Austenit – roztwor staly, miedzywezlowy wegla w odmianie alotropowej zelaza γ, o maksymalnej rozpuszczalności wegla 2,11%
Ferryt – roztwor staly, miedzywezlowy wegla w odmianie alotropowej zelaza α
Martenzyt – przesycony roztwor staly wegla w odmianie alotropowej zelaza α
Cementyt –weglik zelaza (Fe3C) o strukturze rombowej, zawiera 6,67%C mas wegla
Perlit – eutektoid o zawartosc 0,77%C, powstaje w wyniku przemiany eutektoidalnej przy temperaturze 727˚C
Ledeburyt – mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu, powstaje z roztworu cieklego o zawartości 4,3%C
1. Rodzaje wiazan:
- atomowe (kowalencyjne) – powstaja w wyniku dazenia atomow do tworzenia 2 lub 8-elektronowych konfiguracji gazow szlachetnych przez powstanie wspólnych par wiazacych
- jonowe – jest spowodowane dazeniem roznych atomow do utworzenia trwalych 8-elektronowych konfiguracji poprzez uwspolnienie elektronow
- van der Waalsa – na skutek nierownomiernego rozkładu ładunków w chmurach elektronowych powstaja chwilowe dipole, które z kolei indukuja dipole w sąsiednich atomach. Wynikiem tego jest dzialanie bardzo slabych sil miedzyatomowych, zwanych silami van der Waalsa
- metaliczne – dzieki niskiemu potencjałowi jonizującemu, po zbliżeniu atomow na odległość charakterystyczna dla skondensowanego stanu skupienia nastepuje oderwanie elektronow wartościowości od rdzeni atomowych, zachowuja się jak elektrony swobodne
2. Uklady krystalograficzne metali:
- regularny - parametry katowe: α= β= γ=90˚ podstawowe periody identyczności: a0=b0=c0
typy sieci Bravais’go: prymitywny, sciennie centrowany, przestrzennie centrowany
- tetragonalny - pk: α= β= γ=90˚ ppi: a0=b0≠c0 tsB: prymitywny, przestrzennie centrowany
- rombowy - α= β= γ=90˚ ppi: a0≠b0≠c0 tsB: prymitywny, przestrzennie centrowany, centrowany na
podstawie, sciennie centrowany
- heksagonalny - α= β= 90˚ γ=120˚ ppi: a0=b0≠c0 tsB: prymitywny
- romboedryczny - α= β= γ≠90˚ ppi: a0=b0=c0 tsB: prymitywny
- jednoskośny - α= β= 90˚ γ≠90˚ ppi: a0≠b0≠c0 tsB: prymitywny, centrowany na podstawie
- trójskośny - α≠ β≠ γ≠90˚ ppi: a0≠b0≠c0 tsB: prymitywny
3. Defekty struktury metalicznej (nieprawidłowości struktury sieciowej spotykane w rzeczywistych strukturach krystalicznych):
- PUNKTOWE:
+ wakancje – powstaja w wyniku nieobsadzenia wezla sieci krysztalu przez atom
+ atomy międzywęzłowe – w sieci krystalicznej zbudowanej z identycznych atomow, jeden z nich
znajduje się miedzy wezlami sieci krysztalu, powodując przesuniecie sąsiednich atomow z ich
polozen równowagi
+ atomy domieszek w położeniach międzywęzłowych czyli lukach – sa to atomy o średnicach
atomowych znacznie mniejszych od atomow osnowy
+ atomy domieszek – znajdujące się w wezlach sieci i zastępujące atomy osnowy, atomy zbliżone o
srednicach do atomow osnowy
+ defekty zlozone
- LINIOWE (DYSLOKACJE):
+ krawędziowe lub śrubowe – najprostszym modelem dyslokacji jest wydrazony cylinder ze
sprężystego materialu przeciety wzdłuż płaszczyzny promieniowej i odkształcony prostopadle lub
rownolegle do jego osi, jeśli sciecie nastapi w kierunku promienia – mamy dyslokacje krawedziowa,
jeśli w kierunku osi - srubowa
+ jednostkowe lub czastkowe
+ poślizgowe lub osiadle
- POWIERZCHNIOWE (dwuwymiarowe defekty struktury krystalicznej):
+ granice ziarn – wewnetrzna powierzchnia graniczna oddzielajaca dwa krysztaly o takim samym
skladzie chemicznym, rozniace się tylko orientacja krystalograficzna, wyróżniamy granice ziarn
malego kata i granice ziarn duzego kata, szczególnym przypadkiem granic duzego kata sa granice
bliźniacze, które tworza się przy scisle określonej dezorientacji ziarn, tak ze granica (plaszczyzna
blizniacza) jest symetrycznie nachylona do określonej płaszczyzny krystalograficznej o niskich
wskaźnikach w obydwóch kryształach
+ granice miedzyfazowe – wyróżniamy granice koherentne i niekoherentne, koherentne: w
przypadku gdy rozne krystalograficzne plaszczyzyny dwoch faz maja podobna geometrie
rozmieszczenia atomow, wystepuje tendencja takiej wzajemnej orientacji dwoch faz, aby atomy na
płaszczyźnie ich styku, czyli na granicy miedzyfazowej, należy równocześnie do sieci jednej i drugiej
fazy, niekoherentne: obecność dyslokacji może doprowadzic do zmniejszenia energii granicy
granice miedzyfazowe mogą wiec być w pewnych przypadkach granicami dyslokacyjnymi i sa wtedy
czesciowo koherentne, jeśli energia granicy miedzyfazowej znacznie wzrośnie wtedy sprzężenie
znika i granica staje się niekoherentna, energia niekoherentnych granic miedzyfazowych jest
zblizona do energi granic ziarn duzego kata tej samej fazy
+ bledy ułożenia – w sieci A1 plaszczyzny najgęściej obsadzone atomami sa ułożone w kolejności
ABCABC…, jeżeli w tej sieci zostanie wprowadzone lokalnie ulozenie płaszczyzn typowe dla sieci
heksagonalnej zwartej ABAB…, to jest to wlasnie blad ułożenia
+ granice domen antyfazowych
4. - Faza – jednorodna czesc układu pod względem chemicznym i krystalograficznym, oddzielona od reszty układu granica miedzyfazowa
- Układ – zbior faz, jeżeli fazy znajduja się w równowadze termodynamicznej mowimy o układzie równowagi
- Składniki – substancje proste lub zlozone nie ulegajace przemianom, z których składają się fazy układu
- Rownowaga fazowa – jest wtedy, gdy w określonych warunkach termodynamicznych stosunki ilościowe miedzy fazami układu pozostaja stale
- Rownowaga termodynamiczna – okresla stan układu, kryterium równowagi termodynamicznej jest energia swobodna, która w warunkach równowagi osiaga wartość minimalna
- Regula faz (regula faz Gibbsa) – okresla za pomoca formuly matematycznej liczbe stopni swobody S układu, tzn. liczbe zewnętrznych i wewnętrznych czynnikow, które można zmienic nie powodując zmiany liczby faz w układzie. Liczbe stopni swobody S przy stalym cisnieniu oblicza się z zależności:
S=n-f+1 n – liczba składników
f – liczba faz przy określonej temperaturze i stężeniu składników stopowych
- Regula dźwigni – w celu okreslenia zawartości składników w fazach stopu pozostających w równowadze przeprowadza się przez punkt wskazujacy sklad stopu i jego temperature linie pozioma (konode), az do przecięcia się z najbliższymi liniami wykresu równowagi. Punkty przecięcia zrzutowane na os składu określają sklady faz pozostających w równowadze. Długości odcinkow konody miedzy składem stopu i odpowiednich faz pozostających w równowadze sa odwrotnie proporcjonalne do ilości tych faz
- Wykres równowagi – przedstawia temperatury, w których zachodzi zmiana liczby stopni swobody, w funkcji składu chemicznego stopu. Możemy wiec odczytac w jakich temperaturach zachodza przemiany w układzie i jakie fazy istnieja w równowadze w określonych zakresach temperatur. Linie wykresu określają również zmiany składu chemicznego faz pozostających w równowadze w roznych temperaturach.
Rownowage w układzie 1-skladnikowym można przedstawic za pomoca osi temperatur, na której zostana naniesione punkty przemian. Wykresy równowagi układu 2-skladnikowego przedstawia się we współrzędnych prostokątnych, gdzie na osi rzednych nanosi temperature przemian, a na osi odciętych sklad stopu w procentach masowych lub atomowych.
