Aluminium: topi się w 660st, Lekki i niewytrzymały, Plastyczny, Dobrze odporny na korozje
Czyste aluminium uzyskujemy z rafinacji i procesu hutniczego.
Zanieczyszczenia aluminium Fe, Si Cu Sn
Właściwości- dobrze przewodzi prąd ciepło wykazuję dużą rozszerzalność cieplną
Stopy aluminium:
Przerabiane plastycznie- konstrukcje, lekkie
Odlewnicze- na odlewy różnych podzespołów
Najstarsze stopy aluminium:
Bez cynkowe ,zawierające cynk
Skład durali bez cynkowych: 2,2-57% Cu 2%Mg, 1%Mn
Skład durali cynkowych: 2% Cu, 3%Mg, 1%Mn 4-8% Zn
Nazwy durali bez cynkowych:
BA6,BA7- stosowane na silnie obciążone elementu maszyn i konstrukcji bydowlanych
Nazwy durali cynkowych:
BA9- na silnie obciążone części maszyn pojazdów itp. Najbardziej wytrzymałe, ale mało
plastyczne. Mają gorszą odporność na korozję obciążeniową.
Stopy AlMgSi- PA10 na średnio obciążone elementy konstrukcji BA45,BA38 spawalne,
stosuje się przede wszystkim w budownictwie. BA38-na powłoki dekoracyjne
OBRÓBKA CIEPLNA:
Składa się z 2 procesów:
Przesycanie-nagrzewanie do odpowiedniej temperatury wygrzewanie w niej przez
odpowiedni czas i szybkie ochłodzenie, zwykle w wyniku tego uzyskujemy
przesycony roztwór stały trwały przez pewien czas w temp otoczenia.
Temp przesycania BA7-500st a BA6 505st. Po przesycaniu uzyskujemy stop plastyczny o
niskiej wytrzymałości
i
-50(starzenie nie zachodzi)
+20st C prawie 50%zwiększona wytrzymałość tego stopu
Starzenie- zwykle zachodzi w temp otoczenia 20st-starzenie naturalne. Starzenie sztuczne-
podważana temp do 50-100 st w wyniku starzenia przesycanie cząstkami dyspersyjnymi
które podwyższają wytrzymałość a zmniejszają plastyczność stopów. Po starzeniu
podgrzany stop aluminium do temp 250 st i w krótkim wytrzymaniu nw tej temp traci
swoje właściwości wytrzymałościowe -nawrót.
Stopy aluminium odlewniczego:
-2-składnikowe AlSi, AlCu, AlMg
-3-składnikowe AlSiCu, AlSiMg
-4-składnikowe AlCuNi, AlSiCuMg
Siluminy-np. Si, Ti, mają dobre właściwości odlewnicze, mały skurcz, dobrą odporność na
korozje. Stosowane są do produkcji np. tłoków silnikowych. Wykorzystuje się obróbkę
cieplną, która powoduje umocnienie tego materiału.
Tlenek miedzi-dobra lejność, plastyczność, niska wytrzymałość. Podlegają obróbce
cieplnej w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej.
AlMg-dobra odporność na korozję i podlega obróbce cieplnej(przesycanie,…..)
AlLi-lekkie stopy z dodatkiem litu(lekki stop), cechuje się wyższą wytrzymałością i
sztywnością, niże inne stopy. Dodatek litu ok. 2% przesycenie 580oC, wytrzymanie w tej
temperaturze, powolne chłodzenie. Starzenie w temp. 130 oC przez 2 doby. Po przesyceniu
można stosować obróbkę plastyczną na zimno-zwiększa się ich wytrzymałość. Wada :są
wrażliwe na naprężenie zamienne(np. drgania-przez to pękają).
Mg-pierwiastek bardzo lekki, ale o mniejszej wytrzymałości g=1,72g/cm3 temp. topnienia
670oC(niska, jak aluminium); jest bardzo aktywny chemicznie; bardzo łatwo łączy się z
tlenem-powstaje powłoka MgO o kolorze brunatnym. Nie jest odporny na korozję. W
temperaturze topnienia zapala się i pali się oślepiającym płomieniem, jak się zapali to nie
ma możliwości jego ugaszenia, trzeba uważać przy obróbce????????, bo może się zapalić
nie polewać wodą, bo może nastąpić wybuch; stopy Mg-mała wytrzymałość, dodajemy:
Al., Mn, Zn, Zr, Li itp.
