41. Co to jest stal węglowa i jakie zawiera pierwiastki?
Stal niestopowa (węglowa) – stal, która nie zawiera specjalnie wprowadzonych pierwiastków, jedynie węgiel i ograniczoną ilość pierwiastków – domieszek i zanieczyszczeń.Na własności stali węglowych najistotniejszy wpływ wywiera węgiel, który decyduje o własnościach mechanicznych. Pozostałe pierwiastki znajdujące się w tych stalach: krzem, mangan, aluminium, fosfor, siarka, tlen, wodór, azot, cyna, antymon, arsen.
42. Podać i wyjaśnić przemiany zachodzące w stopach żelaza z węglem w stanie stałym.
przemiana eutektoidalna A1 – linia PSK austenit S←⎯ → 727 Co perlit P (ferryt + Fe3CII ) co oznacza, że przy chłodzeniu austenit o
składzie punktu S (0,77%C) ulega rozpadowi na mieszaninę eutektoidalną ferrytu o składzie punktu P i cementytu drugorzędowego,
zwana perlitem. Przemiana ta występuje we wszystkich stopach o zawartości węgla wyższej od 0,0218%.
przemiana alotropowa A3 – Feα ↔Feγ zachodząca w czystym żelazie w temperaturze 912°C. W stopach żelaza z węglem oznaczająca
początek wydzielania się ferrytu z austenitu – przy chłodzeniu, lub koniec przemiany ferrytu w austenit – przy nagrzewaniu, zgodnie z
przebiegiem linii GOS.
A4 – Feγ ↔Feα zachodząca w stopach o zawartości węgla poniżej 0,17%.
Acm – początek wydzielania się cementytu wtórnego z austenitu lub koniec rozpuszczania się cementytu wtórnego w austenicie
zgodnie z przebiegiem linii ES.
przemiany magnetyczne Struktury stopów wg układu równowagi żelazo - węgiel 3A0 – przemiana magnetyczna cementytu w
stałej temperaturze 230°C,
A2 – przemiana magnetyczna ferrytu, zachodząca w stałej temperaturze 770°C w stopach zawierających poniżej 0,6% węgla;
przy chłodzeniu pojawiają się właściwości magnetyczne, natomiast przy nagrzewaniu następuje ich utrata. W stopach powyżej 0,65%
węgla przemiana magnetyczna zachodzi równocześnie z przemianą alotropowa.
43. W jakim celu przeprowadza się obróbkę cieplną stali?
Obróbka cieplna stosowana jest w celu polepszenia własności mechanicznych i fizyczno chemicznych metali i stopów, poprzez zmiany struktury w stanie stałym w wyniku zmian temperatury, czasu oraz działania ośrodka.
44. Jakie podstawowe przemiany fazowe są związane z obróbką cieplną stali?
Przemiany przy nagrzewaniu : perlit – austenit, ferryt —austenit
przemiany przy chłodzeniu: perlityczna, bainityczna, martenzytyczna.
45. Jak zmienia się wielkość ziarna w stali przy nagrzewaniu i chłodzeniu?
Przy nagrzewaniu następuje rozrost ziaren.
46. Co to są wykresy CTP i w jaki sposób się je otrzymuje?
Wykres CTP (CTP: czas-temperatura-przemiana) – graficzna prezentacja danych, dotycząca obróbki cieplnej materiałów inżynierskich. Wykresów tych używa się do określania parametrów jakie trzeba zadać w kolejnych etapach obróbki cieplnej (np. szybkość chłodzenia,
temperatura i czas wygrzewania), aby uzyskać pożądaną strukturę (właściwości) obrabianego materiału (np. strukturę metalu). W tym celu
nanosi się na wykres siatkę linii np. chłodzenia ciągłego. Na tej podstawie można ustalić jakie fazy (mieszaniny) i w jakich ilościach będą
występowały po skończeniu zabiegu
47. Jak zmienia się trwałość przechłodzonego austenitu w zależności od przechłodzenia?
Trwałość przechłodzonego austenitu zmienia się w zależności od temperatury. Dla stali eutektoidalnej przy małych przechłodzeniach
trwałość austenitu jest duża, następnie zmniejsza się i minimum występuje w temperaturze ok. 500°C, po czym znowu trwałość
austenitu jest coraz większa aż do temperatury ok. 200°C, poniżej której przechłodzony austenit przechodzi w martenzyt.
48. W jaki sposób można otrzymać stal o strukturze bainitycznej?
Stal o strukturze bainityczne otrzymujemy poprzez Hartowanie bainityczne polega na chłodzeniu stali z szybkością mniejszą od krytycznej lub stosuje się chłodzenie z wytrzymaniem izotermicznym powyżej temperatury Ms, aż do zajścia przemiany bainitycznej[3]. Najsilniej na obniżenie temperatury Bs wpływają pierwiastki:
49. Scharakteryzować przemianę martenzytyczną stali.
Przemiana martenzytyczna jest przemianą bezdyfuzyjną i polega tylko na przebudowie strukturykrystalicznej z regularnej ściennie centrowanej austenitu na regularną przestrzennie centrowanąmartenzytu. Przemiana martenzytyczna w stalach zachodzi tylko w warunkach ciągłego chłodzeniaw zakresie pomiędzy temperaturą Ms (martenzyt start) a temperaturą Mf (martenzyt koniec ). Temperatury Ms i Mf zależą od składu chemicznego austenitu i obniżają się ze wzrostem zawartości węgla oraz większości pierwiastków
stopowych, poza Al i Co. Przemiana martenzytyczna postępuje przez tworzenie się nowych igieł martenzytu nie zaś poprzez
rozrost uprzednio powstałych .
50. Co to jest szybkość krytyczna chłodzenia stali?
Krytyczna szybkość chłodzenia – najmniejsza szybkość chłodzenia stali, przy której jest możliwa przemiana martenzytyczna, czyli bezdyfuzyjna przemiana przesyconego węglem roztworu stałego węgla w γ–Fe (austenit) w martenzyt. W wyniku chłodzenia z szybkością mniejszą od krytycznej powstaje struktura stali, zawierająca sorbit lub bainit. Krytyczna szybkość hartowania stali zależy od zawartości węgla i dodatków stopowych.