Uklad z nieograniczona rozpuszczalnością w fazie stalej – podczas tworzenia się roztworow stalych ciągłych, tzn. gdy składniki rozpuszczaja się wzajemnie przy każdym stosunku zarówno w stanie ciekłym jak i stalym powstaje wlasnie ten układ. W tym przypadku w układzie występują tylko 2 fazy: roztwor ciekly i roztwor staly. Roztwory stale występują tylko w niektórych układach podwojnych jeśli sa spełnione warunki określone tzw. Regulami Hume’a Rothery’ego: 1. Dwa składniki krystalizując przyjmuja taka sama strukture krystaliczna. 2. Maja podobna wielkość atomow. 3. Nie wykazuja tendencji do tworzenia związków. 4.pierwiastki znajduj się blisko siebie w układzie okresowym.
W układzie tym występują dwa ciagi punktow: likwidus i solidus. Linia likwidus oznacza poczatek krzepniecia stopow o roznych stężeniach, natomiast linia solidus oznacza koniec tego krzepniecia.
Uklady z ograniczona rozpuszczalnością w stanie stalym – przy czesciowym spełnieniu regul
Hume-Rothery’ego wystepuje czesciowa (ograniczona) rozpuszczalność składników w stanie stalym jedno lub dwustronna, tzn. ze przy czystych składnikach A i B pojawiaja się pola roztworow stalych na ich bazie oznaczone odpowiednio α i β. W zależności od typu przemiany jaka zachodzi w układzie dzielimy je na eutektyczne lub perytektyczne:
Uklady eutektyczne – roznia się od układów z brakiem rozpuszczalności tylko tym ze nie wystepuje w nich czyste składniki tylko roztwory graniczne
Uklady perytektyczne – układy takie tworza pierwiastki które znacznie roznia się temperaturami topnienia, a poza tym wykazuja ograniczona rozpuszczalność, przynajmniej jednostronna.
Uklady z fazami miedzymetalicznymi cechuje istnienie co najmniej dwoch przemian izotermicznych, przy czym wzrostowi liczby przemian towarzyszy wzrost liczby faz miedzymetalicznych. Fazy miedzymetaliczne mogą powstawac przez wykrystalizowanie wprost z roztworu cieklego i w tym przypadku maja charakter związku miedzymetalicznego, a tym samym scisle określony sklad, lub wtornego roztworu stalego występującego w pewnym zakresie stezen wtedy, gdy węzły sieci obydwóch składników nie sa w pelni obsadzone w związku miedzymetalicznym.
5. układ żelazo-cementyt
6. przewodnictwo cieplne – polega na przekazywaniu energi z cial cieplejszych do cial zimniejszych na skutek zderzen elektronow i czasteczek, proces ten trwa dopóki cala nadwyzka energi kinetycznej nie rozejdzie się równomiernie po calym ciele.
przewodnictwo elektryczne - jest to zjawisko przepływu ładunków elektrycznych (prąd elektryczny) pod wpływem pola elektrycznego. Ze względu na wielkość oporności elektrycznej właściwej substancje można podzielić na izolatory (dielektryki), półprzewodniki oraz przewodniki.
właściwości magnetyczne –ogół zjawisk wzajemnego oddziaływania poruszających się ładunków elektrycznych postrzeganych makroskopowo jako wzajemne oddziaływanie na siebie prądów elektrycznych, prądów z magnesami i magnesów. Oddziaływanie zachodzi poprzez pola magnetyczne.
Ferromagnetyki są grupą najbardziej znaczących i najszerzej stosowanych materiałów magnetycznych. W zależności od aplikacji dzieli się je na trzy podgrupy. Są to materiały magnetycznie: miękkie, twarde i półtwarde.
7. twardosc – opor przeciw wciskaniu w badany material odpowiednio dobranego wgłębnika, którym może być kulka, stozek lub ostroslup. Pomiary twardości znalazly powszechne zastosowanie w przemysle do kontroli jakości materiałów ze względu na ich prostote. Pomiary te sa także nieniszczące i nie wymagaja pracochłonnego przygotowania próbek. Większość metod badania twardości należy do statycznych, tzn nastepuje powolne wciskanie wglebnika przy dzialaniu sily stalej lub stopniowo wzrastającej do określonej wartości, ale jest również znana metoda dynamiczna, polegajaca na wciskaniu wgłębnika przez uderzenie. Do metod statycznych naleza metody: Brinella, Rockwella, Vickersa, a dynamiczna jest metoda Poldi.
Udarność – miara odporności metali i stopow na pekanie przy obciążeniach dynamicznych, definiuje się ja jako stosunek pracy K, potrzebnej do zlamania znormalizowanej probki pod wpływem uderzenia, do jej przekroju poprzecznego S0, w miejscu zlamania lub pracy J, potrzebnej do zlamania probki o znormalizowanym przekroju K. Badania udarności można dokonac za pomoca mlotu Charpy’ego. Należy zaznaczyc ze udarność materialu silnie zalezy od sposobu przeprowadzenia proby, a zwłaszcza od kształtu probki i konstrukcji mlota uzytego do lamania.
Wytrzymałość zmeczeniowa – odporność na pekanie w warunkach zmiennych naprężeń
Odporność na pekanie – czynnikiem sprzyjającym kruchemu pekaniu jest duza szybkość odkształcenia gdyz w tych warunkach dyslokacje nie nadążają się przemieszczac. Wskutek tego udzial odkształcenia zmniejsza się.
Krzywa Wohlera – do jej wykreslenia trzeba zuzyc około 10 probek, które obciaza się coraz to mniejsza sila notując każdorazowo liczbe cykli, przy ktorej nastepuje pekniecie.
Krzywa pełzania – w probie pełzania mocuje się dana probke w uchwytach i umieszcza w piecu w stalej temperaturze, ktora nastepnie zostaje obciazona za pomoca dźwigni odpowiednim ciężarkiem. Zwykle w tej probie wyznacza się jedna z dwoch własności umownych: 1. Granice pelzania 2. Wytrzymałość na pełzanie. W ciagu calego czasu trwania proby kontroluje się wydłużenie probki lub jest wykreslany wykres zależności wydłużenia od czasu (∆l od czasu t). Na wykresie można wyroznic trzy zakresy odpowiadające trzem stadiom pełzania. I stadium cechuje się zmniejszeniem nachylenia krzywej co wskazuje na spadek prędkości pełzania. II stadium pokazuje ze zależność odkształcenia od czasu jest prostoliniowa. W III stadium nastepuje wzrost nachylenia krzywej co jest związane ze zwiekszeniem naprężeń w wyniku zmniejszenia czynnego przekroju probki.
Proba rozciagania – polega na rozciaganiu probki az rozerwania, zarejestrowaniu zależności uzytej sily od wydłużenia probki i wyznaczeniu jednej lub wiecej własności mechanicznych przy temperaturze otoczenia, z których najważniejsze to: wskaźniki wytrzymałości i plastyczności.
8. Materialy inżynierskie:
Materialy ceramiczne, szkla, polimery, kompozyty
9. Segregacja – wynika ze specyfiki procesu krzepniecia stopow polegającej na tym, ze wystepuje roznica składu krysztalu i cieczy, z ktorej się on wydziela. Gdy współczynnik podzialu k0<1, krysztaly maja większość czystość niż ciecz, z ktorej się wydzielaja. Może to spowodowac roznice gęstości i opadanie dendrytow na dno lub ich wyplywanie w gore. Efektem tego jest zróżnicowanie składu chemicznego wzdłuż wysokości wlewka co nazywamy segregacja grawitacyjna. Rownoczesnie nastepuje wzbogacenie cieklego stopu w domieszki przed frontem krystalizacji kryształów kolumnowych, przez co srodek wlewka jest bardziej zanieczyszczony niż jego powierzchnia. Zroznicowanie składu chemicznego w roznych strefach wlewka nosi nazwe makrosegregacji i jest przyczyna znacznego rozrzutu własności wyrobow wykonanych nawet z jednego wlewka. Zroznicowanie składu chemicznego wewnątrz jednego dendrytu nazywamy mikrosegregacja. Jest ona tym wieksza im wiekszy jest rozstep miedzy liniami likwidus i solidus.
