STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA - Polega na powolnym rozciąganiu odpowiednio przygotowanej próbki (płaskiej lub cylindrycznej), zamocowanej w szczękach maszyny wytrzymałościowej. Szybkość rozciągania wynosi 3 – 30 MPa/s a po przekroczeniu górnej granicy plastyczności. a) stal miękka (widoczna jest granica plastyczności), b) twarda stal (umowna granica plastyczności)

F_H- (siła odpowiadająca granicy proporcjonalności) jest to graniczna wartość siły, do której zachodzi proporcjonalność odkształcenia do siły zgodni z prawem Hooke’a: E=σ/ε[MPa]

E – moduł sprężystości wzdłużnej (Younga) б – naprężenie (F/S_o) є – wydłużenie względne(ΛL/L_o)

Granica proporcjonalności: R_H=F_H/S₀ [MPa]

Granica sprężystości: R_sp=F_sp/S₀ [MPa]

Granicą sprężystości nazywamy maksymalne naprężenie, poniżej którego materiał odkształca się wyłącznie sprężyście i nie wykazuje odkształcenia plastycznego.

Umowna granica sprężystości jest ta naprężenie, przy którym odkształcenie trwałe wynosi 0,01 początkowej długości.

Granica plastyczności: R_e=F_e/S₀ [MPa]

Siłę F_e odczytuje się na dynamometrze w momencie cofnięcia się lub zatrzymania wskazówki. Dla stali o zawartości węgla powyżej ok. 0,6% C lub hartowanych wyznacza się tzw. umowną granicę plastyczności – naprężenie konieczne do wywołania odkształcenia trwałego o wielkości 0,2% L_o: R_0,2=F_0,2/S₀ [MPa]

Wytrzymałość na rozciąganie: R_m=F_m/S₀ [MPa]

Z próby rozciągania można także wyznaczyć własności plastyczne: wydłużenie i przewężenie. Próbki muszą być znormalizowane. Stosunek p = L_o/d_o może wynosić 10 lub 5 i powinien być zaznaczony. A_p=L_u-L₀/L₀*100%

L_u – długość pomiarowa po zerwaniu próbki

W przypadku próbek płaskich wyznacza się tzw. Średnicę zastępczą: d_z=1,13 sqrt(S₀)

Przewężenie. Miarą przewężenia Z jest względna redukcja przekroju w miejscu zerwania: Z=S₀-S_u/S₀*100%

S_u – pole przekroju próbki w miejscu zerwania

BADANIE TWARDOŚCI: Twardością nazywamy opór przeciw wciskaniu w badany materiał odpowiednio dobranego wgłębnika.

Metoda Brinella: polega ona na wciskaniu w materiał kulki stalowej lub z węglików spiekanych o średnicy D=10; 5; 2,5; 2 lub 1mm, przy zastosowaniu siły F zależnej od średnicy kulki i twardości materiału zgodnie ze wzorem: F = 9.809 KD2 (K – współczynnik zależny od twardości). Przy właściwym doborze siły średnica odcisku d = (0,25 – 0,6) D. Liczba twardości jest określona jako stosunek siły do powierzchni czaszy odciśniętej w materiale. Granicą stosowalności jest 450 HB (650 przy kulce z węglików spiekanych).

Metoda Rockwella: jak wgłębnika używa się kulki stalowej o średnicy 1/16 cala (1,588 mm) lub stożka diamentowego diamentowego kącie rozwarcia 120° i promieniu zaokrąglenia r = 0,2mm w zależności od twardości materiału (HB>400 – stożek). Obciążenie całkowite: stożek-1471N, kulka-980,7N. Miarą twardości jest głębokość wniknięcia wgłębnika. Pomiar szybki. Wgłębnik pozostawia prawie niewidoczny ślad.