Al.-polepsza lejność i skurcz stopów Mg
Mn-zwiększa odporność na korozję
Zn-podwyższa wytrzymałość i kruchość tych stopów
Li-zmniejsza masę i polepsza wytrzymałość. Dodajemy ok. 10% MgLi-można przerabiać na
zimno lekkie, dobra wytrzymałość, odporne na uderzenia mikrometeorytów(w przemyśle
kosmicznym)
Tytan- lekki, dobra wytrzymałość na rozciąganie w temp. otoczenia i podwyższonej temp,
wysoka odporność na korozje.
Stopy tytanu:
-dodatki to wodór C,N wpływają na wzrost wytrzymałości ale jednocześnie pogarszają
plastyczność i w związku z tym uważa się je za dodatki niepotrzebne
-dodatki to Al.,V,Cr,Mo- chrom Ta i inne – polepszają wytrzymałość tytanu.
Stopy tytanu dzielimy na :
Jednofazowe (typu Alfa)- powszechnie stosowany tani, ale ma wade- pogarsza się jego
zdolność do odkształceń plastycznych na zimno. W Polsce nie otrzymuje się.
Dwufazowe(Alfa+Beta) dodajemy Mn , V dzielimy na 2 grupy : dwuskładnikowe TiMu
dwuskładnikowy zawierający pierwiastki stabilizacyjne. Stopy nie są produkowane w Polsce
lecz w Rosji o dobrej wytrzymałości i plastyczności na gorąco i o dobrej spawalności. Na
chłodziarki, wymienniki ciepła itp.
Jednofazowe(Beta) V,Mo,Mb- stabilizują fazę beta. Stopy te cechuje bdb wytrzymałość
zwłaszcza po obróbce cieplnej TiCVArCl- w stanie wyżarzonym wykazuje RM=930MPa jest
lekki i wytrzymały. Po walcowaniu na zimno i stażeniu RM 1750 MPA. Połowę lżejszy od
stali, wytrzymały jak stal.
STOPY METALI SZLACHETNYCH: Au,Ag, Pt: bardzo odporne na korozję jedynie srebro
pokrywa się powłoką tlenkową
Ag-odporne na działanie silnych zasad- do posrebrzania wyrobów chemicznych urz. Elektry.
Au- nie rozpuszcza się w wodzie królewskiej
Pr –rozpuszcza się w wodzie królewskiej na gorąco
Złoto=miedz i srebro
MIEDZ i jej stopy- równie szeroko stosowana jak aluminium:
Dobrze przewodzi ciepło, duża plastyczność, odporność na korozję . Na powietrzu pokrywa
się tlenkiem – patyną która chroni przed korozją. Miedz podgrzewana na powietrzu ulega
chorobie wodorowej w wyniku tego wyroby pękają . Stosowane dla celów elektrotechni.
o dużej czystości stosuje się miedz rafinowaną elektrolitycznie.
Rodzaje stopów:
Mosiądz- stop miedzi z cynkiem CuZu(kruche) Najbardziej rozpowszechnione. Dodajemy
nawet 45% Zu. Przerabiane plastycznie(CuZu5, CuZu10, CuZu15) stosowane na wyroby
jubilerskie.
Brąz- główny składnik cyna0 CuSu(bardziej plastyczne)
Dodatki Mn, Fe Al.- podwyższanie właściwości miedzianych. Im mniej cynku tym mniej plastyczny.
Brązy odlewne(więcej cyny)
a)Maszynowe- dobre właściwości mechaniczne np. CUSN10 na niektóre elem. Maszyn.
b)Armaturowe- parowa wodna armatura, mniejsza wytrzymałość CUSN5,ZN5 PB5,
c)Łożyskowe- łożyska ślizgowe, CUSN10 PB10 lub CUSN5 PB20
Brąz aluminiowy –tańszy i ma lepsze właściwości wytrzymałościowe niż brązy cynowe
szczególnie wniskich temp i cechują się lepszą lekkością ale pogarszają się właściwości
plastyczne i udarność.
Odlewne brązy aluminiowe -mają pewien skurcz CuAl9Fe3 odporne na obciążenia
statyczne, korozje i ścieranie, na podwyższone temp. Elementy do silników.
Brązy krzemowe- tańsze od cynowych mają większą odporność na korozję, stosowane do
przeróbki plastycznej i odlewniczej Np.: CuSi3Mn1(ederdur) odporny na zmęczenie
stosowany w przemyśle spożywczym, papierniczym i przy produkcji materiałów
wybuchowych bo nie iskrzy.CuNi3Si-pracuje w wysokich temp. Odporny na korozje.