Rodzaje: segregacja grawitacyjna, mikro i makrosegregacja
Dendryt – galezie (piki) wyrastające z powierzchni z powierzchni miedzyfazowej o charakterze drzewiastym, wzrost dendrytyczny jest spowodowany większym przechlodzeniem na wystających czesciach powierzchni miedzyfazowej, które dzieki temu maja warunki do szybszego wzrostu. Również na powierzchni piku temperatura jest wyzsza niż miedzy nimi, co stwarza warunki do wyrastania powierzchni bocznych. Towarzyszacy temu efekt cieplny spowalnia wzrost głównej powierzchni.
Wzrost plaskiego frontu krystalizacji -
10.
Mikrostruktura i jej składowe -struktura roztworów stałych i faz międzymetalicznych, związki chemiczne.
11.
Utwardzanie wydzieleniowe – możliwe w stalach i stopach nieżelaznych, obrobka cieplna polegajaca na wydzieleniu dyspersyjnych faz, wywołujących silne umocnienie. Najsilniej umacniaja stop czastki koherentne z osnowa, które sa zapętlane; czastki niekoherentne mogą być scinane przez dyslokacje i ich wpływ na umocnienie jest mniejszy.
Utwardzanie roztworowe –
12.
Mechanizm dyslokacyjny odkształcenia na zimno.
13. Przemiany:
- bainityczna – zachodzi w stalach weglowych poniżej temperatury najmniejszej trwałości austenitu. Jest również nazywana przemiana posrednia. Przyjmuje się ze rozpoczyna się od utworzenia zarodkow ferrytu które powstaja na granicach ziarn austenitu na skutek fluktuacji stężenia wegla. Z ferrytu tego wydzielaja się nastepnie bardzo drobne czastki węglików. Badania wykazaly ze wegliki te sa bogatsze w wegiel i maja strukture heksagonalna. Przemiana bainityczna zaczyna się po ochlodzeniu austenitu do pewnej określonej temperatury Bs, a konczy się w temperaturze Bf, co upodabnia ja do przemiany martenzytycznej. W temperaturze zwartej miedzy Bs i Bf przemiana nie zachodzi do konca. Pozostaly austenit ulega po ochlodzeniu przemianie w martenzyt. Mechanizm przemiany bainitycznej jest pod pewnymi wzgledami podobny do przemiany martenzytycznej, np. w wyniku przemiany tworzy się na powierzchni zgładu charakterystyczny relief. Wystepuje również okreslona zależność krystalograficzna miedzy fazami. Od przemiany martenzytycznej rozni się tym, ze wzrost plytek bainitu jest powolny i ciągły, co swiadczy o dyfuzyjnym charakterze przemiany.
Bainit gorny – powstaje w zakresie temperatur 550-400˚C, pierzasty, stal o takiej strukturze wykazuje bardzo mala odporność na pekanie
Bainit dolny – powstaje przy temperaturach poniżej 400˚C, cecha odróżniająca go od struktury bainitu gornego jest listwowy charakter przesyconego ferrytu oraz wystepowanie drobnodyspersyjnych wydzielen węglików wewnątrz listew ferrytu.
- perlityczna – zachodzi po ochlodzeniu austenitu poniżej temperatury Ar1. W warunkach równowagi z austenitu o zawartości 0,77%C powstaje mieszanina eutektoidalna ferrytu o zawartości 0,0218%C i cementytu o zawartości 6,67%C. zarodki perlitu powstaja na granicach ziarn austenitu. W kierunku wnętrza ziarna austenitu zaczyna rosnac plytka cementytu, wzrost powoduje znaczne zmniejszenie stężenia wegla w jej sąsiedztwie, umożliwiając powstanie plytek ferrytu. Dalsze narastanie plytek cementytu i ferrytu w glab austenitu odbywa się wedlug tego samego mechanizmu. W jednym ziarnie austenitu może powstac kilka zgrupowan (kolonii) w przybliżeniu równoległych plytek cementytu i ferrytu. Ze wzrostem przechlodzenia austenitu poniżej temperatury A1 rosnie liczba zarodkow perlitu, a także szybkość narastania faz w perlicie, co powoduje powstawanie coraz drobniejszego perlitu. Im cieńsze plytki ferrytu i cementytu w perlicie, tym wieksza jest twardosc stali. Predkosc przemiany zalezy od szybkości zarodkowania koloni perlitycznych. Kinetyka zarodkowania zalezy od struktury austenitu i jego jednorodności. Im drobniejsze ziarno tym zarodkowanie szybsze, a struktura perlitu bardziej drobnoziarnista, gdyz powstaje wiecej kolonii i sa one mniejsze.
- austenityczna – trzy etapy: utworzenie austenitu niejednorodnego, utworzenie austenitu jednorodnego, rozrost ziarna austenitu. W przypadku nagrzania perlitu powyżej temperatury A1 perlit staje się nietrwaly termodynamicznie i ulega przemianie w austenit. Przemiana ma charakter dyfuzyjny. Ze wzrostem temperatury szybkość tej przemiany rosnie. Jest to efektem wzrostu współczynnika dyfuzji kontrolującej te przemiane. Ponieważ zarodki powstaja na granicach plytek perlitu, jego dyspersja sprzyja zachodzeniu przemiany. Z kolei duza jednorodność austenitu utrudnia powstawanie zarodkow i opoznia przemiane. Szybkość przemiany zalezy od stopnia nagrzania perlitu powyżej temperatury A1, a także od jego struktury. Skłonność do rozrostu ziarna zalezy od rodzaju stali. Dla stali umownie drobnoziarnistej, w miare wzrostu temperatury ziarna austenitu rosna najpierw bardzo wolno, a poczynając od pewnej temperatury, nastepuje ich gwałtowny wzrost. W stalach umownie gruboziarnistych rozrost ziarna austenitu nastepuje natychmiast po zakończeniu przemiany perlitu w austenit.
- martenzytyczna – przemiana bezdyfuzyjna, polega na przebudowie struktury krystalicznej z regularnej sciennie centrowanej austenitu na regularna przestrzennie centrowana martenzytu. Zachodzi ona tylko w warunkach ciągłego chlodzenia w zakresie pomiedzy temperatura Ms a temperatura Mf. Temperatury te zaleza od składu chemicznego austenitu i obniżają się ze wzrostem zawartości wegla oraz większości pierwiastkow stopowych. Przemiana ta zachodzi z bardzo duza prędkością porownywalana z prędkością rozchodzenia się dźwięku w stalach. Nastepuje ona przez tworzenie się nowych Igiel martenzytu, nie zas poprzez rozrost uprzednio powstałych. Powstające w obrebie jednego ziarna igly martenzytu sa ukierunkowane względem pozostałych pod katem 60˚ lub 120˚. W stopach metali nieżelaznych przemiana bywa odwracalna, natomiast w stalach jest to przemiana nieodwracalna. Postep przemiany jest hamowany przez rosnące naprężenia ściskające w austenicie i w związku z tym przemiana ta często nie zachodzi do konca. Jeżeli podczas hartowania osiągnięto temperature Mf, wówczas pozostala czesc nie przemienionego austenitu nazywamy austenitem szczatkowym. Jeżeli natomiast podczas hartowania nie osiągnięto temperatury Mf, pozostaly nieprzemieniony austenit nazywamy austenitem resztkowym. Chwilowe zatrzymanie chlodzenia w zakresie pomiedzy temperatura Ms a Mf powoduje zwiekszenie ilości austenitu szczatkowego w porowaniu do nieprzerwanego przebiegu chlodzenia. Zjawisko to nosi nazwe stabilizacji austenitu.
Odpuszczanie – wyzarzanie wczesniej zahartowanej stali w celu uzyskania materialu o optymalnych wlasnosciach wytrzymalosciowych i plastycznych, wyrozniamy odpuszczanie niskie, srednie, wysokie
Niskie – poddaje się glownie narzędzia które powinna cechowac wysoka twardosc i odporność na scieranie
Srednie – jest stosowane w celu nadania obrabianym elementom wysokiej granicy sprężystości przy równoczesnym polepszeniu ich własności plastycznych
Wysokie – własności wytrzymałościowe wyraznie maleja, a plastyczne wzrastaja
Dyfuzja – jakiekolwiek względne zmiany polozen atomow w sieci, zachodzące w stacjonarnym osrodku pod wpływem wzbudzenia termicznego. Procesy te sa podstawa wielu metalurgicznych procesow. Wyrozniamy heterodyfuzje, samodyfuzje, dyfuzje wstepujaca.