51. Jakie przemiany zachodzą w stali podczas odpuszczania martenzytu?
I. W zakresie temperatury 80-200°C następuje przemiana martenzytu tetragonalnego w
martenzyt regularny - zwany też martenzytem odpuszczonym - co związane jest z
wydzielaniem węgla z martenzytu w postaci węglika ε. Węglik ten wykazuje zmienny skład
wahający się w granicach Fe2C-Fe3C. Przemiana w tym zakresie temperatury związana jest ze
skurczem próbki, co można zarejestrować za pomocą badań dylatometrycznych
II. W zakresie temperatury 200 -300°C zachodzi przemiana austenitu szczątkowego w martenzyt
odpuszczony i węglik żelaza, a także zachodzi w dalszym ciągu wydzielanie węglika z
martenzytu. Ponieważ objętość właściwa austenitu jest mniejsza niż martenzytu w tym stadium
przemiany obserwuje się rozszerzanie się próbki
III. W zakresie temperatury 300-400°C następuje zarodkowanie i wzrost wydzieleń cementytu
Fe3C, przy czym węglik εrozpuszcza się, a węgiel dyfunduje do rosnących wydzieleń
cementytu Fe3C. W tym stadium zachodzi również intensywny proces zanikania naprężeń
własnych. W temperaturze ok. 400°C zawartość węgla w ferrycie osiąga już wartość
odpowiadającą stanowi równowagi. W czasie tych przemian obserwuje się skurcz próbki.
IV. Przy dalszym nagrzewaniu stali zahartowanej powyżej 400°C następuje proces koagulacji
wydzieleń cementytu, a wyjściowe igły martenzytu ulegają zdrowieniu.- i rekrystalizacji. Przy
najwyższych temperaturach odpuszczania procesami dominującymi stają się rozrost ziarna i
sferroidyzacja cementytu. Struktura składa się z ferrytu i cementytu drobnoziarnistego i nosi
nazwę sorbitu
52. Jakie główne grupy operacji cieplnych można wyróżnić w obróbce cieplnej stali?
W obróbce cieplnej stali rozróżnia się trzy główne grupy operacji cieplnych: operacje wyżarzania, operacje hartowania i odpuszczania, operacje przesycania i starzenia. Największe znaczenie spośród wymienionych rodzajów obróbki cieplnej stali ma hartowanie martenzytyczne z następującym po nim odpuszczaniem, czyli tzw. ulepszanie cieplne lub utwardzanie cieplne. Ulepszanie cieplne polepsza znacznie cały zespół mechanicznych własności stali i jest obecnie podstawowym rodzajem obróbki cieplnej stali konstrukcyjnych
53. Scharakteryzować poszczególne rodzaje wyżarzania stali.
Wyżarzanie ujednorodniające (ujednorodnianie, homogenizowanie) polega na nagrzaniu stali
do temperatury niewiele niższej od temperatury solidusu, długotrwałym wygrzaniu w tej
temperaturze i powolnym chłodzeniu w celu zmniejszenia niejedno-rodności składu
chemicznego i struktury. Zakres praktycznie stosowanej temperatur} wynosi ok. 1050-1250°C.
Czas wygrzewania wynosi dla wlewków ok. 12-15 h
Niejednorodność składu chemicznego występuje w stali na skutek likwacji w czasie
krzepnięcia wlewka oraz segregacji dendrytycznej. Podczas wygrzewana pierwiastki
nierównomiernie rozłożone w stali, np. węgiel lub składniki stopowe dyfundują z miejsc
bogatszych do uboższych, przez co wyrównuje się skład chemiczny stali. Przez ujednorodnianie
można zmniejszyć w znacznym stopniu segregację dendrytyczną, nie daje się natomiast usunąć
likwacji strefowej, co może nastąpić dopiero przez obróbkę plastyczną, np. kucie lub
walcowanie.
Wysoka temperatura i długi czas wyżarzania ujednorodniającego powodują silny rozrost
ziarna i dlatego w celu poprawienia struktury przeprowadza się dodatkową obróbkę cieplną —
wyżarzanie normalizujące.
Podczas ujednorodniania zachodzą również takie niekorzystne procesy, jak odwęglenie
powierzchniowe i utlenienie powierzchni, co powoduje straty materiału.
Wyżarzanie normalizujące (normalizowanie) polega na nagrzaniu stali ok. 30-50°C
powyżej Ac3 lub Acm(w przypadku stali nadeuktoidalnych), wygrzaniu w tej temperaturze i
studzeniu w spokojnym powietrzu w celu uzyskania drobnego ziarna i równomiernego
rozłożenia składników strukturalnych. Stosunkowo krótkie czasy wygrzewania i dość szybkie
chłodzenie w spokojnym powietrzu powoduje uzyskanie korzystnej struktury drobnoziarnistej
(rys. 5.5). Normalizowanie polepsza własności wytrzymałościowe stali i w pewnych
przypadkach poprawia jej przydatność do obróbki mechanicznej przez skrawanie.
Normalizowanie stosuje się też często przed dalszą obróbką cieplną w seryjnej produkcji
celem nadania stali jednakowej struktury wyjściowej, co ma wpływ na własności stali po
obróbce cieplnej.
Wyżarzanie zupełne różni się od normalizowania tylko sposobem studzenia stali.
Polega na nagrzaniu stali powyżej Ac3 i następnie powolnym studzeniu (zwykle z piecem) do
temperatury poniżej Ar1, w celu zupełnego przekrystalizowania stali. Dalsze studzenie może się
już odbywać na wolnym powietrzu. Wyżarzaniu temu poddaje się szczególnie stale stopowe, w
przypadku których szybkość chłodzenia w spokojnym powietrzu po normalizowaniu jest tak
duża, że może już doprowadzić do zahartowania. Stal po wyżarzaniu zupełnym ma dobrą
plastyczność, małą twardość i dobrą obrabialność.
Wyżarzanie niezupełne jest to wygrzewanie stali podeutektoidalnej w zakresie temperatury
Ac1 ÷Ac3 i studzenie do temperatury poniżej Ar1 w celu częściowego przekrystalizowania stali.
Jako celowa obróbka cieplna ten rodzaj wyżarzania jest rzadziej stosowany.
Wyżarzanie sferoidyzujące(sferoidyzowanie) polega na nagrzaniu do temperaturyty bliskiej Ac1
(nieco wyższej), wygrzewaniu w tej temperaturze i studzeniu w celu sferoidyzacji węglików.
