Mechanika i Budowa Maszyn

1. Charakterystyka podstawowych grup materiałów konstrukcyjnych

Materiałami konstrukcyjnymi nazywane są materiały inżynierskie wykorzystywane przy budowie urządzeń i maszyn. Zaliczamy do nich metale a także ich stopy, ceramikę, kompozyty, polimery.

Metale to materiały w stanie stałym charakteryzujące się takimi właściwościami jak:

- połysk,- dobre przewodzenie elektryczności i ciepła,- plastyczność,

Te właściwości wynikają z metalicznego wiązania występującego między atomami tworzącymi metal oraz z krystalicznej budowy. Metale dzielimy na dwie grupy: nieżelazne - kolorowe i żelazne.

Polimery nazywane są również tworzywami wielkocząsteczkowymi. Wyróżniamy polimery sztuczne i naturalne. Sztuczne powstają poprzez łączenie najczęściej wiązaniami kowalencyjnymi dużej ilości identycznych i niewielkich zgrupowań atomów, nazywanych monomerami. Polimery naturalne nazywane są biopolimerami i otrzymuje się je w wyniku obróbki i częściowej modyfikacji naturalnych surowców.

Ceramiką nazywamy nieorganiczne związki metalu z tlenem, węglem, borem, azotem oraz innymi pierwiastkami. W cząsteczkach atomy połączone są jonowym i kowalencyjnym wiązaniem. Po zaformowaniu ceramiczne materiały są wygrzewane w dużych temperaturach.

Kompozytami nazywamy połączenia dwóch lub więcej nie rozpuszczających się jedna w drugiej i odrębnych faz. Każda z tych faz odpowiada innemu podstawowemu elementowi inżynierskiemu zapewniającemu lepsza wydajność i cechy strukturalne, od właściwych każdemu ze składowych materiałów oddzielnie. Kompozyty stosuje się między innymi w samolotach, sprzęcie kosmicznym, jachtach, łodziach samochodach.

1. Kryteria doboru materiałów na elementy konstrukcyjne maszyn

Kryteria doboru materiałów:

• uzyskanie możliwie lekkich konstrukcji

• wykorzystanie w pełni własności materiałów – np. zastosowanie obróbki cieplnej, lub

plastycznej, podwyższającej właściwości wytrzymałościowe

• możliwie najmniejszy koszt wytworzenia: koszt materiału + pracochłonność i

energochłonność procesu produkcyjnego

• korzystanie z wyników badań eksploatacyjnych dla podobnych konstrukcji

1. Technologie zwiększające odporność na zużycie ścierne i korozyjne elementów maszyn

- krzemowanie,

- siarkoaztowowanie,

- chromowanie,

- tytanowanie

Nawęglanie – zabieg cieplny polegający na dyfuzyjnym nasyceniu węglem warstwy powierzchniowej obrabianego materiału.

1. Metody komputerowe w mechanice i budowie maszyn

• komputerowe wspomaganie projektowania w postaci programów typu cad/cam, catia, inventor

• programy mes metody elementów skończonych które pozwalały na wizualizacje naprężeń w konstrukcji

• systemy komputerowego wspomagania doboru materiałów CAMS (computer aided materials selection).

1. Materiały narzędziowe stosowane w obróbce skrawaniem

Materiały narzędziowe są to materiały stosowane do wyrobu części roboczych lub

całych narzędzi. Główne własności materiałów narzędziowych.

Stale narzędziowe niestopowe (węglowe) – stale te posiadają małą zawartość

fosforu i siarki. Posiadają zawartość węgla w granicach (0,38-1,3%). Odznaczają się

niską temperaturą skrawania do ok. 250◦C, a potem tracą własności. Mają małą

odporność na ścieranie. Ich twardość zależy od zawartości węgla i waha się w granicach

56-62 HRC. Stale te hartujemy w wodzie. Ze stali niestopowych wykonujemy narzędzia

o mało skomplikowanych kształtach. Stale stopowe do pracy na zimno – mogą pracować tylko w temp. do około 180◦C. Stale szybkotnące – stale te zaliczamy do stali stopowych. Stale te zachowują twardość i zdolność skrawania przy szybkościach i grubościach warstwy skrawanej wywołujących nagrzewanie się narzędzi do temp. 650◦ węgliki spiekane

diament

1. Metalurgia, definicja, podział procesów metalurgicznych

Metalurgia, dział nauki i techniki zajmujący się metodami otrzymywania metali i stopów oraz dalszą ich obróbką, mającą na celu nadanie im pożądanych kształtów i własności.