Prawa dyfuzji – zostaly sfromulowane przez Ficka
I prawo określa zależność strumienia dyfundujących atomow J w funkcji gradientu koncentracji δc/δx ma postac: J = -D δc/δx gdzie D to współczynnik dyfuzji
II prawo podaje zależność szybkości zmiany koncentracji δc/δt w funkcji gradientu koncentracji
δc/δt = D δ2c/δx2 (2 jest kwadratem)
Dyfuzja w stanie stalym może zachodzic roznymi mechanizmami. Do najważniejszych naleza:
- mechanizm wakacyjny – atomy przemieszczaja się droga wymiany z wakancjami
- mechanizm międzywęzłowy – atomy domieszek przeskakuja z jednej luki międzywęzłowej do
drugiej (sąsiedniej)
- dyfuzja reaktywna – zachodzi w przypadku tworzenia związków miedzymetalicznych miedzy
dyfundującymi skladnikami
- dyfuzja granicami ziarn – zachodzi w materiale polikrystalicznym. W wysokiej temp. granice ziarn
nie stanowia drog uprzywilejowanej dyfuzji
- dyfuzja przez dyslokacje – mogą być drogami latwego przenikania atomow w niższych temperaturach
Przemiana fazowa – podstawa obrobki cieplnej stopow. Można je podzielic na dyfuzyjne i bezdyfuzyjne. W przemianach dyfuzyjnych konieczna jest dyfuzja, a wiec istotna w nich role oprocz temperatury, odgrywa czas. Zachodza one przez zarodkowanie i wzrost zarodkow. W przemianach bezdyfuzyjnych dyfuzja nie odgrywa zadnej roli wiec mogą one zachodzic z bardzo duzymi prędkościami, czas jest tutaj nieistotny.
14.
Obrobka cieplna – zespol zabiegow cieplnych mających na celu zamiane własności materialu wynikajaca z zachodzacych w materiale przemian fazowych
Wyzarzanie – zabieg obrobki cieplnej polegajacy na nagrzaniu stali do określonej temperatury, wytrzymaniu przy tej temperaturze i nastepnym powolnym studzeniu. Celem tego zabiegu jest przybliżenie stanu stopu do warunku równowagi
Rodzaje wyzarzan:
Ujednoradniajace, zupełne, niezupełne, normalizujące, odprężające, z przemiana izotermiczna, sferoidyzujace, rekrystalizujące.
Ujednoradniajace – celem jest zmniejszenie niejednorodności składu chemicznego, stosowane glownie dla wlewkow
Zupełne – celem jest uzyskanie struktur zbliżonych do stanu równowagi, zmniejszenie twardości stali, zwiekszenie jej ciągliwości, polepszenie obrabialności, stosowane dla stali stopowych
Niezupełne – stosowane jako odmiana wyzarzania zupełnego w tych przypadkach, gdy postac wydzielen ferrytu lub cementytu wtornego jest prawidlowa
Normalizujące – uzyskanie jednorodnej struktury drobnoziarnistej, a przez to polepszenie własności mechanicznych, stosowane dla stali podeutektoidalnych
Z przemiana izotermiczna – celem jest zmniejszenie twardości, stosowane glownie dla stali stopowych, które po wyzarzaniu normalizującym maja za wysoka twardosc
Sferoidyzujace – zmniejszenie twardości wskutek zmiany kształtu wydzielen cementytu na sferoidalny
Odprężające – celem jest usuniecie naprężeń odlewniczych, spawalniczych, cieplnych oraz spowodowanych obrobka plastyczna na zimno
Rekrystalizujące – stosowane dla stali odkształconej plastycznie na zimno, celem spowodowania rekrystalizacji
Ulepszanie cieplne – polaczenie zabiegu hartowania i średniego lub wysokiego odpuszczania
Hartowanie – obrobka cieplna polegając a na nagrzaniu stali do odpowiedniej temperatury, a nastepnie szybkim schlodzeniu w celu spowodowania przemiany prowadzacej do uzyskania materialu o podwyższonej wytrzymałości i twardości, wyrozniamy hartowanie bainityczne i martenzytyczne a także objętościowe i powierzchniowe
- bainityczne – stal chlodzona jest z prędkością mniejsza od krytycznej lub stosuje się chlodzenie z wytrzymaniem izotermicznym powyżej temperatury Ms az do zajscia przemiany bainitycznej
- martenzytyczne – polega na nagrzaniu stali do temperatury austenityzowania, wygrzaniu i chlodzeniu z szybkością wieksza od krytycznej, w wyniku którego zachodzi tylko przemiana martenzytyczna
- objętościowe – austenityzowanie obejmuje cala objętość obrabianego cieplnie przedmiotu, a grubosc warstwy zahartowanej zalezy wyłącznie od własności materialu i szybkości chlodzenia, rodzaje: hartowanie zwykle, stopniowe, przerywane, bainityczne
- powierzchniowe – nagrzewanie jest ograniczone do cienkiej warstwy i to w tych miejscach, które maja być obrobione cieplnie, nie wywołują duzych naprężeń i odkształceń termicznych, rodzaje: hartowanie indukcyjne, plomieniowe
Hartowność stali – jest to zdolność stali do tworzenia struktury martenzytycznej, na hartowność stali wpływają: sklad chemiczny austenitu, wielkość ziarna austenitu, jednorodność austenitu, obecność nierozpuszczonych podczas austenityzowania czastek, do okreslenia hartowności stosuje się metody:
ocena hartowności na przelomie, metoda krzywych U wedlug Grosmana, proba chlodzenia od czola wedlug Jominy
metoda krzywych U wedlug Grosmana – na zahartowanych w wodzie lub w oleju cylindrycznych probkach dokonuje się pomiarow twardości wzdłuż ich średnicy. Graficzne przedstawienie wynikow pomiarow w postaci wykresu twardosc-srednica przekroju pozwala na otrzymanie krzywych o kształcie litery U. Za granice strefy zahartowanej przyjmuje się miejsce, gdzie wystepuje najbardziej gwałtowny spadek twardości. Jest to tzw. strefa polmartenzytyczna.
Proba chlodzenia od czola wedlug Jominy – cylindryczna probka po austenityzowaniu jest umieszczana w specjalnym aparacie, gdzie chlodzona jest natryskiem wody tylko dolna plaszczyzna czolowa probki. Po ostygnieciu probki i przeszlifowaniu wzdłuż dwoch przeciwległych tworzących na oszlifowanych powierzchniach dokonuje się pomiarow twardości w skali HRC. Usrednione wyniki pomiarow przedstawia się w formie graficznej jako wykres twardości w zależności od odległości od czola.
Kruchość odpuszczania:
I rodzaju zwana kruchością nieodwracalna, przejawia się spadkiem odporności na pekanie po odpuszczaniu stali w zakresie 250˚C-450˚C.
II rodzaju wystepuje po odpuszczaniu powyżej 500˚C i powolnym chlodzeniu. Kruchosc te można usunąć poprzez powtorne nagrzanie do 500˚C i szybkie chlodzenie w oleju lub w wodzie.
15.
Nawęglanie – celem jest uzyskanie twardej, odpornej na scieranie warstwy przy zachowaniu ciągliwego rdzenia. Polega na nasyceniu weglem wierzchnich warstw czesci wykonanych ze stali niskowęglowych.
Azotowanie – celem jest otrzymanie bardzo twardej, odpornej na scieranie warstwy wierzchniej, bez potrzeby dalszej obrobki cieplnej. Zwieksza również odporność na korozje stali oraz wytrzymałość zmeczeniowa. Jest stosowane dla stali uprzednio ulepszonych cieplnie.
Borowanie – zwiekszenie odporności czesci maszyn i narzedzi na scieranie, szczególnie na dzialanie luznego ścierniwa. Borowaniu poddaje się min narzędzia wiertnicze, elementy pomp, osie, kola napedowe pojazdow gąsienicowych, narzędzia do pracy na zimno i na goraco.
Metoda PVD –
Metoda CVD -
16.