Metoda Vickersa: Wgłębnikiem jest diamentowy ostrosłup o kącie dwuściennym 136°, który jest wciskany z siłą (49 – 980,6)N. Liczbę twardości określamy jako stosunek siły nacisku F[N] do pola powierzchni odcisku A[mm²]. Metodę tą stosuje się przy bardzo twardych powierzchniach.

Metoda Poldi: Metoda dynamiczna. Pomiaru dokonuje się za pomocą młotka Poldi.

UDARNOŚĆ - jest miarą odporności metali i stopów na pękanie przy obciążeniach dynamicznych. Jest to stosunek pracy K potrzebnej do złamania znormalizowanej próbki pod wpływem uderzenia do jej przekroju poprzecznego lub pracy do złamania znormalizowanej próbki z karbem: KC=K/S₀ [J/cm²]

Próbkę umieszcza się na tzw. młocie Charpy’ego. Jest to urządzenie zbudowane w kształcie wahadła. Energię początkową reguluje się za pomocą zmiany wysokości lub masy.

Wpływ temperatury: na udarność zauważa się w metalach o sieci A2 i A3 w których obserwuje się spadek udarności z obniżaniem temperatury, co wiąże się ze zmniejszeniem ruchliwości dysocjacji. Spadek ten jest nagły, w wąskim zakresie temperatur. Jest to tzw. Przejściowa temp. kruchości. Leży ona przeważnie w zakresie temp. ujemnych i zostaje obniżona w wyniku rozdrobnienia ziarna, ulepszania cieplnego, wprowadzenia Niklu. Czyste metale mają udarność wyższą niż stopy. Stopy o strukturze jednofazowej wykazują wyższą udarność niż wielofazowe. Udarność rośnie w miarę zmniejszania wielkości ziarna.

WIĄZANIA MIĘDZYATOMOWE – jonowe(dla kryształów jonowych)np. Naci , atomowe(dla dwuatomowych cząsteczek gazów) , międzycząsteczkowe (fan der Walsa) , metaliczne (dla metali i związków metalicznych wykazujących własności metaliczne)

WIĄZANIA VAN DER WAALSA - łączą cząsteczki , które powstają za pomocą wiązania atomowego w skondensowane stany skupienia np. przy skraplaniu gazów (H,Cl,N)występuje między łańcuchami w polimerach .

WIĄZANIE ATOMOWE jest bardzo silne i prowadzi do dużej wytrzymałości mechanicznej i wysokiej temp. Topnienia. W kryształach krzemu i germamu umożliwia zachodzenie zjawiska półprzewodnictwa .

WIĄZANIE METALICZNE – tworzy gaz elektronowy , cechuje je duża energia i są bezkierunkowe , prowadzi do dobrego przewodnictwa elek. I cieplnego , odporności rosnącej z temp. , dobrej plastyczności i metalicznego połysku .

KRYSZTAŁ – jest to ciało stałe, anizotropowe, w którym atomu ułożone są w periodycznie powtarzających się odstępach (podstawowych periodach identycznych ppi ) w co najmniej trzech nierównoległych kierunkach nie leżących na płaszczyznach . Tworzymy poddając kolejno translacją jeden lub kilka atomów w trzech nierównoległych kierunkach.

PROSTA SIECIOWA- jest wynikiem translacji punktu w określonym kierunku. KORÓRKA ELEMENTARNA-jest to część sieci przestrzennej wyodrębniona przez sześć płaszczyzn parami równoległych, mająca kształt równoległościanu którego krawędziami są trzy ppi.

KOMÓRKA SIECIOWA-składa się z kilku komórek elementarnych.

WSKAŻNIK PROSTEJ SIECIOWEJ-są to liczby całkowite i określają współrzędne najbliższego punktu leżącego na danej prostej , identycznego z początkiem układu. Wskazuje się w nawiasach [ ] gdy chodzi o konkretną prostą albo pr równoległe lub <> gdy chodzi o rodzinę nierównoległych prostych związanych z symetrią kryształu.