Procesy pirometalurgiczne, elektrometalurgiczne, hydrometalurgiczne, metalurgia proszków

1. Mechanizmy zużycia i dekohezji elementów maszyn.

Mechanizmy zużycia: kruche pękanie, zmęczenie materiałów, korozja metali, zużycie trybologiczne,

Proces pękania składa się głównie z zarodkowania pęknięć oraz ich propagacji

Zmęczeniem nazywane są zmiany zachodzące w materiale inżynierskim pod wpływem zmiennych naprężeń lub odkształceń, ujawniające się albo przez zmniejszenie wytrzymałości i twardości, albo przez zniszczenie w wyniku pęknięcia.

Korozją nazywane jest oddziaływanie fizykochemiczne i elektrochemiczne między materiałem metalowym a otaczającym środowiskiem, w wyniku czego następuje uszkodzenie korozyjne powodujące zmniejszenie własności metalu.

Zużycie trybologiczne jest rodzajem zużycia spowodowanego procesami tarcia, w którym następuje zmiana masy oraz struktury i fizycznych własności warstw wierzchnich obszarów styku. Intensywność zużycia trybologicznego zależy od odporności obszarów tarcia warstw wierzchnich oraz od rodzaju oddziaływania.

1. Metrologia - pomiar, wielkości fizyczne, jednostki miary, układ SI

Metrologia- nauka o mierzeniu

Pomiar – są to czynności doświadczalne mające na celu wyznaczenia wartości i wielkości fizycznych

Wielkość fizyczna – własność zjawiska lub ciała, którą można wyznaczyć jakościowo lub ilościowo

Układ SI – powstał w 1960 r. Jest układem spójnym (koherentnym, zwartym) co ułatwia przeliczanie wszelkich jednostek. Ustala on dla danej wielkości tylko jedną jednostkę. Wielkości podstawowe zdefiniowane są na podstawie dowolnie wybranych zjawisk zapewniających jednoznaczność i dokładność pomiaru. Jednostki podstawowe są od siebie niezależne. Układ SI jest jedynym systemem prawnym przeznaczonym do stosowania na całym świecie

1. Proces projektowania i konstruowania maszyn i urządzeń

Konstruowanie – tworzenie konstrukcji poprzez opracowanie jej zapisu obejmującego: rysunki,

obliczenia, opisy.

Projektowanie to w istocie powstawanie nowych rozwiązań (koncepcji). Traktować je można podobnie jak procesy twórcze, czyli tzw. innowacje. Podstawową ideą współczesnego przygotowania nowych rozwiązań (projektów) jest wyodrębnienie problematyki projektowania jako etapu przejściowego pomiędzy pracami naukowo -badawczymi a rutynowym, techniczno-organizacyjnym przygotowaniem produkcji.

1. Statyczna próba rozciągania (charakterystyka w zależności od cech plastycznych materiału)

- długość próbki obciążonej siłą rozciągającą

- długość próbki nieobciążonej

Cel próby:

-klasyfikacja materiałów

- pomiar wielkości charakterystycznych dla materiału

Statyczna próba rozciągania jest jedną z podstawowych metod badań właściwości mechanicznych materiałów konstrukcyjnych.

Na podstawie wyników zarejestrowanych podczas próby można wyznaczyć szereg parametrów opisujących charakterystykę badanego materiału:

-wytrzymałość na rozciąganie,

-wyraźną granicę plastyczności,

-umowną granicę plastyczności,

-wartość naprężenia rozrywającego,

-wydłużenie względne, przewężenie względne,

-także stałe materiałowe w postaci modułu Younga oraz współczynnika Poissona.