Wpływ pierwiastkow stopowych na własności stali zalezy w znacznym stopniu od tego w jakiej fazie dany pierwiastek wystepuje. W zależności od ilości i rodzaju pierwiastkow stopowych mogą one występować w następujących fazach:
- rozpuszczac się w ferrycie lub austenicie
- tworzyc wegliki, azotki i węglikoazotki
- tworzyc fazy miedzymetaliczne z żelazem lub miedzy soba
- tworzyc związki z domieszkami i znajdowac się we wtraceniach niemetalicznych
- w nielicznych przypadkach mogą występować w stanie wolnym
Pierwiastki stopowe znajdujące się w roztworach stalych (ferrycie lub austenicie) wpływają min. na własności mechaniczne tych faz, na przemiane martenzytyczna i skłonność do odpuszczania. Wchodzenie pierwiastkow stopowych do innych faz najczęściej dziala umacniająco na metal, chociaż zmniejszaja niekiedy bardzo znacznie plastyczność stali.
17.
Klasyfikacja stali stopowych wedlug zastosowania:
- konstrukcyjne
- narzędziowe
- stale i stopy o szczególnych własnościach
Klasyfikacj stali stopowych wedlug struktury, w stanie równowagi możemy podzielic je na:
- podeutektoidalne – ferrytyczne lub ferrytyczno-perlityczne
- eutektoidalne – perlityczne
- nadeutektoidalne – o strukturze zlozonej z perlitu i weglikow
- ledeburytyczne – o strukturze zlozonej z perlitu i ledeburytu
Po przyspieszonym chlodzeniu stale mogą mieć strukture:
- ferrytyczna – przy znikomej zawartości wegla i znacznej ilości pierwiastkow ferrytotworczych
- perlityczna – mala zawartość pierwiastkow stopowych, austenit cechuje się mala trwałością w zakresie perlitycznym
- bainityczna – w zakresie przemiany perlitycznej trwalosc austenitu jest duza, a w zakresie przemiany bainitycznej mala
- martenzytyczna – wieksza zawartość pierwiastkow stopowych zwiększających trwałość austenitu, ale nie obniżających Ms poniżej temperatury pokojowej
- austenityczna – duza trwałość austenitu i polozenie Ms poniżej temperatury pokojowej
Klasyfikacja wedlug rodzaju pierwiastkow stopowych:
np. stale chromowe, chromowo-niklowe, chromowo-molibdenowe
18. Stale konstrukcyjne
Sa stosowane do wyrobu czesci maszyn i pojazdow oraz na wszelkiego rodzaju konstrukcje. Stale te maja male lub srednie zawartości wegla, sa niskostopowe. Glownie sa to stale srednioweglowe przeznaczone do ulepszania cieplnego. Wymaga się od nich możliwe duzej wytrzymałości przy malej plastyczności. Takie własności otrzymuje się po hartowaniu i wysokiemu odpuszczaniu. Pierwiastki stopowe wlacza się glownie w celu zwiekszenia hartowności. Zawieraja takie pierwiastki jak chrom, mangan, nikiel, molibden. Ten ostatni glownie przeciwdziała kruchości odpuszczania. Wiele stali z tej grupy pracuje w warunkach zmiennych naprężeń. Powinny się wiec cechowac także duza odpornością na zmeczenie i kruche pekanie. Inne powinny mieć dobra udarność w obniżonych temperaturach. Jedynym pierwiastkiem który zapewnia te własność jest nikiel. W tej grupie znajduja się stale do nawęglania, azotowania, ulepszania, łożyskowe i sprężynowe oraz stale dla budownictwa:
- stale do nawęglania – zastosowanie: czesci maszyn o wysokiej twardości powierzchni i ciągliwym rdzeniu, stezenie wegla w tych stalach nie przekracza 0,25%, a ponadto zawieraja mangan, chrom, nikiel, molibden. Po naweglaniu stosujemy hartowanie i niskie odpuszczanie.
- stale do azotowania – zastosowanie: czesci maszyn o wysokiej twardości powierzchni i zwiekszonej odporności korozyjnej powierzchni oraz duzej wytrzymałości rdzenia. Azotowanie prowadzimy przy temperaturze około 550˚, dlatego przed tym zabiegiem stale poddaje się hartowaniu i wysokiemu odpuszczaniu, gdyz podczas azotowania rdzen azotowanej stali nie ulega już dalszemu mięknięciu.
- stale do ulepszania – zastosowanie: czesci maszyn, pojazdow, konstrukcji. Obrobka cieplna polega na hartowaniu i odpuszczaniu przy 500-550˚C.
- stale łożyskowe (stale na lozyska toczne) – zastosowanie: pierscienie, kulki, waleczki łożysk tocznych. Stale te zawieraja 0,9-1,1%C. obrobka cieplna łożysk polega na zahartowaniu w oleju i niskim odpuszczaniu przy temperaturze 150-160˚C.
- stale sprężynowe – zastosowanie: sprężyny, resory, drazki skretne. Powinny mieć wysoka granice sprężystości i wysoka wytrzymałość zmeczeniowa. Sa to stale o wysokich zawartościach wegla z pierwiastkiem silnie utwardzającym ferryt, np. siarka, a w gatunkach o większej hartowności – chrom.
19. Stale narzędziowe
Sa przeznaczone do wyrobu wszelkiego rodzaju narzedzi służących do obrobki roznych materiałów droga skrawania lub obrobki plastycznej oraz narzedzi pomiarowych. Od stali konstrukcyjnych roznia się wieksza zawartością wegla i pierwiastkow stopowych – zwłaszcza weglikotworczych. Stale te powinny mieć duza twardosc, wieksza od obrabianego materialu, powinny cechować się znaczną odpornością na przenoszenie obciążeń bez odkształceń plastycznych oraz duza odpornościa na scieranie. Stale narzędziowe pracujące w warunkach obciążeń dynamicznych musza być ciągliwe, co wiaze się z obniżeniem ich twardości. Osiagamy to przez zmniejszenie zawartości wegla i stosowanie wysokiego odpuszczania. Stale przeznaczone na narzędzia skrawające powinny być odporne na scieranie i jednoczesnie zachowywac wysoka twardosc także w podwyższonych temperaturach ze względu na wydzielanie się duzych ilości ciepla na skutek tarcia podczas skrawania. Do stali takich wprowadza się pierwiastki które hamuja skłonność martenzytu do odpuszczania i wywołują twardosc wtorna – wolfram, molibden, wanad. W przypadku stali narzędziowych możemy wyroznic stale szybkotnące, do obrobki plastycznej na zimno i na goraco.
- do pracy na zimno – stale te nie powinny się nagrzewac powyżej temperatury 250˚C. Stale o małej zawartości %C z dodatkami Cr, W i Si wykazują zwiększoną ciągliwość, stąd zastosowanie na narzędzia narażone na udarowe działanie obciążeń. Głównymi dodatkami stopowymi tych stali sa: chrom, wolfram, wanad, nieliczne z nich maja zwiekszona zawartość manganu, krzemu, niklu, molibdenu. Sa to glownie stale średniostopowe. Ogolna ilość dodatkow stopowych nie przekracza w nich bowiem na ogol 3-5%. Obrobka cieplna polega na zmiękczaniu stali do ok. 250 HB droga wyzarzania. Po obrobce mechanicznej poddaje się hartowaniu w wodzie lub oleju. Temperatura hartowania na ogol jest zawarta w granicach 800-900˚C. Stale zawierające wiecej dodatkow stopowych węglikotwórczych hartuje się w temperaturach wyższych. Twardosc po hartowaniu stali o większej zawartości węglików zalezy od temperatury i czasu austenityzowania. W przypadku stali do pracy na zimno stosuje się niskie odpuszczanie. Stale te mozemy podzielic na 3 grupy:
+ stale nisko i sredniostopowe o zawartosci wegla około 1%, o malej lub sredniej hartowności. Maja one po zahartowaniu wysoka twardosc, ale stosunkowo mala odporność na odpuszczanie. Sa hartowane w wodzie lub oleju. Wykonuje się z nich narzędzia skrawające z małymi prędkościami do wszelkiej obrobki oraz przyrządy pomiarowe.