Brązy berylowe- ok2%Be dodajemy Ni i Co. CuBe2,CuBe3 mają wysokie Re, są twarde,
odporne na ścieranie i na zmęczenie materiału(sprężyny membrany, narzędzia nie iskrzące)
Miedzionikle- CuNi- o dużej zawartości niklu (CuNi19 Nikielina) wyroby ozdobne,
platerowanie), Ni40-45% Konstantan-stop do pieców elektrycznych.
Ceramiki i szkła- materiały bezpostaciowe, duża odporność na działanie środowiska w
elektronice stosowany . Materiały ceramiczne mają wiązania kowalencyjne i jonowe, są
twarde i kruche. Wysoka temp. Topnienia. Duża odporność na ścieranie, mała na
rozciąganie. Wyróżniamy ceramiki i szkła i tworzywa szklano ceramiczne, bezpostaciowe i
ceramiki krystaliczne. Tworzywa szklano ceramiczne są kształtowane w stanie szklistym i w
celu polepszenia ich właściwości poddaje się je obróbce i wtedy mają strukturę krystaliczną,
pod wpływem czasu bez działania naprężeń cyklicznych może pojawić się zmęczenie
statyczne –samoczynnie pękają po długim czasie, główny składnik to glina, krzemionka i
skaleń. Często pękają przy obciążeniach mechanicznych.
NOWOCZENE MATERIAŁY CERAMICZNE(węgliki, azotki, borki, tlenki)
Duża odporność na scieranie i korozje, duże właściwości mechaniczne w wysokiej temp.
Odporne na działanie chemiczne.
Al2O3(korund)-tlenek aluminium- iziolatory w świecach zapłonowych, izolacja w obwodach
scalonych, implanty ortopedyczne, materiał ścierny.
Aln(azotek aluminium)- twardszy od tlenków, dobry izolator elektryczny i przewodnik ciepła,
B4C(węgliki boru)- bardzo twardy i lekki , stosowany na elementy o dużej odporności na
ścieranie, złe właściwości mechaniczne w wysokich temp.
SiC(węglik krzemu)- karborunt- wysoka odporność na utlenianie, nawet w wysokich temp,
na elementy pieców grzewczych , pokrycia na elementach metalowych, materiał ścierny.
Si3N4(azotek krzemu)- odporny na ścieranie, dobre właściwości mechaniczne, ale mniejszy
niż SiC na elementy gorącej części silnika.
Si3Al3O3N5(Sialon)-tworzywo składające się z kryształków sialonów w osnowie szklistej,
główny składnik tlenek istru(Y2O3), bardzo lekki o małym współczynniku rozszerzalności
cieplnej, dużej wytrzymałości i odporności na korozje, na elementy gorących części silników.
TiB2(borek tytanu)-dobrze przewodzi prąd elektryczny i cieplny, odporny na pękanie, w
produkcji uzbrojenia.
Uo2-(tlenek uranu)- paliwo w reaktorach jądrowych, wyjątkowa stabilność wymiarowa, w
funkcjach temperatury,
Materiały ogniotrwałe- do wytwarzania, oczyszczania i transportu ciekłych metali,
wykładziny pieców do obróbki cieplnej metali dzielimy na :
Kwaśne krzemionkowe SiO2, SzamotoweSiO2 i Al2O3, wysoko glinowe(SiO2+Al2O3)
Zasadowe- magnezytowe(niewielka ilość SiO2+MgO) fosferytowe SiO2+MgO+Fe2O3
Obojętne chromitowe SiO2+Al2O3+MgO+Fe2O3+Cr2O3 , chromitowo magnezytowe
Szkła- ceramiki niekrystaliczne dzielimy na :
a)szkło kwarcowe(krzemionkowe)-niekrystaliczny tlenek krzemu, wytrzymuje w temp. Ok
1000stC wysoka temperatura tygle. Okna pieców.
b)szkło borowo-krzemowe – dobra wytrzymałość w wysokich temp, mała rozszerzalność
cieplna(aparatura laboratoryjna, np. naczynia do gotowania)
c)szkło sodowo-wapniowe – szkło okienne,(75%SiO2+15%Na2O+10%CaO) nie
przepuszcza promieniowania UV.
Glazury-ceramiki nie krystaliczne, pokrycia szklane do uszczelniania wyrobów z ceramik
krystalicznych.
Emalie-różne el. Metalowe np. wanny, by zabezpieczyć przed działaniem organicznym np.
kwasów.