Punkty na wykresie od dołu:

R_h umowna granica proporcjonalności

R_sp umowna granica sprężystości

R_el dolna granica plastyczności

R_eh. górna granica plastyczności

R_m wytrzymałość na rozciąganie

R_u naprężenie przy zerwaniu

1. Obróbka ubytkowa, definicja, przykłady

Obróbka ubytkowa - rodzaj obróbki materiałów metalowych i innych polegający na nadawaniu określonych cech (kształtu, wymiarów, chropowatości) poprzez usuwaniu nadmiaru materiału, czyli naddatku 

Obróbka skrawaniem, obr. Wiórowa, obr ścierna, obr erozyjna

1. Nowoczesne technologie wytwarzania, przykłady, charakterystyka wybranej technologii

Rapid Prototyping, Water-Jet, HSM, Cięcie laserem/plazmą

1. Techniki łączenia stosowane w budowie maszyn i rodzaje połączeń

Połączenia nierozłączne

- połączenia spawane

- połączenia lutowane

- połączenia zgrzewane

- połączenia klejowe

- połączenia wciskowe

- połączenia nitowe

Połączenia rozłączne

- gwintowe

- kołkowe

- sworzniowe - klinowe jest to połączenia rozłączne spoczynkowe. Elementem łączącym jest klin.

- wpustowe

- wielowypustowe

- sprężyste

- rurowe

1. Proces produkcyjny i technologiczny

Procesem produkcyjnym nazywamy sumę wszystkich działań wykonywanych w celu wytworzenia w danym zakładzie gotowego wyrobu z materiałów, półfabrykatów, części lub zespołów. Proces produkcyjny obejmuje proces technologiczny oraz działania pomocnicze, jak transport, magazynowanie, transport międzyoperacyjny, kontrolę, konserwację.

Proces technologiczny jest to główna część procesu produkcyjnego, w której następuje obróbka części oraz montaż części w zespoły i wyrób.

1. Zjawiska zmęczeniowe konstrukcji

Zmęczenie materiału - zjawisko pękania materiału pod wpływem cyklicznie zmieniających się naprężeń.

Obciążenia zmęczeniowe – są obciążeniami zmiennymi w czasie, typowymi obciążeniami dla różnorodnych części i podzespołów maszyn. Odpowiadające im naprężenia nazywane są naprężeniami zmiennymi lub naprężeniami zmęczeniowymi.

1. Stal, definicja, kryteria klasyfikacji

Stal –stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami. Maksymalna zawartość węgla nie przekracza 2,11% Obrobiony plastycznie i cieplnie.

Klasyfikacja:

według składu chemicznego:

• Stal niestopowa

• Stal nierdzewna

• inne stale stopowe.

Stale stopowe dzieli się na:

• niskostopowe

• średniostopowa

• wysokostopowe

Według stopnia odtlenienia:

• Stal nieuspokojona-

• Stal połuspokojna-

• Stal uspokojona

Według jakości:

• Jakościowe:

• Specjalne:

Według zastosowań:

• Konstrukcyjna

• Narzędziowa

• szczególnych własnościach

Klasyfikacja według struktury

podeutektoidalne — ferrytyczne lub ferrytyczno-perlityczne,

eutektoidalne — perlityczne,

nadeutektoidalne — o strukturze złożonej z perlitu i węglików,

ledeburytyczne — o strukturze złożonej z perlitu i ledeburytytu.

1. Materiały kompozytowe, definicja, przykłady

Materiał kompozytowy – kombinacja dwóch lub więcej materiałów (elementy wzmacniające, wypełniacze i lepiszcze stanowiące osnowę) różniących się rodzajem lub składem chemicznym w skali makroskopowej. Są sztucznie wytworzone dla uzyskania własności, które nie mogą być uzyskane oddzielnie przez żaden z występujących składników. Stosowana z powodów wł. Mechanicznych, elektrycznych, cieplnych, trybologicznych. Materiał kompozytowy zawiera najczęściej włókna lub cząsteczki faz.

Przykłady: Al-Al2O3, beton, żelbeton

Zastosowanie: przemysł lotniczy, kosmiczny, motoryzacyjny, sprzęt sportowy, jachty itp.

Klasyfikacja według osnowy:

• Osnowa metalowa - kompozytów stanowi żelazo i jego stopy, stopy niklu, metale i stopy nieżelazne,

• Osnowa ceramiczna - Do osnowy ceramicznej w materiałach kompozytowych możemy zaliczyć ceramikę techniczną – głównie Al2O3 i azotek krzemu Si3N4, szkła i tworzywa szklano ceramiczne.

• Osnowa polimerowa - Na osnowę kompozytów polimerowych stosuję się: żywice termoutwardzalne, żywice chemoutwardzalne, tworzywa termoplastyczne

Klasyfikacja według składników wzmacniających: wzmacniane cząstkami, włóknami, tkaniny, warstwowe

1. Obróbka cieplna, definicja, klasyfikacja

Obróbka cieplna jest dziedziną technologii obejmującą zespół zabiegów wywołujących polepszenie własności mechanicznych i fizyko-chemicznych metali i stopów, powodowane zmianami struktury w stanie stałym w wyniku zmian temperatury, czasu oraz działania ośrodka.