Czas wygrzewania jest stosunkowo długi i może wynosić od kilku do kilkudziesięciu godzin. W
wyniku wyżarzania sferoidyzującego otrzymuje się strukturę ziarnistego cementytu w osnowie
ferrytycznej (rys. 5.21). Cementyt ziarnisty powstaje przez koagulację podczas wygrzewania w
temperaturze bliskiej Ac1. Zaokrąglenie wydzieleń cementytu następuje w tych warunkach przez
dążność tej fazy do zmniejszenia energii powierzchniowej. Struktura taka charakteryzuje się
małą twardością, co zapewnia optymalną podatność na odkształcenia plastyczne przy obróbce
plastycznej na zimno, a także dobrą skrawalność. W stali eutektoidalnej i nadeutektoidalnej
wyżarzanie sferoidyzujące pozwala otrzymać korzystną strukturę wyjściową do hartowania pod
warunkiem, że cementyt będzie drobny i równomiernie rozłożony w osnowie ferrytu
Wyżarzanie zmiękczające (zmiękczanie) jest to wyżarzanie mające na celu zmniejszenie
twardości. Przeprowadza się je zwykle w temperaturze bliskiej Ac1
Wyżarzanie rekrystalizujące (rekrystalizowanie) jest to wyżarzanie stali utwardzonej
plastycznie na zimno, w temperaturze wyższej od temperatury początku rekrystalizacji, w celu
usunięcia skutków zgniotu i uzyskania określonej wielkości ziarna. W praktyce wyżarzanie
rekrystalizujące stosuje się najczęściej jako zabieg międzyoperacyjny, który usuwa skutki
zgniotu, co umożliwia wykonywanie dalszych operacji obróbki plastycznej na zimno. Zakres
temperatury wyżarzania rekrystalizującego jest podany na rys. 5.20.
Wyżarzanie odprężające ma na celu usunięcie naprężeń możliwie bez wprowadzenia zmian
strukturalnych w stali. Naprężenia występują w odlewach, spoinach materiałach odkształconych
plastycznie oraz hartowanych. Naprężenia te mogą być w pewnych przypadkach tak znaczne, że
powodują powstawanie pęknięć w materiale. Aby temu zapobiec, stosuje się wyżarzanie
odprężające, polegające na nagrzaniu i wygrzaniu przedmiotu w temperaturze poniżej Ac1 i
powolnym studzeniu Zależnie od rodzaju materiału oraz od przyczyn wywołujących naprężenia
stosuje się różną temperaturę (rys. 5.20) i różny czas wygrzewania. Na ogół im wyższa
temperatura, tym krótszy czas wygrzewania (do kilku godzin).
54. Na czym polega hartowanie powierzchniowe i jakie metody hartowania powierzchniowego są najczęściej stosowane?
Hartowanie powierzchniowe polega na szybkim nagrzaniu cienkiej warstwy powierzchniowej
przedmiotu do temperatury powyżej Ac3 (temperatury austenityzacji) i oziębieniu z dużą
szybkością niezbędną do uzyskania struktury martenzytycznej w tej warstwie
a) hartowanie płomieniowe — polegające na nagrzewaniu powierzchni płomieniem gazowym,
zwykle acetylenowo-tlenowym, za pomocą palnika o dużej wydajności, i na intensywnym oziębieniu strumieniem wody;
b) hartowanie indukcyjne — polegające na nagrzewaniu warstwy powierzchniowej przedmiotu
prądami wirowymi, wzbudzonymi przez prąd zmienny o wielkiej częstotliwości płynący we
wzbudniku w postaci uzwojenia, i następnie szybkim oziębianiu natryskiem wodnym;
c) hartowanie kąpielowe — polegające na nagrzewaniu powierzchni przez krótkie zanurzenie do
kąpieli solnej lub metalowej i następnie oziębieniu;
d) hartowanie kontaktowe lub oporowe, przy którym powierzchnia przedmiotu nagrzewa się w
miejscu styku elektrody w postaci rolki dociskowej z powierzchni przedmiotu na skutek oporu
omowego;
e) hartowanie elektrolityczne, podczas którego grzanie odbywa się w elektrolicie wskutek
przepływu prądu o dużym natężeniu przez elektrolit, przy czym katodą jest przedmiot nagrzewany.
55. Co to jest hartowność stali i czym się różni od utwardzalności?
Przez utwardzalność rozumie się zdolność stali do utwardzania się przy hartowaniu, a określa ją maksymalna twardość mierzona
na powierzchni stali, którą uzyskano przy optymalnych parametrach hartowania.
Z kolei przez hartowność rozumie się głębokość na jaką stal da się zahartować. Miarą hartowności jest więc grubość strefy zahartowanej.
56. Na czym polega odpuszczanie stali? Jakie procesy zachodzą w czasie odpuszczania?
Odpuszczanie – rodzaj obróbki cieplnej, której poddawana jest stal wcześniej zahartowana. Celem odpuszczania jest usunięcie naprężeń hartowniczych oraz zmiana własności fizycznych zahartowanej stali, a przede wszystkim zmniejszenie twardości, a podniesienie udarności zahartowanej stali.
Pierwsze stadium, w temperaturze 80–200 °C, jest związane z rozkładem martenzytu i wydzieleniem w nim węgliku ε-Fe2C o strukturze heksagonalnej. Następuje zmniejszenie stężenia węgla w martenzycie, zmniejszenie tetragonalności martenzytu i tworzy się martenzyt o sieci regularnej, tzw. martenzyt odpuszczania).
Drugie stadium, w temperaturze 200–300 °C, jest związane z dalszym wydzielaniem się w stopie węgliku ε, skutkiem czego zawartość węgla w martenzycie maleje do około 0,15%; równocześnie zachodzi dyfuzyjna przemiana austenitu szczątkowego w strukturę o charakterze bainitycznym; w etapie tym powstaje mieszanina ferrytu nieznacznie przesyconego węglem oraz węgliku ε. W miarę wydzielania się węglików z martenzytu stopień tetragonalności jego struktury sieciowej c/a maleje.
Trzecie stadium przebiega w temperaturze 300–400 °C. Następuje całkowite wydzielenie węgla z roztworu, a węglik ε ulega przemianie w cementyt; struktura otrzymana na tym etapie jest mieszaniną ferrytu i cementytu (troostyt odpuszczania).
Czwarte stadium przebiega w temperaturze 400–650 °C. Zachodzi koagulacja cząsteczek cementytu, wzrastająca ze wzrostem temperatury. Struktura otrzymana w tym zakresie temperatur, będąca mieszaniną ferrytu i cementytu, nazywa się sorbitem odpuszczania (cząstki cementytu mają kształt kulisty). Na tym etapie następuje całkowite usunięcie naprężeń.
57. Jak zmieniają się własności mechaniczne stali w zależności od temperatura odpuszczania?
Zależnie od stosowanej temperatury rozróżnia się odpuszczanie niskie, średnie i wysokie.
Odpuszczanie niskie przeprowadza się w zakresie temperatury 150-250°C celem
usunięcia naprężeń hartowniczych, przy zachowaniu dużej twardości i odporności na
ścieranie. Stosuje się głównie do stali narzędziowych.
Odpuszczanie średnie przeprowadza się w zakresie temperatury 250-500°C w celu
uzyskania przez stal dużej wytrzymałości i sprężystości. Twardość ulega przy tym dość
znacznemu obniżeniu. Tego rodzaju odpuszczaniu poddaje się sprężyny, resory, matryce,części silników, samochodów itp.