WSKAŻNIK PŁASZCZYZNY SIECIOWEJ-liczby, które wskazują na ile części płaszczyzna najbliższa początku układu dzieli ppi danej osi. Ujmujemy w () jeśli odnoszą się do kąkretnej pł. Lub pł. Równoległych lub {} gdy chcemy wyznaczyć rodzinę płaszczyzn powstałych przez permutację wskażników .

UKŁADY KARTOGRAFICZNE- układ regularny komórka sześcienna , dwa typy sieci A1 (RSC) ściennie centrowana (4 atomy na komórce)Fe-γ,AL, Cu, Ni, Pb. A2(RPC)przestrzennie centrowana(2 atmy na komórce)Fe- γ,V,Cr,Mo. Układ Tetragonalny – komórka prostopadłościan o podstawie kwadratu. U Heksagonalny A3 (Zn,Mg,Ti-β,Zr-β) jest graniastosłupem o podstawie rombu z kątami 60 i120 . Atomy rozmieszczone są na narożach i w połowie rozmieszczonej komórki.

DEFEKTY SIECI KRYSTALICZNEJ- D PUNKTOWE , D LINIOWE (dyslokacja ) ułatwiają odkształcenie metali , bez nich obróbka plastyczna byłaby niemożliwa, D POWIERZCZNIOWE są czynnikiem umacniającym materiał.

TEKSTURA – nazywmy kierunkowe ustawianie się ziarn w metale polikrystalicznym określonego kierunku krystalograficznego a w blachach również płaszczyzny T. ODKSZTAŁCENIA , T. WYŻARZANIA (rekrystalizacji) , T. WZROSTU . KRYSTALIZACJA- (krzepnięcie) nazywamy przejście metalu ze stanu gazowego lub ciekłego w stan stały, w którym metal ma z reguły strukturę krystaliczną.

SIŁA NAPĘDOWA KRYSTALIZACJI- dążenie do obniżenia energii swobodnej co powoduje uwolnienie ciepła utajonego krystalizacji , nie odprowadzane utrudnia lub hamuje krystalizację .

KRYSTALIZACJA METALI I STOPÓW- metale krystalizują w stałej temp. zwanej temp krystalizacji , stopy w zakresie temperatur. W procesie krystalizacji stopów następuje zróżnicowanie składu chemicznego zakrzepłego stopu zwane mikrosegregacją . RÓWNOWAGA FAZOWA-polega na tym , że w wyniku jednakowych energii swobodnych wszystkich faz układu stosunki ilościowe między poszczególnymi fazami nie ulegają zmianie i w stopach ustaje przepływ składników między fazami .

PRAWO TAMMANNA- szybkość krystalizacji i struktura zakrzepłego metalu zależą od szybkości z jaką powstają zarodki fazy stałej i od szybkości ich wzrostu , a te od wielkości ich przechłodzenia ΔT poniżej temperatury równowagowego współistnienia .

DENDRYTY- czyli kształty drzewiaste , cechują się tym że gałęzie rosną w kierunkach których jest największa szybkość rozrostu . warunkiem wzrostu dendrytycznego jest odwrócenie gradientu temp.

MIKROSEGREGACJA DENDR – jest to zróżnicowanie składu chemicznego wewnątrz jednego dendrytu (ko).

ODKSZTAŁCENIE PLASTYCZNE MET – zmiana zewnętrznego wyglądu metalu pod wpływem sil zewntrznych bez pęknięć i rozwarstwień . są dwa mechanizmy , poślizg , bliżniakowanie .

STARZENIE PO ZGNIOCIE – jest to ponowne wystąpienie wyraznej granicy plastyczności jeśli podczas pierwszego przekroczenia górnej granicy plastyczności materiał zostanie odłożony na kilka dób . w tym czasie następuje dyfuzyjne przegrupowanie domieszek międzywęzłowych do nowych położeń co powoduje wzrost granicy plastyczności (obniża ciągłość stali i nierówność powierzchni) .