Tworzywa szklano-ceramiczne- tworzą warstwę szkieł i ceramik krystalicznych większa
odporność na skoki termiczne,i mechaniczne zawierają TiO2+P2O5
Własnośći ceramik i szkieł:
Pełzanie-odkształcenie pod wpływem wysokiej temp. W czasie. T3>T2>T1
Tworzywa sztuczne(polimery) główny składnik to polimer i napełniacze, zmiękczacze,
stabilizatory, środki smarujące czy barwiące. Są to duże cząstki składające się z bardzo
wielu małych cząstek, są materiałami organicznymi, kowalencyjnymi. W skład polimera
oprócz węgla wchodzi H,Cl,Fl,S.
Są trzy grupy polimerów: Termoplastyczne, termoutwardzalne, elastomery.
Tworzenie Polimerów- polimeryzacja polega na tworzeniu długich lancuchow, których
atomy są związane mocnymi wiązaniami kowalencyjnymi. Stopień polimeryzacji to liczba
merów w cząsteczce.
Polimeryzacja- proces łączenia związków małocząsteczkowych w makrocząsteczki w
kształcie długich lańcuchow lub sieci przestrzennych.
Polimeryzacja monomerów może zachodzić:
*przez addycje-dodawanie polega na szybkiej reakcji łańcuchowej monomerów.
*kondensacyjną polimeryzację-polikondensacja- polega na indywidualnych reakcjach
między parami monomerów.
RYSUNKI!!!!!!!!!
Struktura polimerów:
Termoplastyczne- ze wzrostem tmp. Miękną i topią się mają strukturę amorficzną
(charakterystyka: liniowa, czasem rozgałęziona budowa makrocząsteczek, nie ma wiązań
sieciujących, a działają jedynie słabe wiązania wtórne
*Polietylen PE- rury ,butelki, węże, kubki.
*Polichlorek winylu- ramy okienne, skaja wykładziny,
*polipropylen PP- sznury , dywany, sprzęt domowy
*polistyren-PS- pojemniki, izolacje, pianki.
*poliuterofluoroetylen PTFE- wysoko temp. O małych współczynnikach tarcia(teflon, łożyska)
*poliamid 6,6- liny sznury, odzież
*polimetakrylan metylu- szkła, soczewki
Termoutwardzalne- amorficzne i kruche, nie można ich odkształcać plastycznie, z
rozgałęzieniami-polietylen, struktura krystaliczna w 50% obj. Reszta amorficzna, bez
rozgałęzień- krystaliczna w 80% obj. Przejście ze struktury sieciowej do usieciowanej jest
przez wiązania przestrzenne. Duroplasty wytwarzane są w 2 etapach: wytwarzanie
cząstek liniowych a nast. Po utworzeniu wyrobu doprowadza się do powstania między
cząsteczkami wiązań sieciujących utwardzanie duroplastów zatem nie przechodzą w stan
ciekły, przy ogrzewaniu rozpadają się na kawałki
.
*Żywica fenelowa- form aldehydowa- wtyczki, gniazda elektryczne.
*Żywica poliestrowa- laminaty i kompozyty
*Żywica mocznikowo-forma aldehydowa- laminaty
*Żywica epoksydowa- kleje laminaty kompozyty z włókien szklanych
Elastomery(gumy)- zbudowane z długich, liniowych pozawijanych, splątanych cząsteczek
między którymi czasem występują wiązania poprzeczne spełniają role pamięci kształtu.
Wulkanizacja- to proces prowadzący do powstania wiązań poprzecznych, wykorzystuje się
do tego siarkę(0,5-5% siarki) niekiedy do 45%siarki.
*Poliizopren-guma naturalna, rękawice lekarskie, ogumienie pojazdów.
*Polibutadien- guma sztuczna, opony
*Polichloroplen- guma odporna na działanie olejów, benzyn, chemikaliów
*Kauczuk butadienowo styrenowy- opony, podeszwy.
Dodatki polimerów- polepszenie własności użytkowych i obniżenie kosztów produkcji
-napełniacze- w celu zwiększenia wytrzymałości polimerów stabilności wymiarowej i
obniżenia kosztów : włóknista celuloza, skrawki tkanin, sadza, mika
-zmiękczacze- plastyfikatory, obniżenie temp zeszklenia, zwiększenie plastyczności
-stabilizatory- zapobiegają rozkładowi polimeru pod wpływem utleniania, promieniowania
nadfioletowego, odporność na wysoką temp. Związki ołowiu, sole mineralne
-Środki smarujące- łatwiejsze formowanie wyrobów, zmniejszanie przyczepności polimeru
do maszyn- parafina
-środki zmniejszające palność- w trakcie zapłonu tworzywa wytwarzają dużo nie palnych
gazów Cl, Br,
-środki barwiące-służą do barwienia.