Odpuszczanie wysokie przeprowadza się w zakresie temperatury powyżej 500°C i poniżej
Acl. Ma ono na celu m.in. uzyskanie możliwie najwyższej udarności dla danej stali, przy
jednoczesnym zwiększeniu stosunku Re do Rm. Stal konstrukcyjna odpuszczona wysoko po
hartowaniu uzyskuje strukturę sorbityczną i odznacza się z reguły wyższą granicą
plastyczności i wyższym wydłużeniem i przewężeniem niż ta sama stal o strukturzeperlitycznej. Podczas wysokiego odpuszczania,
poza zmianami strukturalnymi, zachodzi jednocześnie prawie całkowite usunięcie naprężeń powstałych podczas hartowania.
58. Co to jest kruchość odpuszczania i jak można jej zapobiec?
Kruchość odpuszczania. Temperatura odpuszczania i szybkość chłodzenia przy
odpuszczaniu mają znaczny wpływ na udarność konstrukcyjnej stali stopowej. W przypadku
powolnego chłodzenia stali po odpuszczaniu krzywa charakteryzująca jej udarność ma dwa
minima: dla około 300°C i około 500 ÷ 600°C. Jest to zjawisko tzw. kruchości odpuszczania
pierwszego i drugiego rodzaju.
Kruchość odpuszczania pierwszego rodzaju powstaje podczas odpuszczania w
temperaturze około 300°C niezależnie od składu chemicznego stali i szybkości chłodzenia po
odpuszczaniu (rys. 5.35 i 5.36). Z tego względu należy unikać odpuszczania w tym zakresie temperatury.
Kruchość odpuszczania drugiego rodzaju ujawnia się po odpuszczaniu w temperaturze
powyżej 500°C w przypadku, gdy po odpuszczaniu przedmiot jest chłodzony powoli,
natomiast w razie szybkiego chłodzenia udarność nie zmniejsza się, wzrasta monotonicznie z
podwyższaniem temperatury odpuszczania (rys. 5.35.). Wzrost szybkości chłodzenia po
odpuszczaniu powoduje również przesunięcie progu kruchości w kierunku niższych
temperatur (rys. 5.36). Skłonność do kruchości odpuszczania drugiego rodzaju wykazują tylko
niektóre konstrukcyjne stale stopowe np. chromowo-manganowe, chromowo-niklowe lub
chromowo-wanadowe, natomiast nie są do niej skłonne np. stale węglowe i stale stopowe z dodatkiem Mo.
59. Scharakteryzować proces przesycania i starzenia. Podać przykłady zastosowania tego rodzaju obróbki cieplnej do stopów żelaza.
Przesycaniem nazywa się operację cieplną polegającą na: 1) nagrzaniu stali do temperatury, w
której wydzielona faza przechodzi do roztworu stałego, tj. powyżej temperatury granicznej
rozpuszczalności, 2) wygrzaniu w tej temperaturze, 3) oziębieniu w celu zatrzymania
rozpuszczonego składnika w roztworze przesyconym
Przesycanie stosowane jest np. do stali chromowo-niklowej o strukturze austenitycznej
(stale kwasoodporne) lub o dużej zawartości manganu. Stale te nagrzewa się do temperatury
ok. 1100°C i następnie oziębia się w wodzie. Celem tego zabiegu jest rozpuszczenie
węglików i uzyskanie jednorodnej struktury austenitycznej. Obróbka taka zwiększa przede
wszystkim odporność na korozję międzykrystaliczną stali typu 18-8 (18% Cr, 8% Ni).
Przesycanie stosuje się również w przypadku wysokostopowych stali żarowytrzymałych i
stali o specjalnych własnościach magnetycznych. Zabieg ten ponadto jest szeroko
stosowany do wielu stopów metali nieżelaznych.
Starzenie polega na nagrzaniu i wytrzymaniu uprzednio przesyconego roztworu w
temperaturze znacznie niższej od temperatury granicznej rozpuszczalności w celu wydzielenia
o odpowiednim stopniu dyspersji składnika lub składników znajdujących się w nadmiarze
w przesyconym roztworze stałym W czasie starzenia zachodzą zmiany strukturalne zbliżające skład stopu do
stanu równowagi. Wydzielanie się w czasie starzenia składnika (znajdującego się w
przesyconym roztworze stałym) w postaci skupień lub faz o dużej dyspersji powoduje
utwardzanie stopu.
60. Co to jest obróbka cieplno-chemiczna stali?
Obróbka cieplno-chemiczna stopów żelaza – zabieg dokonywany na stopach żelaza z węglem takich jak stal, staliwo lub żeliwo,
w którym pod wpływem ciepła i chemicznego oddziaływania otoczenia oraz innych działań modyfikuje się niektóre własności
fizyczne i chemiczne tych stopów.
61. Scharakteryzować procesy metalizowania dyfuzyjnego?
Metalizowanie dyfuzyjne polega na nasycaniu przypowierzchniowych warstw przedmiotów
stalowych różnymi metalami, najczęściej chromem lub aluminium, rzadziej cynkiem lub
tytanem. Niekiedy stosuje się jednoczesne nasycanie dwoma różnymi metalami, np. chromem i
aluminium (chromoaluminiowanie), czy chromem i wolframem (chromowolframowanie).
Uzyskane w ten sposób warstwy cechuje bardzo wysoka twardość i odporność na ścieranie (w
przypadku chromowania stali wysokowęglowej) podwyższona odporność na korozję (w
przypadku chromowania stali niskowęglowej) oraz dobra żaroodpomość, tj. odporność na
utlenianie w wysokich temperaturach (w przypadku aluminiowania). W stosunku do
analogicznych pokryć galwanicznych, metaliczne warstwy dyfuzyjne są mniej porowate i lepiej
zespolone ze stalowym podłożem.
Metalizowanie dyfuzyjne można przeprowadzać zarówno w środowisku stałym jak i ciekłym
lub gazowym. W pierwszym przypadku metalizowanie odbywa się w sproszkowanym
żelazostopie (np. żelazochromie, czy żelazoaluminium), zmieszanym z pewną ilością salmiaku
NH4C1: w wysokiej temperaturze metal nasycająca zawarty w żelazostopie reaguje z HC1 lub
Cl2 tworząc lotny chlorek (odpowiednie CrCl3, AlCl3 itd.), który rozkłada się przy zetknięciu z
metaliczną powierzchnią nasycanego przedmiotu. W ten sposób powstają wolne, aktywne atomy
metalu nasycającego, które wnikają następnie do stali, tworząc odpowiednią warstwę dyfuzyjną.
Metalizowanie kąpielowe przeprowadza się przez zanurzenie obrabianego przedmiotu w
roztopionym metalu nasycającym. Ta metoda obróbki jest stosowana przede wszystkim w celu
aluminiowania stali.
