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

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.

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

Materialy kompozytowe – material sztucznie przygotowany, zlozony z dwoch chemicznie odmiennych faz, o scisle określonych granicach miedzy nimi. trzy podstawowe typy:

- 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.

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.

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.

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.

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 – 950-1000^oC , +odpuszczanie – 600-700^oC, +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. 1000-1100^oC,

+ unikanie nagrzewania stali w temp. 500-800^oC, + wprowadzenie Ti lub Nb (5-10 razy więcej niż C).

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.

Uklady eutektyczne – roznia się od układów z brakiem rozpuszczalności tylko tym ze nie wystepuje w nich czyste składniki tylko roztwory graniczne

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.

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 perytektyczne – układy takie tworza pierwiastki które znacznie roznia się temperaturami topnienia, a poza tym wykazuja ograniczona rozpuszczalność, przynajmniej jednostronna.

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.

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.

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.

Wyzarzanie 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

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.