NADPLASTYCZNOŚĆ – zjawisko nadzwyczaj dużego odkształcenia plastycznego, dochodzącego do 2000% obserwowanego w niektórych drobnoziarnistych stopach w temp wyższej niż 0,4Ttop miarą jest m=dlogσ/dlogέ

NADPLASTYCZNOŚĆ STRUKTURALNA – głównym mechanizmem nadplastycznego płynięcia jest poślizg po granicach ziarn i dyfuzja wymuszona istnieniem pól naprężeń. NADPLASTYCZNOŚĆ PODKRYTYCZNA – zachodzi w stalach wówczas, gdy odkształcenie następuje poniżej temp przemiany fazowej.

MATERIAŁY NADPLASTYCZNE – są to te które mają m>0,3 i wydłużenie ε>100% ZGNIOT – nazywamy zmiany własności fizycznych i mechanicznych metalu lub stopu wywołane jego odkształceniem plastycznym na zimno , tzn. poniżej ok. 0,4Ttop także potocznie odkształcenie wywołujące stan zgniotu. Zmiany własności wywołane zgniotem nasilają się ze wzrostem wielkości odkształcenia.

ZMIANY W STRUKTURZE M W WYNIKU ZGNIOTU – są związane z wprowadzeniem defektów sieci: punktowych, liniowych. Ze wzrostem stopnia odkształcenia zwiększa się gęstość tych defektów i ulega zaburzeniu periodyczny układ atomów w sieci.

ZMAGAZYNOWANA ENERG ODKSZTAŁCENIA – nazywamy energię związaną z defektami sieci wprowadzonych do kryształu w wyniku odkształcenia plastycznego . WPŁYW ZGNIOTU NA WŁASN MECHA METALU – zgniot zwiększa twardość i wytrzymałość na rozciąganie oraz granice plastyczności , a zmniejsza własności plastyczne : wydłużenie i przewężenie .

WPŁYW ZGNIOTU NA WŁ FIZYCZNE – zgniot wpływa na te własności fizyczne , które są zależne od defektów punktowych . Zmniejsza przewodność elek. I zwiększa rezystywność . Zmniejsza nasycenie i przenikalność manetyczną .

ZDROWIENIE – zachodzi poniżej temp rekrystalizacji . Obejmuje zanik defektów punktowych i naprężeń .

ZMIANA WŁASNOŚCI MAT PODCZAS ZDR – zmieniają się własności fizyczne , które są uzależnione od obecności defektów punktowych a więc odporność elektr i koercja , w metalach niskotopliwych zachodzi zdrowienie granicy plastyczności ( stopniowe obniżanie się granicy z czasem ).

REKRYSTALIZACJA – jest to zarodkowanie w zgniecionym materiale nowych , nieodkształconych ziarn i ich rozrost , aż do całkowitego pochłonięcia obszarów zdefektowanych . Zachodzi w temp wyższej niż zdrowienie .

TEMP REKRYSTALIZACJI – jest to temp oddzielająca zakres zdrowienia od zakresu rekrystalizacji .

MECHANIZM REK – R zachodzi przez zarodkowanie nowych nie odkształconych ziarn i ich rozrost , proces zachodzi całkowicie w stanie stałym . Siłą napędową jest dążenie do obniżenia zmagazynowanej energii odkształcenia .

WIELKOŚĆ ZIARN – jeśli szybkość zarodkowania jest mała to ziarno jest duże jeśli duża ziarno jest drobne

WYKRES RÓWNOWAGI FAZOWEJ –jest to wykres przedstawiający temp., przy których zachodzi zmiana liczby stopni swobody (liczby faz) w funkcji składu chemicznego stopu w warunkach równowagi termodynamicznej

FAZĄ- nazywamy część układu jednorodną pod względem chemicznym i krystalograficznym oddzieloną od reszty układu powierzchnią graniczną, czyli granicą między fazową.