Klasyfikacja obróbki cieplnej:

• Wyżarzanie:

• Wyżarzanie z przemianą alotropową

• Ujednorodniające

• Normalizujące

• Zupełne

• Zmiękczające

• izotermiczne

• Wyżarzanie bez przemiany alotropowej

• Rekrystalizujące

• Odprężające

• Stabilizujące

• Hartowanie i odpuszczanie

• Hartowanie

• Martenzytyczne

• Bainityczne

• Objętościowe

• Powierzchniowe

• Odpuszczanie

• Przesycanie i starzenie

Zabiegi obróbki cieplnej:

• Nagrzewanie jest ciągłym lub stopniowym podwyższaniem temp. Elementu obrabianego cieplnie

• Wygrzewanie polega na wytrzymaniu elementu obrabianego cieplnie w docelowej lub pośredniej temp.

• Chłodzenie to ciągłe lub stopniowe obniżanie temp. elementu.

1. Metody pomiaru twardości

Metody statyczne:

-Metoda Brinella

-Metoda Rockwella

-Metoda Vickersa

-Metoda Knoopa

-Metoda Chruszczowa-Bierkowicza

-Metoda Grodzińskiego

a) Rockwella – pomiar głębokości h, dwustopniowy docisk, stalowa kulka 1/16” HRB, stożek diamentowy 1200 HRC, HR= k –h/ 0,002

b) Brinella – kulka hartowana z węglików spiekanych d = 10, 5, 2.5, 1; pomiar średnicy wgłębienia po odciążeniu HBW = F/Acz

c) Vickersa – czworoboczny ostrosłup diamentowy 1360, pomiar pola bocznego odcisku, HV = F/Ab d) (młotek Poldi, twardościomierz Shorea)

Metody dynamiczne:

-Metoda Shore'a

-Metoda Poldi

Pomiar twardości sposobem Brinella- Polega na wciskaniu w materiał kulki stalowej

Vickers - polega na wgnieceniu w powierzchnię badanego materiału czworobocznego foremnego ostrosłupa diamentowego o kącie wierzchołkowym 136˚

1. Przemiany fazowe podczas chłodzenia stali

Przemiana perytektyczna – odwracalna przemiana fazowa, w wyniku której przy chłodzeniu z cieczy i fazy stałej o składzie perytektycznym wydziela się nowa faza stała (perytektyka). Powstaje austenit. (ciecz+ferryt .=austenit) temp.1495°C

• Przemiana eutektyczna – odwracalna przemiana fazowa, w wyniku której przy chłodzeniu ciecz o koncentracji węgla w punkcie 4,3% krzepnie jako mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu pierwotnego.

(austenit+cementyt=ledeburyt) 1148°C

• Przemiana eutektoidalna – podczas tej przemiany z austenitu powstaje mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu zwana perlitem. ferryt .+cementyt= perlit) 723°C

przypominająca budową mieszaninę eutektyczną, ale powstała w stanie stałym.

W czasie chłodzenia austenitu, w zależności od szybkości chłodzenia i temperatury przechłodzenia, mogą zachodzić przemiany:

• martenzytyczna,

• bainityczna,

• perlityczna.

Przemiana martenzytyczna (nazywana przemianą bezdyfuzyjną) zachodzi w stalach przy dużym przechłodzeniu austenitu poniżej temperatury Ms prędkością równą lub większą od prędkości krytycznej.

Przemiana bainityczna: łączy w sobie cechy przemiany bezdyfuzjnej i dyfuzyjnego przemieszczania węgla. Zachodzi przy przechłodzeniu stali do temp w zakresie ok. 450-200C. W wyniku przemiany powstaje bainit.

Przemiana perlityczna – przemiana fazowa (termiczna) austenitu w perlit zachodząca w wyniku powolnego chłodzenia stali (poniżej temperatury 727 °C) nagrzanej do temperatury austenitu.