+ stale średniostopowe o zawartości wegla około 0,5% o znacznej hartowności, cechujące się niezbyt duza twardością, ale znaczna ciągliwością. Sa stosowane na narzędzia udarowe. Po zahartowaniu maja strukture martenzytyczna. Dodatki chromu, krzemu lub niklu zwiększają hartowność, a wolfram hamuje proces odpuszczania. Stale te mogą pracowac w podwyższonej temperaturze
+ stale wysokostopowe o duzej zawartości wegla dochodzącej do 2%. Maja strukture ledeburytyczna, cechuje je duza hartowność. Sa hartowane w oleju i mogą być odpuszczane w wyzszych temperaturach. Maja znaczna odporność na scieranie, mogą również pracowac w podwyższonych temperaturach. Sa glownie stosowane na narzędzia pracujące w trudnych warunkach jak wykrojniki, ciągadła, przeciągacze, rozwiertaki, noze do nożyc.
- do pracy na goraco – stosuje się do wyrobu narzedzi do obrobki plastycznej na goraco, które sa narazone na scieranie i odpuszczające dzialanie ciepla. Stosowane na narzędzia pracujące w temperaturach od 250-700˚C. Powinny mieć możliwie duza twardosc, utrzymujaca się w temperaturze pracy narzędzia, a przy pracy w warunkach obciążeń dynamicznych musza wykazywac dostatecznie duza ciągliwość. Inne wymagania to dobre przewodnictwo cieplne, odporność na zmeczenie termiczne, odporność na pekanie. Sa to glownie stale srednioweglowe zawierające glownie takie dodatki jak chrom i molibden , rzadziej wolfram, krzem, nikiel, mangan, kobalt. Obrobka cieplna tych stali powinna być przeprowadzona w taki sposób, aby w czasie pracy narzędzia był wykorzystywany efekt twardości wtornej. Stale wyzej stopowe należy hartowac od wysokich temperatur. Temperatura odpuszczania miesci się na ogol w zakresie 500-600˚C (wysokie odpuszczanie). Po ulepszaniu cieplnym stale narzędziowe do pracy na goraco maja mniejsza twardosc niż do pracy na zimno, ale przy odpuszczaniu utrzymuje się ona na stalym poziomie w temperaturze pracy narzędzia. Stale te odpuszcza się w wyzszych temperaturach niż stale do pracy na zimno. Możemy je podzielic na stale wyzej stopowe i nizej stopowe.
+ wyzej stopowe – ponad 7% dodatkow stopowych i mniejsza zawartość wegla – 0,3-0,4%, sa bardziej odporne na odpuszczające dzialanie ciepla, sa stosowane na narzędzia pracujące w szczególnie niekorzystnych warunkach
- szybkotnące – stosuje się je glownie do skrawania materiałów z duzymi prędkościami. Mogę one pracowac bez utraty twardości w temperaturach 550-600˚C. Stale te maja wysoka odporność na odpuszczanie, zawieraja znaczna ilość pierwiastkow stopowych dochodzaca nawet do 30%. Zadaniem chromu jest zapewnienie odpowiednio duzej hartowności stali. Wolfram i molibden tworza wegliki pierwotne bardzo odporne na scieranie. Kobalt zmniejsza ilość austenitu szczatkowego oraz skłonność do odpuszczania i wykruszania węglików, poprawiając tym samym skrawalność narzedzi. Wanad tworzy trudno rozpuszczalne i bardzo twarde wegliki. Struktura stali szybkotnących po odlaniu jest ledeburytyczna. Obrobka cieplna polega na hartowaniu stali od temperatur bliskich solidusu (1200-1270˚C) i nastepnym wysokim odpuszczaniu. Stale szybkotnące są dostarczane w stanie zmiękczonym, co zapewnia dobrą obrabialność mechaniczna stali. Nagrzewanie przeprowadza się zwykle w piecach solnych. Hartowanie można przeprowadzac w niezbyt intensywnych osrodkach chłodzących. Austenit szczatkowy można rozłożyć przez odpuszczanie, które przeprowadza się w temperaturze ok. 560˚C. Stwierdzono ze kilkakrotne odpuszczanie daje lepsze efekty niż jednokrotne. Po trójkrotnym odpuszczaniu pozostaje jeszcze ok. 1/3% austenitu, a uzyskana twardosc wynosi
64-65 HRC. Bardzo wazna operacja obrobki cieplnej stali szybkotnącej jest wyzarzanie zmiękczające przeprowadzone w zakresie 800-840˚C. Operacja ta ma na celu przygotowanie prawidłowej struktury do hartowania. Wlasnosci narzedzi ze stali szybkotnących zaleza od technologi ich wytwarzania. Można je otrzymac metodami:
- przez odlewanie metoda traconego wosku
- ze stali odlanej i przerobionej plastycznie
- ze stali otrzymanej metoda metalurgi proszkow
Kobalt lub molibden zwieksza w tych stalach odporność narzedzi na odpuszczające dzialanie ciepla, a tym samym polepsza skrawalność. Stale ze zwiekszona zawartością wegla i wanadu sa bardziej odporne na scieranie.
20. Stale odporne na korozje – wprowadzenie do żelaza co najmniej 10,5% chromu wywoluje wywoluje wzrost potencjalu elektrochemicznego takiego stopu i tym samym skokowo zwieksza jego odporność na korozje.
Ze względu na odporność na korozję dzielimy na:
- stale nierdzewne (odporność na działanie atmosfery, wilgoci, słabych roztworów soli i kwasów),
- stale kwasoodporne (odporność na działanie stężonych kwasów i soli).
Ze względu na strukturę na:
- ferrytyczne,
- martenzytyczne,
- martenzytyczne umacnianie wydzieleniowo,
- austenityczne,
- austenityczno-ferrytyczne.
Ze względu na skład chemiczny na:
- wysokochromowe,
- chromowo-niklowe,
- chromowo-niklowo-manganowe.
Stale ferrytyczne i martenzytyczne:
Podstawowym pierwiastkiem stopowym jest Cr. Przy zawartości 17%Cr i <0.05%C ferryt jest stabilny do temp. topnienia. Jeśli stal zawiera 13%Cr i mało C lub N, to w temp. 1000-1100 pojawia się pole dwufazowe α+γ, które rozszerza się ze wzrostem C i stale takie można hartować na martenzyt.
Stale ferrytyczne:
- dobra odporność na działanie kwasów utleniających,
- brak odporności na kwasy redukujące,
- dobra spawalność
Stale martenzytyczne:
- nie są kwasoodporne lecz nierdzewne.
- hartowanie – 950-1000oC ,
- odpuszczanie – 600-700oC,
- większa zawartość Cr – wydzielanie fazy σ
- zastosowanie – łopatki turbin, zawory, artykuły gospodarstwa domowego, noże, sprężyny.
Stale austenityczne:
Są stalami prawie bezwęglowymi . Zawartość Ni konieczna do otrzymania struktury austenitycznej to ok. 8% (połowa Ni może być zastąpiona podwójną ilością Mn). Dodatek Mo oraz Ti i Nb zapobiegają korozji międzykrystalicznej. Dodatek N zapobiega rozrostowi ziarna. Stale austenityczne są odporne na działanie kwasu azotowego, kwasu siarkowego, roztwory alkaliczne. Nie są odporne na działanie kwasów HCl i H2SO4 i stężonych zasad. W stalach tych występuje zjawisko korozji międzykrystalicznej. Można jej zapobiegac poprzez:
- ograniczenie %C do 0.02-0.03,
- stosowanie przesycenia stali w temp. 1000-1100oC,
- unikanie nagrzewania stali w temp. 500-800oC,
- wprowadzenie Ti lub Nb (5-10 razy więcej niż C).
21.
Nadstopy na bazie niklu, kobaltu, żelaza
22. Zeliwa – stopy odlewnicze na osnowie żelaza o zawartości wegla w granicach 2,0-3,8%C szeroko stosowane w budowie maszyn. Duza popularność zyskaly zeliwa stale dzieki takim zaletom jak:
- łatwość odlewania nawet skomplikowanych kształtów
- dobra wytrzymałość na sciskanie
- duza zdolność tlumiena drgan
- dobra odporność na scieranie
- mala rozszerzalność cieplna
- niski koszt wytwarzania
Do wad możemy zaliczyc:
- mala ciągliwość i udarność
- mala wytrzymałość na rozciaganie
- mala odporność na pekanie
Zeliwa wytapia się w piecach zwanych żeliwiakami. Zeliwa sa to stopy zlozone i oprocz wegla zawieraja zawsze dodatki krzemu i manganu oraz, na ogol wiecej niż stale, siarki i fosforu. Ogolnie zeliwa dzielimy na: szare, biale, połowiczne (pstre).
