzaniu przedmiotu do wymaganej temp. wytrzymaniu w niej przez określony czas, oraz chłodzeniu z daną prędkością w celu wywołania zamierzonych zmian struktury, a co za tym idzie własności metalu. Hartowność zależy od składu chemicznego i wielkości ziaren austenitu.
Węgiel i wszystkie dodatki stopowe (z wyjątkiem kobaltu) zwiększają hartowność stali. Większa
jednorodność austenitu korzystnie oddziałuje na hartowność. Im większe ziarna austenitu tym
większa hartowność.
Co to jest granica plastyczności i dlaczego jej wartość jest wielokrotnie niższa niż obliczona teoretycznie?
Granica plastyczności to wartość naprężenia, przy którym zaczynają powstawać nieodwracalne odkształcenia plastyczne. Obliczenia teoretyczne bazują na pewnych uproszczonych założeniach, które nie mają odwzorowania w rzeczywistości. Nie biorą pod uwagę defektów punktowych czy na obszarach, które znacząco obniżają wytrzymałość i wpływają na nieciągłość materiału.
Co to jest i w wyniku jakiej obróbki otrzymuje się żeliwo ADI? Wytłumacz dlaczego żeliwo ADI może konkurować ze stopami metali lekkich
Żeliwo ADI jest to żeliwo sferoidalne o mikrostrukturze austferrytycznej, którą otrzymuje się w wyniku izotermicznego hartowania żeliwa z grafitem kulkowym w taki sposób by nie powstał bainit. Jego struktura to igły ferrytu bainicznego na tle austenitu, osnowa i wydz. grafitu kulkowego. Żeliwo ADI charakteryzuje się wysoką wytrzymałością i umiarkowaną plastycznością.
Co to są stale narzędziowe, jakie warunki powinny spełniać i jakie są podstawowe wymagania stawiane stalom narzędziowym do pracy na gorąco?
Stale narzędziowe są to stale stosowane do narzędzi, które służą do kształtowania innych materiałów.
Dzielą się (formalnie) na trzy grupy:
stale narzędziowe niestopowe (węglowe),
stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno i na gorąco,
stale szybkotnące.
Stale narzędziowe powinny być materiałem twardym, odpornym na ścieranie, na działanie ciepła i zdolnym do przenoszenia dużych obciążeń jednostkowych. Stale narzędziowe poddawane są hartowaniu i odpuszczaniu.
Wymagania stawiane stalom do pracy na gorąco to:
odporność na odkształcenie w temperaturze pracy (250-700*)
odporność na obciążenia dynamiczne i działanie karbu
odporność erozyjna
odporność na zmęczenie cieplne
nieznaczne zmiany kształtu podczas obróbki cieplnej
Jakie są warunki konieczne, aby możliwe było umacnianie wydzieleniowe? Czy czyste Al można umacniać wydzieleniowo
Aby było możliwe umacnianie wydzieleniowe musi istnieć sposób ominięcia cząstek, w których atomy są połączone silnymi wiązaniami metalicznymi z udziałem wiązań jonowych lub/i atomowych, np. poprzez przecięcie przeszkody lub przeciśnięcie się między cząsteczkami.
Musi istnieć roztwór przesycony co najmniej dwu-składnikowy. Musi być roztwór stały ograniczony, musi być stop, wydzielenia powstałe musza być co najmniej częściowo połączone z osnowa.
Czyste Al nie można umacniać wydzieleniowo ponieważ występują w nim za mocne wiązania między cząsteczkami.
Co to znaczy, że metale są sprężysto-plastyczne, a ceramika sprężysto krucha?
Materiały metalowe są sprężysto-plastyczne, ponieważ w pewnym zakresie obciążenia odkształcenie ich jest proporcjonalne do naprężenia (prawo Hooke’a). Z chwilą przekroczenia krytycznej wartości naprężenia, czyli granicy plastyczności zaczynają odkształcać się trwale – plastycznie.
Ceramika jest sprężysto-krucha, ponieważ ma znikomy zakres sprężystości. Praktycznie brak jej plastyczności. Niewielkie odkształcenie powoduje nagłe zniszczenie materiału.
Która z identycznych próbek wykonanych z tego samego materiału np. Al; A-o wielkości ziarna 10µm czy B- o wielkości ziarna 1mm będzie miała lepsze własności i dlaczego?