1. Obróbka cieplno-chemiczna, klasyfikacja, charakterystyka wybranego procesu

Obróbka cieplno-chemiczna jest dziedziną obróbki cieplnej obejmującą zespół operacji i zabiegów umożliwiających zmianę składu chemicznego i struktury warstwy powierzchniowej stopu w wyniku zmian temperatury i chemicznego oddziaływania ośrodka.

-azotowanie

-węgloazotowanie

-borowanie

-siarkowanie

-krzemowanie

-utlenianie

-tlenoazotowanie

-siarkoazotowanie

-chromowanie

Nawęglanie-proces obróbki cieplno-chemicznej mający za zadanie dyfuzyjne nasycenie warstwy wierzchniej elementów poddawanych obróbce węglem atomowym. Temp. procesu 880-, grubość warstwy nawęglonej 0,5 – , stężenie węgla 0,7 – 1%.

Do nawęglania stosuje się stale niestopowe i stopowe o zawartości węgla od 0,1 do max 0,25%.

1. Korozja, typy korozji, scharakteryzować jeden wybrany typ

Korozja jest to oddziaływanie fizykochemiczne między metalem i środowiskiem. Wynikiem tego oddziaływania są zmiany we własnościach metalu (np. stali nierdzewnej), które mogą prowadzić do znacznego pogorszenia funkcji metalu, środowiska lub układu technicznego, którego są elementami. Najczęściej zjawiska korozyjne klasyfikuje się według mechanizmów, typów zniszczeń korozyjnych, środowiska i występowania w danej gałęzi przemysłu.

-Korozja bimetaliczna

-lokalna

-naprężeniowa

-równomierna

-szczelinowa

-wżerowa

-erozyjna

-międzykrystaliczna- zachodzi, gdy roztwór atakuje granice ziaren bez naruszenia ich wnętrza. Jest to inaczej selektywne rozpuszczanie granic ziaren lub przylegających obszarów na skutek procesu korozyjnego. Zależy ona od składu chemicznego i obróbki cieplnej. Korozja ta postępuje od powierzchni w głąb metalu.

1. Pierwiastki stopowe w stalach, ich znaczenie, wpływ wybranego pierwiastka na własność stali

Stal stopowa – stal, w której oprócz węgla występują inne dodatki stopowe

Dodatki stopowe dodaje się by: podnieść hartowność stali, uzyskać większą wytrzymałość stali, zmienić pewne właściwości fizyczne i chemiczne stali. Do najczęściej stosowanych dodatków w stalach zalicza się:

Mangan działa korzystnie, tworząc siarczek MnS o wyższej temperaturze topnienia od siarczku żelaza. Powoduje jednak niekorzystny rozrost ziarn w czasie obróbki cieplnej i plastycznej na gorąco. Krzem powoduje korzystne obniżenie stężenia gazów w stali lanej i przeciwdziała segregacji fosforu i siarki. Fosfor i siarka stanowią zanieczyszczenia niekorzystne. Stale zawierające fosfor charakteryzują się podwyższoną temperaturą przejścia w stan kruchości, skłonnością do kruchości na niebiesko, gruboziarnistości i segregacji. Siarka tworzy siarczki MnS o temperaturze topnienia 1620°C i FeS, ciekłe już w 1000°C, co powoduje kruchość stali na gorąco, zwłaszcza podczas obróbki plastycznej. Siarka o dużej skłonności do segregacji pogarsza spawalność i wytrzymałość stali na zmęczenie. Wodór działa zdecydowanie szkodliwie, powodując powstawanie płatków śnieżnych, odwęglenia, pęcherzy gazowych oraz segregacji fosforu. Azot powoduje zmniejszenie plastyczności i kruchości na niebiesko, a także zwiększenie skłonności stali do starzenia, szczególnie po zgniocie. Tlen powoduje zmniejszenie własności wytrzymałościowych oraz plastycznych stali. Z tego względu jest b. istotne odtlenianie kąpieli stalowej. nikiel (obniża temperaturę przemiany austenitycznej oraz prędkość hartowania. W praktyce ułatwia to proces hartowania i zwiększa głębokość hartowania.

-chrom (powoduje rozdrobnienie ziarna. Podwyższa hartowność stali. Zwiększa jej wytrzymałość.

1. Definicja i klasyfikacja biomateriałów

Biomateriały są to substancje różne od leków lub kombinacji substancji syntetycznych naturalnych, które mogą być użyte jako część lub całość systemu, zastępującego tkanki lub organ albo pełniącego jego funkcje.