Biale – zawartość wegla zwiazana jest w postaci cementytu, kruche, trudno obrabialne, bardzo twarde, duze ilości zeliwa białego uzywane sa do otrzymywania zeliwa ciągliwego. Powstawaniu zeliwa białego sprzyja niska zawartość krzemu i szybkie chlodzenie. Nie można go obrabiac mechanicznie przez skrawanie, można jedynie szlifowac.
Szare – obok osnowy metalicznej wystepuje grafit. Własności zeliw szarych zaleza nie tylko od stuktury osnowy metalicznej, ale również od postaci grafitu. Grafit jako faza niemetaliczna wpływa osłabiająco na metal, gdyz sam ma mala wytrzymałość i twardosc. Platki grafitu wytwarzaja w osnowie metalicznej nieciągłości o ostrych krawędziach, które działają jak karb, a wiec zwiększają skłonność do kruchego pekania. Wydzielenia grafitu działają jak nieciągłości w materiale.
Wyróżniamy tutaj zeliwa:
+ zwykle - grafit platkowy, mala plastyczność i mala odporność na pekanie, wytrzymałość i plastyczność można wyraznie poprawic przez dodanie do niego w czasie odlewania magnezu
+ wernikularne - grafit robaczkowy
+ sferoidalne – grafit kulisty, porzadany kształt grafitu
+ ciągliwe – grafit postrzępiony, odpowiednie własności uzyskuja poprzez wyzarzanie grafityzujące
Pstre – cementyt ulegl w znacznym stopniu grafityzacji. Sklad zeliwa połowicznego dobiera się tak aby przy powierzchni odlewu powstala warstwa zeliwa białego, a wewnatrz – krzepniecie przebiegalo z wydzieleniem grafitu. Pomiedzy tymi warstwami istnieje strefa przejsciowa.
23. aluminium
Jest to pierwiastek ktorego udzial w skorupie ziemskiej jest bardzo znaczący i wynosi 8%. Krystalizuje w ukladzie regularnym o sieci sciennie centrowanej i nie ma odmian alotropowych. Należy do metali lekkich. Do właściwości aluminium decydujących o jego zastosowaniu naleza dobre przewodnictwo elektryczne, odporność korozyjna oraz maly ciezar właściwy. Aluminium jest stosowane na przewody elektryczne. Aluminium na powietrzu szybko pokrywa się cienka warstwa Al2O3, warstwa ta przylega scisle do materialu i chroni go przed dalsza korozja (zjawisko pasywacji). Aluminium nie jest odporne na dzialanei zasad, kwasow beztlenowych, wody morskiej oraz związków siarki. Najwazniejsza własnością stopow aluminium jest mala gęstość przy stosunkowo duzej wytrzymałości. Cechy te znajduja zastosowanie w konstrukcjach lotniczych. Stopy aluminium można podzielic na stopy do przerobki plastycznej i stopy odlewnicze.
Stopy odlewnicze: największe znaczenie odgrywaja siluminy. Cechuja się bardzo dobrymi własnościami odlewniczymi, maja dobra lejność, maly skurcz i mala skłonność do pekania. Cechy te sprawiaja ze można z nich uzyskiwac na drodze odlewania elementy o skomplikowanych kształtach i cienkich sciankach. Sa stosowane na odlewy czesci maszyn, również w przemysle okretowym, motoryzacyjnym, do wyrobow galanteryjnych oraz aparatury chemicznej.
Stopy do przerobki plastycznej: stopy wieloskładnikowe zawierające najczęściej magnez i mangan, lub magnez, mangan i miedz. Istotna cecha większości tych stopow jest możliwość utwardzania wydzieleniowego w procesie obrobki cieplnej.
Stopy jakie tutaj możemy wyroznic to:
- aldrey – bardzo dobre przewodnictwo elektryczne, w procesie utwardzania wydzieleniowego polaczonego z odkształceniem plastycznym, osiaga wysoka wytrzymałość na rozciaganie.
- aluman – mangan silnie umacnia ten stop i podnosi odporność na korozje.
- hydronalium – odporność na dzialanie korozyjne wody morskiej, jest plastyczne, spawalne, odporne na zmeczenie i daje się latwo polerowac
- anticorodal – duza odporność korozyjna osiagana w stanie po utwardzaniu wydzieleniowym, stop ten jest bardzo plastyczny i spawalny
- duraluminium – ma najlepsze własności wytrzymałościowe, sklada się z miedzi, magnezu i manganu, natomiast krzem i żelazo występują tutaj jako domieszki. W stopie tym powstaja rozne fazy miedzymetaliczne, w stanie przesyconym sklada się z roztworu stalego, z wydzieleniami nierozpuszczonych związków manganu i żelaza. Obrobka cieplna polega na starzeniu i przesycaniu.
24. miedz
Krystalizuje w układzie regularnym o sieci sciennie centrowanej i nie ma odmian alotropowych. Do własności miedzi decydujących o jej zastosowaniu naleza: wysoka przewodność elektryczna, przewodnictwo cieplne, duza plastyczność. Na powietrzu miedz pokrywa się warstwa zasadowego weglanu miedzi zwana patyna, która chroni ja przed dalsza korozja. Jednym z głównych zanieczyszczen miedzi jest tlen powodujacy „chorobe wodorowa”, która może powodowac powstanie mikropęknięć. Inne zanieczyszczenia miedzi to bizmut i olow które tworza niskotopliwe eutektyki na granicach ziarn. Do stopow miedzi zaliczamy: mosiądze, miedzionikle, brazy.
- Mosiadze – głównym składnikiem stopowym jest cynk, wzrost zawartości cynku powoduje wzrost wartości wytrzymałościowych a także zmiane zabarwienia od czerwonego az do prawie zoltego, maja bardzo duza plastyczność, duza odporność korozyjna, dzielimy je na grupy ze względu na zastosowanie, sklad chemiczny, strukture. W zależności od zawartości cynku mosiądze dzielimy na jednofazowe, przejściowe, dwufazowe – mosiądze dwuskladnikowe. Oprocz mosiądzów dwuskładnikowych zwanych zwykłymi istnieja także mosiądze wieloskładnikowe zwane stopowymi. Mosiądze jednofazowe zawieraja do 32% cynku, a dwufazowe od 39%. Mosiądze jednofazowe przerabiamy plastycznie na zimno, a dwufazowe plastycznie na goraco. Zastosowanie jednofazowych: przemysl okretowy, motoryzacyjny, maszynowy. Zastosowanie dwufazowych: odlewy czesci maszyn, armatura. W przypadku mosiądzów wieloskladnikowych poszczególne dodatki stopowe wpływają na własności i tak np: olow poprawia lejność oraz skrawalność, aluminium zwieksza odporność na korozje, żelazo powoduje zwiekszenie własności wytrzymałościowych, cyna zwieksza twardosc, nikiel zwieksza własności wytrzymałościowe i plastyczne. Kruchosc powoduja takie pierwiastki jak: bizmut, tellur, antymon, kadm, siarka, sellen. Mosiądze można poddawac obrobce plastycznej: wyzarzaniu ujednoradniajacemu oraz rekrystalizującemu.
- Miedzionikle – stopy miedzi z niklem, najszersze zastosowanie znalazly stopy takie jak: nikielina oraz konstantant. Nikielina ma dobre własności plastyczne a konstantant jest stosowany w elektrotechnice oraz na termoelementy.
- Brazy – stopy miedzi gdzie dodatkami stopowymi nie sa nikiel ani cynk, bywaja nazywane spizami, w porównaniu z mosiądzami maja wieksza odporność korozyjna, wieksza wytrzymałość, odporność na scieranie oraz lepsze własności ślizgowe, maja bardzo dobre własności odlewnicze, w przeszłości stosowano je do wyrobu rzezb, dzwonow i armat. Powaznym ograniczeniem brazow jest ich wysoka cena. Wyróżniamy brazy cynowe, aluminiowe, berylowe, cynowo-cynkowo-olowiowe. Ze względu na przeznaczenie brazy dzielimy na brazy odlewnicze oraz do przerobki plastycznej.