Większe własności wytrzymałościowe będzie wykazywała próbka A, która ma drobniejsze ziarna. Metal o budowie drobnoziarnistej ma więcej granic ziaren, a więc przeszkód dla ruchu dyslokacji. Blokowanie ruchu dyslokacji jest ogólną zasadą umacniania, mającą na celu polepszenie własn. wytrzym-ościowych.
Co to jest dyfuzja i która z identycznych próbek wykonanych z tego samego materiału; A-drobno i B - gruboziarnista, będą wykazywać większą dyfuzyjność i dlaczego?
Dyfuzja - proces polegający na transporcie masy w przestrzeni. Wyróżniamy dyfuzję: międzywęzłową, pierścieniową oraz wakansową. Większą dyfuzyjność będzie wykazywać próbka A-drobnoziarnista ponieważ pomiędzy drobnymi ziarnami następuje dyfuzja międzywęzłowa i wpływają one na sprawniejszy przebieg procesu dyfuzji.
... A-umocniona przez zgniot na zimno, B- wyżarzona?
Dyfuzja-proces polegający na transporcie masy w przestrzeni. Wyróżniamy dyfuzję: międzywęzłową, pierścieniową oraz wakansową. Większą dyfuzyjność będzie wykazywać próbka A-umocniona przez zgniot bo występuje więcej dyslokacji –będzie występować dyfuzja kanalikowa.
Co jest warunkiem umacniania przez roztwór?
Warunkiem umacnianie przez roztwór jest występowanie zmiennej rozpuszczalności. Gęstość materiału umacnianego musi być mniejsza niż roztworu, przez który jest umacniany.
-różnica promieni atomów mniejsza niż 15%
-takie same struktury krystaliczne
-podobna elektroujemność i wartościowość względna
Dlaczego Ti nazywamy metalem XXI wieku
W XXI w. nastąpił rozrost transportu, elektrowni jądrowych, lotów w kosmos, medycyny itp. Jest on stosunkowo lekki i bardzo wytrzymały. Jego odporność na korozję (m.in. słoną wodę morską) jest wykorzystywane przy elektrowniach jądrowych. W medycynie charakteryzuje się biozgodnością - tworzy się protezy, które „akceptuje” nasz organizm.
Co to jest żeliwo szare i jaki jest cel modyfikacji żeliwa szarego
Żeliwo szare – grupa odlewniczych stopów Fe-C, w której węgiel występuje w postaci wolnej, tj. grafitu, a ilość węgla związanego nie przekracza ilości charakterystycznej dla perlitu (ok. 0,8%). Modyfikacja żeliwa szarego polega na rozdrobnieniu płatków grafitu w celu zwiększenia jego wytrzymałości i właściwości plastycznych.
Co to jest Moduł Weibulla
Moduł Weibull’a określa szybkość zmniejszania się wytrzymałości w miarę wzrostu obciążenia. Określa rozrzut wytrzymałość względem pewnej określonej wartości. Mówi nam o wiarygodności wyniku. Jest to prawdopodobieństwo przetrwania oznaczające liczbę identycznych próbek o jednostkowej objętości V, które są zdolne wytrzymać naprężenie sigma.
Od czego zależy wytrzymałość ceramiki konstrukcyjnej
Wytrzymałość ceramiki konstrukcyjnej zależy od: mikrostruktury, stanu powierzchni, wielkości i kształtu przedmiotu, stałości obciążenia, środowiska i temperatury. Na ogół materiały gruboziarniste są mniej wytrzymałe niż drobnoziarniste. Znaczny rozrzut wytrzymałości ceramiki konstrukcyjnej wynika z istnienia defektów o różnym stopniu działania (dyslokacje, granice ziaren, wtrącenia, pory, pęknięcia).
Dlaczego w wysokich temperaturach pracy nieskuteczne jest umacnianie przez rozdrobnienie ziaren.
W wysokich temperaturach pracy nieskuteczne jest umacnianie przez rozdrabnianie ziaren ponieważ zmienia się mechanizm odkształcania. W wyższych temperaturach występuje pełzanie dyfuzyjne, a granice ziaren są ułatwionymi drogami dyfuzji.