Metalizowanie gazowe odbywa się w środowisku gazowym, utworzonym z chlorków
odpowiednich metali.
Dyfuzja metali w żelazie przebiega znacznie wolniej niż dyfuzja węgla lub azotu, gdyż metale
tworzą z nim roztwory stałe różnowęzłowe (węgiel i azot — międzywęzłowe). Dlatego proces
metalizowania dyfuzyjnego wymaga długotrwałego wygrzewania w wysokiej temperaturze
(1000-1200°C), co oczywiście wpływa na jego koszt.
Struktury warstw metalizowanych dyfuzyjnie są zgodne z odpowiednimi układami
równowagi żelazo-metal nasycający. Na przykład, struktura warstwy aluminiowej składa się (od
powierzchni) z: prawie czystego aluminium, kruchych faz pośrednich i fazy αbędącej
roztworem stałym aluminium w żelazie.
62. Jaki wpływ wywiera węgiel na własności stali?
Tworzy twardą (60-64 HRC), odporną na ścieranie warstwę powierzchniową przy zachowaniu ciągliwego rdzenia.
63. Które pierwiastki i w jakiej ilości stanowią zwykłe domieszki w stali?
Węgiel poniżej 2%, mangan, krzem, fosfor i siarka, chrom,nikiel, wolfram, molibden, wanad, niob, miedź,
tytan, glin oraz niemetale jak np. bor
64. Podaj znane Ci właściwości tworzyw zależne od rodzaju i stężenia defektów punktowych.
Zmniejszenie liczby wakansów, Mogą się łączyć, tworząc tzw. zgrupowania wakansów, defekty tego typu odgrywają istotną rolę w procesach dyfuzyjnych,
65. Scharakteryzuj defekty liniowe.
Dyslokację krawędziową wywołuje obecność w przestrzennej sieci krystaliczne
dodatkowej półpłaszczyzny obsadzonej atomami (zw. ekstrapłaszczyzną), które krawędź
stanowi dowolna linia brzegowa, nazywana linią dyslokacji. W zależność od usytuowania dodatkowej półpłaszczyzny rozróżnia
się dyslokację dodatnią, oznaczoną symbolem - ⊥i
ujemną, oznaczoną symbolem T (pionowa kreska w symbolu dyslokacji oznacza dodatkową
półpłaszczyznę, pozioma — płaszczyznę poślizgu)
wokół dyslokacji krawędziowej występuje jednocześnie postaciowe i objętościowe odkształcenie kryształu
charakteryzują się określonymi własnościami dynamicznymi, m.in.
mają możliwość poruszania się w płaszczyźnie poślizgu pod wpływem naprężeń
wewnętrznych lub zewnętrznych, w wyniku czego następuje poślizg części kryształu wzdłuż
określonej płaszczyzny sieciowej.
Dyslokacje krawędziowe mogą się przemieszczać w krysztale również przez wspinanie,
polegające na odłączeniu się atomów od krawędzi dodatkowej półpłaszczyzny i ich migracji
do wakansów
Innym przejawem własności dynamicznych jest przyciąganie się dyslokacji
różnoimiennych i odpychanie się dyslokacji jednoimiennych. W pierwszym przypadku
możliwa jest anihilacja (zanik) dyslokacji, jeśli leżą one w tej samej płaszczyźnie poślizgu lub
w płaszczyznach równoległych
dyslokacja śrubowa, wyznaczająca granicę
między przesuniętą i nieprzesuniętą częścią kryształu. Granica ta przebiega równolegle do
kierunku poślizgu a nie prostopadle, jak to ma miejsce w przypadku dyslokacji krawędziowej.
Dyslokację śrubową najlepiej wyjaśnić na perspektywicznym modelu fragmentu kryształu,
którego jedna część jest przesunięta względem drugiej o jedną odległość atomową W wyniku tego przesunięcia poszczególne
płaszczyzny atomowe przekształcają się w
powierzchnie śrubowe. Rozróżnia się dyslokacje prawo-skrętne wywołujące poślizg w
kierunku pokazanym na rys. 2.19, i dyslokacje lewo-skrętne wywołujące poślizg w kierunku
przeciwnym. Dyslokacjom śrubowym nie towarzyszy objętościowe odkształcenie kryształu. Dlatego
wokół nich nie występuje wybiorcze rozmieszczenie atomów obcych pierwiastków.
Proste typy dyslokacji występują w sieci krystalicznej rzadko. Większość dyslokacji
stanowi kombinację dyslokacji krawędziowych i śrubowych.
Omówione defekty dotyczyły zakłóceń budowy sieci krystalicznej występujących w
pojedynczym krysztale. Metale i stopy techniczne, jak już wiadomo, są jednak materiałami
wielokrystalicznymi, złożonymi z wielkiej liczby ziarn. Orientacja krystalograficzna tych
ziarn jest w zasadzie chaotyczna (rys. 2.20), toteż na granicy ziarn spotykają się różnie
zorientowane sieci przestrzenne, ukierunkowane względem siebie pod dużymi kątami,
wynoszącymi najczęściej kilkanaście do kilkudziesięciu stopni (dlatego granice ziarn nazywa
się także granicami dużego kąta). Jest rzeczą oczywistą, że ułożenie atomów na granicy ziarn jest uzależnione od działania obu
stykających się sieci krystalograficznych, w wyniku czego
stanowi pewną mikrostrukturę przejściową, nie odpowiadającą orientacji ani jednego, ani
drugiego ziarna - rys. 2.21. Ta przejściowa struktura o grubości kilku odległości
międzyatomowych jest strukturą zakłóconą, tym bardziej, że na granicach ziarn grupują się
również wszelkie zanieczyszczenia, które nawet w najczystszych metalach występują w
pewnych ilościach. W rezultacie granice ziarn mają wyższą wytrzymałość niż inne ziarna,
natomiast niższy potencjał elektrochemiczny, a więc mniejszą odporność chemiczną,
objawiająca się m.in. łatwiejszym trawieniem na zgładach metalograficznych.. Łączna energia
granic osiąga minimum w przypadku ziarn o kształcie (w przekroju) foremnych
sześcioboków i prostoliniowych granicach. Ziarna o liczbie boków (w przekroju) mniejszej
od sześciu mają granice wypukłe, a o liczbie boków większej od sześciu — granice wklęsłe
66. Scharakteryzuj defekty płaskie.
67. Podaj znane Ci właściwości tworzyw zależne od występowania defektów liniowych i płaskich.
Wytrzymałość, W miarę zwiększania ilości dyslokacji
wzrasta wytrzymałość metalu i jego twardość, maleją zaś jego własności plastyczne.