UKŁADEM nazywamy zbiór faz. Jeżeli te fazy znajdują się w równowadze termodynamicznej to mówimy o układzie równowagi.

ENERGIA SWOBODNA jest jednoznaczną funkcją stanu określającą stan układu. Jeżeli układ znajduje się przy stałej temp. i objętości równowaga jest opisywana za pomocą energii swobodnej Helmholtza F F= E-TS, E- energia wewnętrzna, S entropia. Dla stałej temp. i ciśnienia równowagę opisuje energia swobodna Gibbsa G G=E+PV-TS

RÓWNOWAGA FAZOWA istnieje wówczas gdy w określonych warunkach termodynamicznych stosunki ilościowe między fazami układu tj. skład fazowy pozostają stałe.

REGUŁA FAZ GIBBSA określa za pomocą formuły matematycznej liczbę stopni swobody S tzn. liczbę zewnętrznych i wewnętrznych czynników które można zmieniać nie powodując zmiany liczby faz f w układzie S=n-f +1 n-liczba składników jeśli ciśnienie jest zmieniane to liczbą we wzorze jest 2.

MIKROSEGREGACJĄ DENDRYTYCZNĄ nazywamy zróżnicowanie składu na przekroju jednego kryształu (dendrytu) powoduje ją nierównomierna krystalzacja. Stop EUTEKTYCZNY o składzie punktu e krzepnie w temp. t_e stopy na lewo od punktu e nazywamy stopami podeutektycznymi a na prawo nadeutektycznymi.

UKŁADY EUTEKTYCZNE Z BRAKIEM ROZPUSZCZALNOŚCI W STANIE STAŁYM tworzą pierwiastki Cu-Bi, Ca-Sn, Ca-Zn, Ge-Sb, Ge-Zn, Sn-Zn i inne. EUTEKTYKI CECHUJĄ się drobnoziarnistą strukturą co sprzyja jednorodności stopu, wpływa to korzystnie na własności mechaniczne. Stopu eutektyczne odznaczają się niską temp. topnienia dobrą lejnością małą tendencją do pękania na gorąco i mają skoncentrowaną jamę skurczową. Wiele z tych stopów wykazuje własności nadplastyczne.

UKŁADY Z FAZAMI MIĘDZYMETALICZNYMI cechują się występowaniem co najmniej dwóch przemian izotermicznych przy czym wzrostowi liczby przemian towarzyszy wzrost liczby faz międzymetalicznych. Wtórny roztwór stały γ o składzie punktu 2 ulega rozkładowi w temp. t_e na mieszaninę eutektoidalną faz (zwaną także eutektoidem): α o składzie punktu 1 i β o składzie punktu 3 jest to przemiana bardzo podobna do przemiany eutektycznej ale zachodzi całkowicie w stanie stałym. Przemiana taaka nazywa się przemianą eutektoidalną. Stopy na lewo do punktu 2 nazywamy podeutektoidalnymi a na prawo nadeutektoidalnymi

OCP – nazywamy połączenie odkształcenia plastycznego z obróbką cieplną w taki sposób, aby przemiana fazowa zachodzia przy zwiększonej gęstości defektów sieci wywołanej odkształceniem plastycznym. Powstające struktury dziedziczą defekty sieci wytworzone w austenicie, co wpływa pozytywnie na własności stali.

Wyżarzanie ujednoradniające -polega na nagrzaniu do temp. zbliżonej do linii solidus wygrzewaniu w tej temp. aż do zajścia dyfuzji i wyrównanie składu chemicznego oraz chłodzeniu.

Wyżarzanie przegrzewające przeprowadza się podobnie jak ujednoradniające celem jego jest spowodowanie rozrostu ziarn i ułatwienie skrawalności stali.

Wyżarzanie grafityzujące- długotrwałe wygrzewanie powyżej Ac₃ celem rozkładu cementytu na grafit.