Grupy biomateriałów:

metalowe, ceramiczne, węglowe, polimerowe, kompozytowe

1. Definicja i klasyfikacja nanomateriałów

Nanomateriały – Nanomateriał obejmuje naukę i inżynierię, dotyczace wytwarzania materiałów, struktur funkcjonalnych i urządzeń, uporządkowanych w skali nanometrycznej czyli 10^-9m.

Nanomateriały można podzielić na następujące trzy grupy:

• Nanomateriały zerowo-wymiarowe (nanomateriały punktowe) zbudowane z osnowy, w której rozmieszczone są cząstki o wymiarach nanometrów;

• nanomateriały jedno- bądź dwuwymiarowe, np. warstwy o grubości nanometrów typu jednofazowego lub wielofazowego;

• nanomateriały trójwymiarowe (lub nanokrystaliczne), tj. złożone z krystalicznych domen i klasterów faz o wymiarach rzędu nanometrów.

1. Odlewnicze stopy żelaza, klasyfikacja, charakterystyka wybranej grupy

1. Staliwa niestopowe(weglowe):

-na podstawie własności mechanicznych,

-na podstawie własności mechanicznych oraz składu chemicznego.

2. Staliwo stopowe

konstrukcyjne,

odporne na ścieranie,

odporne na korozję,

żaroodporne i żarowytrzymałe

narzędziowe

3. Żeliwa niestopowe

- szare, w których węgiel występuje w postaci grafitu,

- białe, w których węgiel jest związany w cementycie,

- połowiczne (pstre), w których występuje zarówno cementyt, jak i grafit.

4. Żeliwa stopowe

-odporne na korozje

-kwasoodporne

-zaroodporne

-nisko stopowe

-srednio stopowe

-wysoko stopowe

Do żeliw stopowych są wprowadzane najczęściej dodatki pierwiastków tj. Ni, Cr, Si, Al., Cu, Mo, V, Ti i W – celem polepszenia ich własności użytkowych, a w szczególności:

• zwiększenia własności mechanicznych

• zwiększenia odporności na ścieranie

• polepszenia odporności korozyjnej

• polepszenia odporności na działanie wysokich temperatur

• polepszenie własności fizycznych np. magnetycznych lub elektrycznych.

1. Stopy metali nieżelaznych, klasyfikacja, porównanie ze stopami żelaza

• metale lekkie (Al, Mg, Ti) i ich stopy,

• metale ciężkie (Cu, Zn, Nr, Sn, Pb, Cd),

• metale i stopy o mniejszym zastosowaniu (Co, Zr, Mo, W, Cr, Mn, Ag, Au, Pt).

• Główne zalety stopów metali nieżelaznych:

  • odporność wielu z nich na korozję

· elastyczny wygląd

· dobra obrabialność

· dobra plastyczność

· dobre własności odlewniczne (wielu

z nich)

Zalety stopów żelaza:

· dobre właściwości mechaniczne,

· dobra obrabialność (z wielu z nich)

· dobra spawalność i skrawalność.

· niska cena (wielu znich)

· dobre własności odlewniczne (wielu z nich)

Wady stopów żelaza:

· większy skurcz,

· wyższa temperatura topnienia .

1. Metody kształtowania własności metali i stopów

Do określania własności mechanicznych materiałów inżynierskich najczęściej stosuje

się:

statyczną próbę rozciągania

Statyczne metody pomiaru twardości

- Brinella,

- Rockwella,

- Vickersa,

- Grodzińskiego,

- Knoopa,

- Chruszczowa-Bierkowicza.

próby udarnościowe

Próba odporności na pekanie

Próby zmęczeniowe

Próby pełzania

zmiana składu chemicznego, dodatków stopowych, rodzaj i parametry obróbki cieplnej czyli hartowanie, odpuszczanie, wyżarzanie, utwardzanie wydzieleniowe

obróbka plastyczna, obróbka cieplno-chemiczna

1. Technologie inżynierii powierzchni, cele stosowania IP

Celem stosowania inżynierii powierzchni jest :

- konstruowanie, wytwarzanie oraz badanie warstw powierzchniowych o własnościach innych (lepszych) niż rdzeń. Dąży się do poprawy odpornosci na:

• korozję,

• ścieranie,

• zmęczenie

a także w celach dekoracyjnych.