Tg-temp zeszklenia
Tp- temp topnienia
tg- temp zeszklenia , tt- temp topnienia
KOMPOZYTY- materiał utworzony z co najmniej 2 faz o różnych własnościach, że ma
właściwośći lepsze od możliwych do uzyskania w każdym z komponentów osobno i lepsze
od wynikających z z sumowania tych własności Fazy to :
Faza osnowy- faza ciągła, otacza cząstki fazy umacniającej
Faza umacniająca- włókna szklane, metalowe(kompozyty włókniste), węglowe.
Kompozyty włókniste- najważniejsze gdzie faza wzmacniająca jest w postaci włókien
które powinny być cienkie mocne sztywne i lekkie. Ważne parametry to RM i E i ciężar.
Należy wyróżnić Wiskery cienkie długie nie posiadające wad których Rm rzeczywista jest
zbliżona do teoretycznej są to zwykle monokryształy.
Kompozyty z włóknami ciętymi i ciągłymi- charakterystyczna jest średnica i długość, im
są dłuższe wytrzymałość wzrasta i im mniejsza jest średnica. Objętość włókien nie może
przekroczyć 80% kompozytu. Im większa obj. Włókien tym bardziej wytrzymały jest kompozyt.
Osnowa spełnia funkcje- spaja włókna i przenosi obciążenia na włókna, chroni włókna przed
uszkodzeniami mechanicznymi i oddziaływaniem mechanicznym, oddziela włókna i
zapobiega się rozprzestrzenianiu się pęknięć kruchych we włóknach,
Kompozyty- niszczą się gdy duża liczba sąsiednich włókien pęknie ipowstaje skupisko z
pękniętych włókien o krytycznej wielkości do obciążeń Ważnym czynnikiem przy doborze
osnowy i wlokien jest siła wiązan. Jeśli jest ona niewielka to stosuje się specjalne pokrycia na
włókna np. zwilża się je, istotne jest by współczynniki rozszerzalności cieplnej obu faz były
zbliżone.
Rodzaje kompozytów:
*włókniste
*szklano polimerowe- wykonywane w postaci włókien, szkło E, dobra Rm i odporność na
pękanie, mała sztywność. Mogą pracować do temp 200st (sprzęt sportowy itp.)
*węglowo polimerowe- osnowa to polimer, włókna węglowe o większej sztywności i lepszej
Rm odporne na związki chemiczne, droższe od szklanych(sprzęt sportowy, korpusy kajaków)
Włókna aramidowe(z kewlaru) dobre RM, elementy ochronne, tłumią uderzenia.
*włókniste o osnowie metalowej- osnową Al, Mg, Ti, włóknami C, SiC, węglik borsiku (włókna
boru pokryte SiC) najlepsze RM
*włókna o osnowie ceramicznej- dobra Rm i odporność chemiczna, ale nie odporna na
uderzenia,
Parametry wpływające na własności mechaniczne kompozytów:-
1.kompozyt wzmacniany włóknami ciągłymi obciążonymi równolegle do osi włókien Sigma-
obciążenie. RYS1,
Moduł janga kompozytu Ek z włóknami ciągłymi obciążonymi równolegle do włókien jest
średnia ważona modułów osnowy i włókien
2. okresla sztywność kompozytu
Jak kształtuje się moduł kompozytu w zal od udziału obj. Włókien dla 1 i 2
3. kompozyt agregatowy- węgliki spiekane składa się z twardych cząstek węglików w
metalicznej osnowie a fala umacniająca są węgliki, np. WC w osnowie CO. WC bardzo
twardy odporny na ścieranie, wysoka temp topnienia, duża kruchość, w celu zwiększania
odporności WC produkuje się kompozyt agregatowy, który z proszków WC i metalu
wykonuje się wypraskę w postaci płytki, podgrzewa się do temp topnienia CO i chlodzi.
(ostrze piły, narzędzie tokarskie)
Porównanie wł mechanicznych kompozytów i stopów metali:--- właściwości
mechaniczne kompozytów zależą od kształtu i ułamka objętości fazy umacniającej.
(kadłuby statków i samolotów)
Stosunek Rm do sigma – wytrzymałość masowa kompozytów:-
-żywica poliestrowa wzmacniana włóknami szklanymi 620
-epoksydowa wzmacniana włóknami węglowymi 700
-epoksydowa wzmacniana włóknami kewlar 886
Wytrzymałość masowa stopow metali:
-wysokowytrzymala stal 190
-stop tytanu 280
-stop aluminium 179