Wyżarzanie normalizujące- polega na nagrzaniu do stanu austenitycznego następnie studzeniu na wolnym powietrzu w celu rozdrobnienia ziarna i ujednolicenia struktury.

Wyżarzanie zupełne- prowadzi do wytworzenia struktury zbliżonej do stanu równowagi. Celem zabiegu jest zmniejszenie twardości i naprężeń wewnętrznych oraz zwiększenie ciągliwości stali.

Wyżarzanie rekrystalizujące- stosowane po uprzednim zgniocie przeprowadza się w temperaturze poniżej Ac₁, ale powyżej temperatury rekrystalizacji w celu usunięcia skutków zgniotu (wzrost plastyczności).

Wyżarzanie odprężające-celem obróbki jest zmniejszenie naprężeń wewnętrznych bez wywołania zmian strukturalnych.

OPERACJE HARTOWANIA- prowadzą do powstania struktury nie równowagowej. Celem zabiegu jest znaczne zwiększenie twardości wyrobu.

Hartowanie objętościowe- polega na nagrzaniu elementu na wskroś i może być realizowane z różnymi prędkościami studzenia.

Hartowanie zwykłe- (martenzytyczne) polega na austenityzowaniu z następnym szybkim oziębieniem w jednym ośrodku w celu uzyskania struktury martenzytycznej. W zależności od sposobu chłodzenia rozróżniamy:

hartowanie przerywane- polegające na stosowaniu dwóch ośrodków chłodzących(np. najpierw wody a następnie oleju),

hartowanie stopniowe- polega na wytrzymywaniu przedmiotu w temperaturze wyższej od temperatury wyższej od początku przemiany maretenzytycznej aż do wyrównania temp. na przekroju, po czym zanim rozpocznie się przemiana dyfuzyjna następuje chłodzenie przedmiotu,

hartowanie izotermiczne- (bainityczne) ma podobny przebieg jak stopniowe, z tym, że czas wytrzymywania w temp. pośredniej jest dostatecznie długi, aby zaszła przemiana bainityczna.

Hartowanie powierzchniowe- polega na austenityzowaniu jedynie cienkiej warstwy powierzchniowej przedmiotu w wyniku, czego tylko w tej warstwie tworzy się struktura martenzytyczna i następuje utwardzanie powierzchni.

Odpuszczanie- polega na nagrzaniu uprzednio zahartowanego przedmiotu do temp. leżącej poniżej Ac₁, co prowadzi do usunięcia naprężeń oraz przemian wywołujących zmniejszenie twardości i wzrost plastyczności stali. Połączenie zabiegów hartowania i wysokiego lub średniego odpuszczania nazywamy ulepszaniem cieplnym.

Patentowaniem – nazywamy obróbkę mającą na celu uzyskanie drobnego perlitu. Po austenityzowaniu następuje szybkie schłodzenie do temp. ok. 500⁰C i wytrzymanie w tej temp. przez okres wystarczający do zajścia przemiany perlitycznej. Stosuje się to do obróbki cieplnej drutu.

Przesycanie i starzenie – może być stosowane w stopach, w których występuje zmniejszenie rozpuszczalności składnika w stanie stałym z obniżeniem temp. przesycenie (oziębienie) ma na celu uzyskanie przesyconego roztworu stałego. Starzenie (wygrzewanie) prowadzi do wydzielenia dyspersyjnych cząstek. Efektem tego jest wzrost twardości i wytrzymałości stopu oraz spadek plastyczności. Połączenie obu operacji nazywamy utwardzaniem wydzieleniowym.

Wymrażanie (obróbka pod zerowa) – polega na obniżeniu temp. zahartowanego przedmiotu poniżej 0⁰C. Ma na celu dalsze rozłożenie austenitu nieprzemienionego w martenzytu. Ze względu na skłonność do stabilizacji wraz z upływem czasu, wyprażanie powinno być przeprowadzane bezpośrednio po zahartowaniu.