Technologię wytwarzania warstw powierzchniowych można podzielić na:

• ubytkowe - realizowane poprzez zmniejszenie wymiarów przedmiotu,

• bezubytkowe - bez zmniejszenia wymiarów,

• przyrostowe - realizowane poprzez zwiększenie wymiarów przedmiotu.

Warstwy powierzchniowe dzieli się na:

• warstwy wierzchnie.

• powłoki.

1. Metody badań strukturalnych materiałów, wymienić, charakterystyka wybranej metody

Metody spektroskopowe

- Metody dyfrakcyjne

-rentgenowska

-neutronowa

-elektronowa

- Metody mikroskopowe

-skaningowa mikroskopia tunelowa

-mikroskopia sil atomowych

Metoda rentgenowska :

Metoda badań metoda rentgenowska, wykorzystująca zjawisko dyfrakcji, czyli ugięcia promieni rentgenowskich na sieci krystalicznej ciała stałego.

Możliwości: określenie typu struktury, defektów struktury, pomiar stałych sieciowych, wyznaczanie naprężeń własnych w materiale, wielkości ziarna, orientacji krystalograficznej monokryształów,

1. Moment siły, definicja, przykłady działania momentu siły

Moment siły to iloczyn wektorowy promienia wodzącego r ( o początku w punkcie O i końcu w punkcie przyłożenia siły) oraz siły F. M=F*R

1. Wielkości skalarne i wektorowe, wyjaśnić różnice, przykłady

Wielkości fizyczne dzielimy na wielkości kierunkowe (wektorowe) i wielkości bezkierunkowe (skalarne).

Podczas opisywania wielkości wektorowych powinna być podawana ich bezwzględna wartość liczbowa, zwana też modułem, kierunek, zwrot i punkt przyłożenia

Np.Do wielkości wektorowych należą siła, pęd, moment pędu, prędkość.

Skalarami są wielkości, których opis ogranicza się do podania wartości liczbowej.

Np.Do skalarów zaliczamy np. czas, temperaturę, pracę, energię, ładunek elektryczny itp.

1. Definicja i rodzaje ruchu

Ruch w fizyce –zmiana położenia ciała odbywająca sięw czasie względemokreślonego układu odniesienia.

Ruch punktu:

- ruch prostoliniowy, czyli poruszanie się po linii prostej

- ruch krzywoliniowy, czyli poruszanie się po linii krzywej

Ruch brył sztywnej

- ruch postępowy

- ruch obrotowy

- ruch płaski

- ruch kulisty

-ruch ogólny

Podział ze względu na wartości prędkości ( przyśpieszenie styczne)

- ruch jednostajny

- ruch jednostajnie zmienny

- ruch jednostajnie przyśpieszony

- ruch jednostajnie opóźniony

- ruch niejednostajnie zmienny

1. Siła bezwładności i zasada d`Alemberta

Siła bezwładności  – siła pojawiająca się w nieinercjalnym układzie odniesienia, będąca wynikiem przyspieszenia tego układu. Siła bezwładności nie jest oddziaływaniem z innymi ciałami, jak to ma miejsce przykładowo w sile klasycznie rozumianej grawitacji.

W ruchu punktu materialnego układ sił zewnętrznych równoważy się z siła bezwładności; siła bezwładności równa jest iloczynowi masy punktu materialnego i przyspieszenia ruchu punktu.

1. Definicja ciała sztywnego

Ciało sztywne ( bądź bryła) - jest to układ punktów materialnych niezmiennie ze sobą związanych. W ciele sztywnym odległości poszczególnych punktów od siebie pozostają w czasie ruchu nie zmienione. Również dowolny siły przyłożone do takiego ciała nie zmieniają odległości pomiędzy jego poszczególnymi punktami.

1. Praca, moc – definicja

Moc mechaniczna - jest to stosunek pracy elementarnej do czasu, w którym została ona (praca) wykonana. Określa ona pracę wykonaną w jednostce czasu.