Zmieniają się również niektóre własności fizyczne: np. maleje przewodność elektryczna i
przenikalność magnetyczna wzrasta siła koercji i histereza magnetyczna, a także wzrasta
potencjał elektrochemiczny
68. Dla jakich właściwości i w jakich jakie zastosowania celowe jest stosowanie materiałów w postaci monokryształow. Odpowiedź uzasadnij przykładami.
69. Podaj klasyczną definicję szkła.
Szkło – substancja stała przechodząca stopniowo bez krystalizacji i w sposób odwracalny ze stanu ciekłego w stan stały, , przekraczając w temp witryfikacji lepkość 10^ puaza
70. Co to jest c dla krystalizacji, podaj różnicę tej wielkośći dla zarodkowania homogenicznego i heterogenicznego.
71. Wymień znane Ci grupy substancji szkłotwórczych.
Pierwiastki: S,Se,Te,As,C,B,Si,P
Tlenki: SiO2, B2O3, P2O5, GeO2, As2O5
Związki z grupą hydroksylową: alkohole, gliceryna
72. Wymień grupy składników szkieł tlenkowych.
tlenki kwasowe: SiO2, B2O3, P2O3, tlenki arsenu i germanu, a także siarka, selen, i fluorek ołowiu.
Tlenki zasadowe metali alkalicznych (Na2O, K2O) i ziem alkalicznych (MgO, CaO) zwane modyfikatorami wiązań sieci przestrzennej.
Trzecią grupę składników szkieł stanowią tlenki pośrednie, takich metali jak aluminium lub berylu,
73. Opisz model budowy szkła wg. Zachariansena.
Według najszerzej znanej teorii Zachariasena z 1932 r. przyjmuje się model struktury szkła, w którym budującą jednostką podstawową o losowej orientacji przestrzennej jest tetraedryczna jednostka strukturalna SiO4. Na każdą taką jednostkę składa się jeden atom krzemu, usytuowany w centrum tetraedru oraz cztery atomy tlenu usytuowane w rogach tetraedru (rys. 1). Połączenia między atomem krzemu i tlenu są kowalencyjne jonowe.
74. Wymień podstawowe cechy szkieł krzemianowych.
jest bardzo twarde, odporne na działanie wody i kwasów oraz na działanie wysokiej temperatury i raptowne jej zmiany
75. Warunki otrzymywania i podstawowe cechy szkieł metalicznych.
Warunki: bardzo duże szybkości chłodzenia
Brak granic międzyziarnowych, brak plastyczności, wysoka twardość, nadprzewodnictwo, bdb właściwości magnetyczne
76. Dla jakich właściwości i w jakich zastosowaniach celowe jest stosowanie materiałów w postaci szkła. Odpowiedź uzasadnij przykładami.
77. Podaj definicje i wymień znane Ci elementy budowy polikryształu.
DEF: materiał o złożonej budowie, którego podstawą są połączone trwale (granicami fazowymi) różnie zorientowane elementy krystaliczne.
El. Bud: ziarna, pory, faza amorficzna, wtrącenia dyspersyjne
78. Opisz budowę
Idealny polikryształ jednofazowy –
- ustalanie się lokalnych stanów równowagi w miejscu styku gr. Mz
79. Wymień znane Ci metody otrzymywania polikryształów.
Krystalizacja ze stopów, krystalizacja szkieł (materiały szkło-krystaliczne), spiekanie proszków (jednofazowych, z fazą ciekłą, witryfikacja), wiązania chemiczne i hydratacja
80. Podaj definicję i wymień podstawowe metody otrzymywania tworzyw szklanokrystalicznych.
materiał mający wiele właściwości zarówno szkła jak i bardziej tradycyjnej ceramikikrystalicznej. Tworzywo jest formowane jako szkło a następnie częściowo krystalizowane poprzez obróbkę cieplną. W przeciwieństwie do ceramikispiekanej, tworzywo szklano-ceramiczne nie posiada porów pomiędzy kryształami.
Krystalizacja szkła (krystalizacja katalityczna)
81. Jakie wady i zalety posiadają tworzywa szklanokrystaliczne w porównaniu ze szkłem.
82. Co to jest spiekanie?
Spiekanie jest zjawiskiem zachodzącym samorzutnie wraz z podniesieniem temperatury, którego kierunek jest ustalony przez spadek entalpii swobodnej, towarzyszący zmniejszeniu się rozwinięcia powierzchni swobodnych układu. Dzięki temu zbiór stykających się ze sobą drobnych ziaren wiąże się wzajemnie po podgrzaniu do odpowiedniej temperatury niższej od potrzebnej do ich stopienia
83. Wymień podstawowe etapy otrzymywania wyrobów metodą spiekania.
Wytwarzanie proszków metalu lub mieszaniny proszków różnych materiałów, przygotowanie proszku, formowanie proszku na zimno, spiekanie, obróbka końcowa, np. obróbka cieplna, plastyczna, skrawanie
84. Wymień podstawowe parametry charakteryzujące proszki.
Właściwości:
kształt cząstek: kuliste, włókniste, płatkowe
rozkład wielkości ziaren
rozwinięcie powierzchni
średni wymiar ziarna
85. Wymień podstawowe zalety materiałów w postaci włókien.
wysokowytrzymałe, wysokomodułowe
86. Charakterystyka i podział warstw.
eksploatacyjna warstwa wierzchnia- strefa materiału zawarta między powierzchnią zewnętrzną a umowną powierzchnią wewnątrz ciała stałego, ograniczająca zasięg oddziaływania wymuszeń zewnętrznych
Warstwa wierzchnia to część materiału, z jednej strony ograniczona rzeczywistą powierzchnią ciała stałego, a z drugiej materiałem rdzenia, składająca się z kilku stref przechodzących płynnie jedna w drugą, o zróżnicowanych rozmiarach, odmiennych cechach fizycznych i niekiedy chemicznych, w stosunku do cech materiału rdzenia
87. Metody otrzymywania warstw.
Metody mechaniczne
- nagniatanie naporowe - wywieranie stałego lub zmiennego nacisku na powierzchnię
obrabianego przedmiotu przez narzędzie o powierzchni gładkiej w postaci krążka (krążkowanie), kulki(kulkowanie), rolki(rolkowanie) w celu umocnienia warstwy wierzchniej,
- nagniatanie udarowe - wykorzystanie energii kinetycznej stalowych, ceramicznych lub szklanych cząstek w postaci kulek lub śrutu, miotanych siłą odśrodkową lub strumieniem sprężonego powietrza (kulowanie) albo energii kinetycznej gładkiego narzędzia (młotkowanie) uderzającego w powierzchnię obrabianego przedmiotu w celu umocnienia warstwy wierzchniej.