Przemiana perlityczna jest dyfuzyjna, co oznacza, że do jej rozpoczęcia i przebiegu jest konieczna przegrupowanie atomów węgla i żelaza drogą dyfuzji. Twardość perlitu zależy od stopnia jego dyspersji.

Przemiana bainityczna rozpoczyna się od utworzenia zarodków ferrytu. Z ferrytu tego następnie wydzielają się bardzo drobne cząstki węglików. W wyższych temp. przemiany jest to cementyt, natomiast w niższych (poniżej 300⁰C) skład i struktura tych cząstek różnią się od cementytu. Bainit górny jest pierzasty a dolny iglasty. Płytka czy igła kainitu składa się z ferrytu i węglików o dużej dyspersji, węgliki są grubsze i przeważnie równolegle zorientowane do płytek ferrytu.

Przemiana martenzytyczna- występuje w wielu stopach, ale tylko martenzyt węglowy w stali cechuje się dużą twardością. Martenzytem nazywamy przesycony roztwór stały węgla w żelazie α. W układzie Fe-C przemiana martenzytyczna przebiega tylko jednokierunkowo. Siłą napędową przemiany martenzytycznej jest różnica energii swobodnej między austenitem i martenzytem, ale warunkiem powstania martenzytu jest chłodzenie austenitu z taką szybkością, aby nie uległ on wcześniej przemianie w perlit lub kainit.

Średnica krytyczna hartowania jest to maksymalna średnica pręta, przy której zostanie on zahartowany na wskroś.

Warstwą zahartowaną przyjęto uważać strefę, w której znajduje się co najmniej 50% martenzytu (kryterium hartowności).

Odpuszczaniu niskiemu poddaje się głównie narzędzia, które powinny cechować się wysoką twardością i odpornością na ścierani (100 do 250⁰C).

Odpuszczanie średnie- jest stosowane w celu nadania obrabianym elementom wysokiej granicy sprężystości przy równoczesnym polepszeniu ich własności plastycznych. Takie własności powinny mieć sprężyny i resory. Po odpuszczaniu otrzymuje się strukturę odpuszczanego martenzytu o twardości ok. 450HB. W tym zakresie temp. występuje tzw. kruchość odpuszczania pierwszego rodzaju (nieodwracalna), która objawia się spadkiem udarności przy odpuszczaniu stali węglowych lub stopowych w temp. ok. 300⁰C (temp. odpuszczania od 250 do 450⁰C).

Odpuszczanie wysokie własności wytrzymałościowe (R_m, R_e, HB) wyraźnie maleją a plastyczne (A₅,Z) wzrastają. Powstaje, struktura złożona z ferrytu i bardzo drobnych kulistych wydzieleń cementytu (sorbetem). Wysokie odpuszczanie zalecane do części maszyn ze stali konstrukcyjnych węglowych stopowych i narzędzi do pracy na gorąco, po takiej obróbce uzyskuje się optymalną kombinację własności wytrzymałościowych i plastycznych tj. dużą udarność, wydłużenia przy max stosunku R_e/R_m. Połączenie zabiegu hartowania z średnim lub wysokim odpuszczaniem nazywamy ulepszaniem cieplnym stali. Przy wysokim odpuszczaniu stali stopowych konstrukcyjnych występuje zjawisko zmniejszenia udarności stali [po powolnym chłodzeniu zwane kruchością odpuszczania drugiego rodzaju (odwracalne) (temp. odp. od 450 do 600⁰C).