Jednostką mocy jest wat. moc= praca/czas; wat= dżul/ sekundę

Praca- miara ilości przekazywanej między układami fizycznymi w procesach mechanicznych, elektrycznych i termodynamicznych

1. Charakterystyki wytrzymałościowe przekrojów belek na zginanie i skręcanie

Skręcanie- powodują dwie pary sił, działające w dwu różnych płaszczyznach prostopadłych do osi pręta, momenty tych par sił to momenty skręcające

Zginanie- siłą tnąca w dowolnym przekroju belki zginanej nazywamy algebraiczną sumę rzutów wszystkich sił zewnętrznych i reakcji podporowych na kierunek prostopadły do osi belki po 1 stronie rozpatrywanego przekrou

1. Zasada pędu i krętu

Pęd- to wektor o module m razy większym od modułu wektora prędkości, mający kierunek i zwrot wektora prędkości

Kręt- krętem nazywamy wektor równy iloczynowi wektorowemu promienia wektora i wektora pędu poruszającego siępunktu. Kręt jest to moment pędu

1. Anizotropia własności mechanicznych

Anizotropia - cecha charakterystyczna niektórych ciał, głównie krystalicznych, polegająca na tym, że wykazują one różne właściwości w zależności od kierunku, w którym się je bada. Panuje na ogół przekonanie, że materiały anizotropowe są niepożadane. Należy jednak podkreślić, że trzeba raczej dążyć do umiejętnego wykorzystania anizotropowych właściwości materiałów, a nie do ich eliminacji. Na przykład procesy kształtowania powinny być tak projektowane, aby największe obciążenie wyrobów podczas eksploatacji pokrywało się z kierunkiem największej wytrzymałości materiału, bądź kierunek największej plastyczności materiału pokrywał się z kierunkiem największych odkształceń w danym procesie.

1. Różnice pomiędzy sztywnością konstrukcji i sprężystością materiału

2. Mechanizmy odkształcenia plastycznego w metalach

Mechanizmami jest poślizg dyslokacyjny oraz bliźniakowanie.

poślizg - polega na wzajemnym przemieszczaniu się jednej części kryształu względem drugiej w płaszczyznach poślizgu w wyniku ruchu dyslokacji w kierunku poślizgu. Budowa krystaliczna obu części kryształu pozostaje niezmieniona.

Bliźniakowanie- – polega na jednorodnym ścinaniu o wektor bliźniakowania kolejnych warstw atomów w płaszczyznach bliźniakowania. Zbliźniaczona część kryształu ulega skręceniu względem części nieodkształconej w taki sposób, że ich struktury krystaliczne są symetryczne osiowo względem płaszczyzny bliźniakowania (stanowią odbicie lustrzane).

1. Zasady dynamiki Newtona, charakterystyka wybranej zasady

I zasada dynamiki

punkt materialny, na który nie działają żadne siły lub siły wzajemnie sie równoważą, pozostają względem układu odniesienia w spoczynku lub porusza sie względem niego ruchem jednostajnym prostoliniowym

II zasada dynamiki

w układzie inercjalnym przyspieszenie punktu materialnego jest proporcjonalne do siły działającej na dany punkt i ma kierunek oraz zwrot działania siły.

III zasada dynamiki

Jeżeli ciało A działa na ciało B pewną siła, to ciało B działa na ciało A siłą równą co do wartości, o takim samym kierunku, lecz przeciwnym zwrocie.

1. Istota badań statyki, kinematyki oraz dynamiki

statyka- zajmuje się badaniem warunków pozostawania ciał w spoczynku. To analiza zachowań materii, na jaką działają siły; przy czym siły te równoważą się.

kinematyka - zajmuje się badaniem ruchu bez uwzględnienia przyczyn, które ten ruch wywołują. przedmiotem badań są np; droga, prędkość, przespieszenie

dynamika - badanie ruchu z uwzględnieniem przyczyn, jakie wywołują ruch, a więc sił.

Bada zależności między takimi wielkościami jak prędkość, przyśpieszenie, pęd, energia

1. Tarcie, rodzaje tarcia występujące w wyniku ruchu ciał

Tarcie- siły przeciwdziałające ruchowi stykających się ciał. Wartość zależna od trących powierzchni i rodzaju tarcia

Rodzaje: statyczne, kinetyczne, ślizgowe, toczne

1. Energia, zasada zachowania energii i jej rodzaje

W układzie izolowanym suma wszystkich rodzajów energii układu jest stała (nie zmienia się w czasie). W konsekwencji, energia w układzie izolowanym nie może być ani utworzona, ani zniszczona, może jedynie zmienić się forma energii

Energia  – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca stan układu fizycznego (materii) jako jego zdolność do wykonania pracy

Energia występuje w różnych postaciach np: energia kinetyczna, energia sprężystości, energia cieplna, energia jądrowa..