Metody cieplno-mechaniczne
- natryskiwanie (cieplne, płomieniowe, detonacyjne) - powlekanie przedmiotów, głównie
metalowych warstwą materiałów powłokowych przez pneumatyczne rozpylenie drobnych cząstek materiału powłokowego w płomieniu gazu, łuku elektrycznym bądź plazmy i nadanie im dużej energii kinetycznej w celu wywarcia na pokrywaną powierzchnię nacisku umożliwiającego dobrą przyczepność natryskiwanej powłoki do podłoża. Jeżeli materiałem natryskiwanym jest metal, proces nazywa się metalizacją natryskową. Odmianą natryskiwania jest natapianie natryskowe - metalizacja natryskowa połączona z obróbką cieplną warstwy natryskiwanej w płomieniu gazowym lub w łuku elektrycznym,
- platerowanie powierzchni - pokrycie metalu podłoża innym metalem lub stopem przez wytworzenie nacisku na metal pokrywający np. przez walcowanie, detonację w odpowiednio podwyższonej temperaturze,
- utwardzanie detonacyjne metalu przez falę uderzeniową powstającą w wyniku gwałtownego odparowania metalu podłoża pod działaniem bardzo silnie skoncentrowanego
strumienia elektronów (utwardzanie elektronowe) lub fotonów (utwardzanie laserowe) przy wzroście temperatury podłoża, bądź detonacji materiału wybuchowego.
Metody cieplne
- zmiany struktury tworzyw metalowych w stanie stałym (hartowanie, odpuszczanie, wyżarzanie),
- zmiany stanu skupienia: przeprowadzenie ze stanu stałego w ciekły i następnie ponownie w stan stały tworzywa pokrywanego (nadtapianie) lub pokrywającego (napawanie, natapianie). Ponadto przeprowadzenie ze stanu ciekłego w stan stały tworzywa powłokowego (powlekanie zanurzeniowe).
Hartowanie, odpuszczanie i wyżarzanie przeprowadzane przez nagrzewanie warstwy wierzchniej metodą indukcyjną, płomieniową, plazmą, wiązką lasera i in., a następnie chłodzenie z określonymi szybkościami wywołuje zmiany struktury tworzywa metalowego, a tym samym określone zmiany własności mechanicznych, chemicznych i fizycznych, bez zmiany składu chemicznego.
Nadtapianie - wygładzanie powierzchni tworzywa metalowego albo wytworzenie struktury amorficznej (szkła metalowego) warstwy nadtopionej różniącej się od rdzenia własnościamifizycznymi i chemicznymi, ale zachowującej ten sam skład chemiczny. Nadtapianie przeprowadza się przez grzanie laserowe, elektronowe lub płomieniowe.
Napawanie - pokrywanie powierzchni metalu warstwą stopiwa tworzącą powłokę o własnościach zbliżonych do podłoża, w wypadku stosowania jej w celu regeneracji, lub o właściwościach odmiennych od podłoża, w wypadku zastosowania jej w celu podwyższenia trwałości eksploatacyjnej. Napawanie przeprowadza się technikami spawalniczymi, głównie łukowymi i płomieniowymi.
Natapianie - nanoszenie na podłoże metalowe powłoki z czystego metalu lub stopu związków metali, bądź innych materiałów o właściwościach różnych od metalu podłoża, za pomocą grzania laserowego, elektronowego lub elektroiskrowego. Natapianie zalicza się także do metod platerowania, bowiem skurcz odlewniczy wywiera nacisk na materiał pokrywany, zapewniając trwałe połączenie.
Metody cieplno-chemiczne
Nasycanie dyfuzyjne - proces nasycania warstwy wierzchniej metali pierwiastkami zawartymi w ośrodkach stałych, ciekłych lub gazowych, w celu wywołania zmian składu chemicznego, struktury i właściwości. Wyróżnia się sposoby obróbki cieplno-chemicznej typu klasycznego (np. nawęglanie, azotowanie, chromowanie) określane mianem niewspomaganych, oraz metody nasycania dyfuzyjnego z udziałem czynnika przyspieszającego i aktywującego proces dyfuzyjny, określany jako wspomagany. Procesy wspomagane należą do technik nowej generacji, spośród których należą tu metody CVD (ChemicalVapourDeposition - chemiczne osadzanie z fazy gazowej) i PACVD (PlasmaAssistedChemicalVapourDeposition).
Stopowanie laserowe lub elektronowe - proces nasycania, w którym występuje mieszanie pierwiastka lub pierwiastków stopowych z przetopionym bądź nie przetopionym materiałem podłoża oraz częściowo dyfuzja. Stopowanie przeprowadza się za pomocą strumienia laserowego lub wiązki elektronów.
Zestalanie cieplno-chemiczne -nieodwracalne przejście polimerów termoutwardzalnych naniesionych na powierzchnię metalu, ze stanu ciekłego lub plastycznego w stan stały, w wyniku działania ciepła i reakcji chemicznych, w celu uzyskania powłok malarskich.
Metody elektrochemiczne i chemiczne
Osadzanie elektrolityczne (galwaniczne) - pokrywanie metalu stanowiącego katodę w procesie elektrolizy, jonami metalu zawartymi w elektrolicie i ulegającymi redukcji i formującymi powłokę, podczas przepływu prądu stałego przez elektrolit.
Osadzanie chemiczne (bezprądowe) - wytwarzanie powłok z metalu lub stopu w wyniku redukcji chemicznej w kąpielach lub przez natrysk na powierzchnie metali, na które trudno
jest nałożyć powłoki elektrolityczne z powodu złożonego kształtu pokrywanych przedmiotów.
Osadzanie konwersyjne - wytwarzanie na powierzchni metalu szczelnej warstwy trudno rozpuszczalnych związków chemicznych utworzonych z metalu podłoża i jonów z roztworu reagującego środowiska, w którym zanurzony jest pokrywany przedmiot lub który został natryskany. Podczas formowania powłoki konwersyjnej warstwa podłoża jest utleniona chemicznie lub elektrochemicznie, a powstające jony metalu uczestniczą w tworzeniu powłoki.
Zestalanie chemiczne materiałów malarskich - utlenianie się w temperaturze otoczenia lub podwyższonej, przy zetknięciu z tlenem powietrza, albo sieciowanie, bez udziału tlenu, polimerów chemoutwardzalnych w temperaturze otoczenia, wskutek polimeryzacji, polikondensacji lub poliaddycji.