+ Brazy cynowe – cyna powoduje wzrost wytrzymałości i plastyczności. Brazy cynowe dzieli się na brazy odlewnicze i do przerobki plastycznej. Brazy odlewnicze cechuje maly skurcz, maja one często fosfor jako dodatek. Ze względu na wpływ fosforu brazy te sa twardsze i maja mniejsza plastyczność. Stosuje się je na odlewy od których oczekuje się dobrej odporności na scieranie. Brazy cynowe stosuje się w przemysle okretowym, papierniczym, chemicznym i maszynowym.
+ brazy aluminiowe – w porównaniu do brazow cynowych maja lepsze własności wytrzymałościowe i plastyczne, wieksza odporność chemiczna i żaroodporność, lepsza rzadkopłynność i mniejsza skłonność do segregacji. do wad możemy zaliczyc duzy skurcz oraz skłonność do tworzenia duzych krzyształów w odlewach. Wzrost aluminium powoduje wzrost własności wytrzymałościowych. Brazy aluminium stosuje się jako brazy odlewnicze i brazy do obrobki plastycznej. Brazy te poddaje się ulepszaniu cieplnemu-hartowaniu i odpuszczaniu.
+ brazy berylowe – oprocz berylu zawieraja tez nikiel i kobalt, a także tytan. Posiadaja one najwyższe własności mechaniczne pośród brazow oraz odporność na scieranie i odporność korozyjna. Można je poddawac obrobce plastycznej na zimno i na goraco. Posiadaja duza przewodność elektryczna i cieplna, a dodatkowo ich wazna cecha jest brak skłonności do iskrzenia. Zastosowanie: szczotki silnikow elektrycznych, czesci maszyn w wytworniach materiałów wybuchowych, sprężyny, elementy pomp, narzędzia chirurgiczne.
25. Polimery
Polimer - związek wielkocząsteczkowy, jest zbiorem makrocząsteczek
Struktura - składają się z makrocząsteczek o budowie łańcuchowej, w skład których wchodzą cząsteczki podstawowe zwane merami. Liczba merów w makrocząsteczce to stopień polimeryzacji. Łańcuchy mogą być liniowe, rozgałęzione. W przypadku tworzyw termoplastycznych łańcuchy są splecione ze sobą. W przypadku duroplastów struktura jest przestrzenna.
Podział polimerów ze względu na zachowanie się pod wpływem temperatury:
- termoplastyczne (termoplasty)
- duroplasty
+ termoutwardzalne
+ chemoutwardzalne
- elastomery
Do zalet materiałów polimerowych zaliczamy:
- mala gęstość
- duza wytrzymałość mechaniczna w stosnku do masy
- trwałość, termostabilnosc
- własności elektryczne, cieplne
- odporność na czynniki atmosferyczne i środowisko aktywne
- duza zdolność ksztalowania gotowych produktow
Natomiast do wad:
- niska odporność na pełzanie
- ograniczony zakres temperatury długotrwałego uzytkowania
- problemy związane z procesami wtornego wykorzystania i utylizacji zuzytych odpadow
26.
Materialy kompozytowe – najczęściej za kompozyt uwaza się material sztucznie przygotowany, zlozony co najmniej z dwoch chemicznie odmiennych faz, o scisle określonych granicach miedzy nimi. Można rozróżnić trzy podstawowe typy materiałów kompozytowych:
- wzmacnianie dyspersyjne
- wzmacnianie czastkami
- wzmacnianie włóknami
Ta faza kompozytow, w ktorej umieszczane sa czastki lub wlokna zbrojace, jest nazywana osnowa i mogą ja tworzyc polimery utwardzalne lub termoplastyczne, metale a także materialy ceramiczne. Kompozyty wzmacniane dyspersyjnie zachowuja dobre własności wytrzymałościowe do temperatury siegacej 80% ich temperatury topnienia. Kompozyty wzmacniane czastkami charakteryzuja się tym, ze obciążenia sa przenoszone zarówno przez osnowe jak i przez czastki.
Kompozyty włókniste – osnowa może być metalowa, ceramiczna, weglowa lub polimerowa. Wlokna mogą być metalowe, ceramiczne, niemetalowe, weglikowe, zlozone i polimerowe. Poza tym wlokna mogą być krotkie, ciete, dlugie, ułożone rownolegle lub wartwami nierownolegle. Zastosowanie: plyty faliste i plaskie do budownictwa, profile, rury, oslony do obudowy maszyn, kadłuby lodzi i statkow, elementy samolotow i rakiet, sprzet sportowy.
Kompozyty warstwowe (laminaty) – popularnym laminatem jest sklejka drewniana, innym przykładem sa bezpieczne szyby samochodowe, wazne sa tutaj kompozyty o osnowie metalowej, np. metale z naniesionymi warstwami wierzchnimi, których celem jest zwiekszenie odporności na korozje i scieranie. Dosc popularne staja się bimetale tj. tasmy powstale przez zwalcowanie dwoch roznych stopow. Do kompozytow warstwowych zalicza się także bimetaliczne lozyska ślizgowe i napiekane materialy cierne metaliczno-ceramiczne.
Wegliki spiekane – grupa narzędziowych materiałów spiekanych, w których strukturze od 65 do 95% objętości zajmuja wegliki metali, a reszte metal wiążący którym jest zwykle kobalt. Produkty z węglików wytwarza się przez prasowanie i spiekanie oraz prasowanie na goraco. Własności węglików spiekanych zaleza glownie od składu chemicznego i składu fazowego węglików, kształtu i wielkości jego ziarna oraz udzialu objętościowego w strukturze. Wykazuja one odporność na dzialanie wysokiej temperatury – nie traca wtedy swej twardości i odporności na scieranie. Umozliwia to ich stosowanie do skrawania z duzymi prędkościami. W zależności od przeznaczenia wegliki spiekane sa wytwarzane w postaci roznych kształtek. Powszechnie sa uzywane narzędzia składane z wieloostrzowymi plytkami wymiennymi, nie ostrzonymi w czasie eksploatacji. Wegliki spiekane można pokrywac twardymi warstwami powierzchniowymi.
27.
Szklem metalicznym lub metalem amorficznym nazywamy stop na osnowie metalu o strukturze amorficznej. Ochlodzenie cieczy poniżej punktu krzepniecia powinno spowodowac jej krystalizacje i powstanie ciala stalego o charakterze krystalicznym. Taki proces ma miejsce w cieczach o prostej konfiguracji czasteczek. Jeżeli jednak element struktury krystalicznej jest zlozony, wówczas krystalizacja zachodzi powoli i przy odpowiednio duzej prędkości chlodzenia uprzywilejowane jest tworzenie się struktury bezpostaciowej (szkla). W materialach ceramicznych i polimerach proces zeszklenia zachodzi szczególnie latwo już przy niezbyt duzych szybkościach chlodzenia. W przypadku metali warunkiem zeszklenia jest osiagniecie bardzo duzej szybkości chlodzenia. Tasmy wytworzone ze szkla metalicznego, które maja stosunkowo duza szerokość, cechuja się bardzo dobrymi własnościami magnetycznymi, a jednoczesnie duza zwartością, wytrzymałością i odpornością na scieranie, dzieki czemu znalazly zastosowanie w elektronice jako material magnetycznie miękkie. Maja tez duza odporność na korozje. Szkla metaliczne można wytwarzac min. przez elektroosadzanie bądź przez naparowanie. Szkla metaliczna sa termicznie nietrwale. Maja one wysoka wytrzymałość, przez co przewiduje się wykorzystanie ich do wytwarzania kompozytow, a także do wzmocnienia opon samochodowych, pasow transmisyjnych i laminatow.
Metarialy ceramiczne – do tej grupy materiałów zalicza się jednofazowy spiekany lub prasowany na goraco tlenek aluminium Al2O3 oraz Si3N4, a także mieszaniny tych faz z twardymi tlenkami, azotkami i weglikami. Wytwarza się je metodami metalurgii proszkow. Sa bardzo twarde, odporne na scieranie, ale bardzo kruche. Materialy ceramiczne i ceramiczno-weglikowe stosuje się w postaci plytek, zamocowanych w odpowiedni sposób w uchwytach. Uzywa się je do skrawania bardzo twardych materiałów, stali i zeliw, przy bardzo wysokich prędkościach skrawania.