Metody fizyczne
Osadzanie z fazy gazowej (metody PVD - PhysicalVapourDeposition - fizyczne osadzanie z fazy gazowej) metali lub jonów polega - przy wykorzystaniu grzania oporowego, łukowego, elektronowego laserowego - na doprowadzeniu osadzanego trudno topliwego metalu do stanu pary i osadzeniu go przez naparowanie, napylenie lub rozpylenie na powierzchni zimnego lub nieznacznie podgrzanego podłoża samego metalu lub związku metalu z gazem (np. azotków, węglików, borków) przy wykorzystaniu zjawisk elektrycznych; procesy wykorzystujące wyładowania jarzeniowe nazywają się PAPVD (PlasmaAssisted PVD - wspomagane plazmą fizyczne osadzanie z fazy gazowej).
Implantowanie jonów metali i niemetali polega na jonizacji par metalu lub gazu i przyspieszaniu jonów dodatnich za pomocą pól elektrycznych do takich prędkości, przy których energia kinetyczna jonów wystarcza do wniknięcia w metal czy niemetal na głębokość kilku lub więcej warstw atomowych (implantacja jonów pierwotnych) lub wybiciu jonów wtórnych z warstwy nałożonej na implantowane podłoże i wniknięciu tych jonów w implantowane tworzywo (implantacja jonów wtórnych). Implantacja jonów może zachodzić również w obecności innych zjawisk fizycznych, np. rozpylania magnetronowego - proces nazywa się wtedy mieszaniem jonowym. Zaimplantowane jony zmieniają strukturę i skład chemiczny warstwy wierzchniej implantowanego tworzywa, stąd implantowanie jonów określane jest też mianem stopowania jonowego.
88. Definicja i podział materiałów kompozytowych.
Materiał kompozytowy, kompozyt − materiał o strukturze niejednorodnej, złożony z dwóch lub więcej komponentów (faz) o różnych właściwościach
Kompozyty strukturalne - w których występują ciągłe struktury komponentów konstrukcyjnych - warstwy (np. sklejka), pręty (np. żelbet) lub regularne struktury trójwymiarowe np. przypominające plaster miodu,
laminaty - które składają się z włókien zatopionych w lepiszczach - w zależności od sposobu uporządkowania włókien rozróżnia się taśmy kompozytowe - włókna ułożone w jednym kierunku - maty kompozytowe - w dwóch prostopadłych kierunkach - lub nieuporządkowane np. pykret,
mikrokompozyty i nanokompozyty - w których regularna struktura dwóch lub więcej składników jest zorganizowana już na poziomie nadcząsteczkowym - tego rodzaju kompozyty występują w organizmach naturalnych - np. drewno - jest rodzajem mikrokompozytu, w skład którego wchodzą zorganizowane w skręcone pęczki włókna celulozowe, "sklejone" ligniną - współcześnie próby sztucznego otrzymywania tego rodzaju kompozytów są prowadzone w ramach badań nanotechnologicznych,
stopy strukturalne - które są rodzajem stopów metali, metali z niemetalami, polimerów między sobą oraz polimerów z metalami i niemetalami o bardzo regularnej mikrostrukturze - przykładem tego rodzaju kompozytu jest stal damasceńska i duraluminium.
89. Kompozyty ziarniste: budowa i podstawowe zalety.
Materiały te składają się z ciągłej matrycy, w której umieszczone są izolowane elementy drugiej fazy. Cząstki fazy zdyspergowanej modyfikują właściwości matrycy
Łączenie cech metali i ceramiki
90. Które właściwości materiałów można szczególnie podnieść stosując kompozyty ziarniste. Odpowiedź uzasadnij.
91. Kompozyty włókniste: budowa i podstawowe zalety.
Do matrycy wprowadza się włókna drugiej fazy, przeważnie o wyższej sztywności i wytrzymałości niż matryca.
Podwyższenie wytrzymałości, sztywności, udarności
92. Kompozyty warstwowe (laminaty): budowa i podstawowe zalety. Uzasadnij celowość stosowania kompozytów warstwowych. Podaj przykłady.
Fazy wchodzące w skład kompozytu występują w postaci dwóch lub więcej warstw łączonych ze sobą w sposób trwały.
Drewno,
93. Wymień znane Ci wielkości określające wytrzymałość i podaj warunki ich pomiaru.
rozciąganie
ściskanie
docisk
ścinanie
zginanie
skręcanie
94. Podaj wzór na wytrzymałość teoretyczną kryształu ze szczeliną (wzór Griffitha), opisz występujące wielkości.
σ(< pi > c) 1/2= (E γ/)1/2
Wielkość σ(3.14c)1/2 nazywana jest współczynnikiem intensywności naprężeń Kc
Ogólnie Kc= Y σ(<pi >c)1/2 [ MN/m3/2]
Y -stała zależna od stanu naprężeń
95. Podaj wzór i scharakteryzuj pojęcie “współczynnik intensywności naprężeńKc”.
KICjest wielkością stała charakterystyczną dla danego tworzywa. zależy od stałych materiałowych:
KIC= (Eγ/)1/2
γ[ kJ/m2] -energia pochłaniana w czasie powstawania pękania niszczącego materiał zwana energią pękania
Jest to bardzo ważny parametr decydujący o wytrzymałości tworzyw kruchych (zwłaszcza ceramicznych)
Zwana także wiązkością lub krytyczną szybkością uwalniania energii
96. Podaj sens fizyczny wielkości KIC, w czym ją wyrażamy.
[ MN/m^3/2]
97. Podaj zakres wielkości KIC dla ceramiki i metali.
Dla ceramiki od 0,2 do 5, dla metali od 4 do 200 jednostka MN*m^(3/2)
98. Scharakteryzuj mechanizm Cooke’a-Gordona hamowania spękań w polikrysztale.
Stosunek maks naprężeń równoległych i prostopadłych do powierzchni spękania ma stałą wartość równą 1/5. Gdy obszar maksymalnych naprężeń równoległych do płaszczyzny pęknięcia, wyprzedzający wierzchołek pęknięcia, dociera do granicy międzyziarnowej prostopadłej do płaszczyzny pęknięcia występuje tendencja do rozwarstwiania się materiału wzdłuż granicy międzyziarnowej i do rozgałęzienia pęknięcia. Jeżeli wytrzymałość granicy międzyziarnowej >1/5 wytrzymałości objętości fazy krystalicznej, materiał nie ulega rozwarstwieniu na granicy. Jesli wytrzymałość granicy międzyziarnowej<1/5 wytrzymałości ziaren krystalicznych to pod wpływem naprężeń równoległych granica międzyziarnowa ulega rozwarstwianiu przed dojściem do niej wierzchołka pęknięcia.
Szczelina napotykając granicę międzyziarnową o wytrzymałości mniejszej od 1/5 wytrzymałości ziarna wywołuje spękanie granicy, zmianę kierunkupenetracji i dodatkowe spękanie.Podwyższa to energię pękania. Energia pękania polikryształu jest większa od energii pękania monokryształu