Utwardzaniem wydzieleniowym nazywamy obróbkę polegającą na dyspersyjnym wydzielaniu faz wywołujących silne umocnienie.. Ruch dyslokacji jest hamowany przez cząstki jednak dyslokacja może się przemieszczać między cząstkami. W wyniku poślizgu następuje stopniowe wyginanie dyslokacji aż do utworzenia pętli wokół każdej cząstki. Dyslokacja odrywa się wówczas od cząstek powodując zmniejszenie efektywnej odległości między cząstkami, co utrudnia przejście kolejnej dyslokacji.itd. Stan taki odpowiada silnemu umocnieniu stopu. Najsilniej umacniają stop cząstki koherentne z osnową, które są zapętlone cząstki nie koherentne mogą być ścinane przez dyslokacje i ich wpływ na umocnienie jest mniejszy. Wydzielenie cząstek fazy umacniającej można wywołać w tych stopach, które wykazują zmienną rozpuszczalność składników w funkcji temp. utwardzanie wydzieleniowe składa się z dwóch zabiegów przesycania i starzenia

ŻELAZO (własności)– liczba atomowa 26, masa tomowa 55,85, gęstośc 7,8Mg/m³ wł: wytrzymałościowe Rm≈250MPa, Re≈150MPa, ok. 54HB, bardzo plastyczne A₁₀≈50%, KC≈250 J/cm²,

ODMIANY ŻELAZA W UKŁADZIE Fe-C- do temp. 912⁰ ma sieć A2 i odmiana ta jest oznaczona jako Fe-α w zakresie 912 do 1394⁰C – sieć A1 (oznaczone Fe-γ) i powyżej aż do temp. topnienia (1538⁰C) sieć A2 i oznaczone Fe-α(δ)

PRZEMIANA PERYTEKTYCZNA –przebiega zgodnie ze wzorem δ_H+L_B ↔w temp.1495⁰ γ_J co oznacza że przy chłodzeniu ferryt δ o składzie punktu H reaguje z roztworem ciekłym L o składzie punktu B dając w wyniku austenit o składzie punktu J. Przemiana ta zachodzi tylko w stopach o zawartości węgla w zakresie między punktami H(0,09%) i B(0,53%).

PRZEMIANA EUTEKTYCZNA-przebiega zgodnie ze wzorem L_C ↔ w temp.1148⁰ γ_E+Fe₃C co oznacza że przy chłodzeniu roztwór ciekły o składzie punkty C(4,3%C) ulega rozkładowi na mieszaninę eutektyczną złożoną z austenitu o składzie punktu E i cementytu zwaną ledeburytem. Przemiana ta zachodzi w stopach o zawartości węgla wyższej od punktu E(2,11%).

PRZEMIANA EUTEKTOIDALNA- przebiega zgodnie ze wzorem γ_S↔w temp.727⁰ α_P+ Fe₃C co oznacza że przy chłodzeniu austenitu o składzie punktu S(0,77%) ulega rozkładowi na mieszaninę eutektoidalną ferrytu o składzie punktu P i cementytu zwaną perlitem. Przemiana ta występuje we wszystkich stopach o zawartości węgla wyższej od punktu P(0,0218%C). W stopach o zawartości węgla powyżej 2,11% przemianie eutektoidalnej podlega również austenit wchodzący w skład eutektyki(ledeburyt) w wyniku czego powyżej 727 składa się ona z perlitu i cementytu i jest zwana ledeburytem przemienionym.

FERRYT-jest roztworem stałym międzywęzłowym węgla w żelazie α. Powstaje przez wchodzenie atomów węgla do luk oktoedrycznych które SA spłaszczone i tetraedryczne. Fakt że średnica atomów węgla jest większa od średnicy luk powoduje że rozpuszczalność węgla jest mała i nie przekracza 0,022%. Własności mechaniczne R_mok.300MPa, 80HB, A₁₀=40%,kc ok.180J/cm².Ferryt δ jest roztworem stałym węgla w wysokotemperaturowej odmianie żelaza α.wykazuje on większą rozpuszczalność niż ferryt α do 0,09%.

AUSTENIT-jset roztworem stałym międzywęzłowym węgla w Fe-γ o maksymalnej rozpuszczalności węgla 2,11% ma największą gęstość z pośród wszystkich faz układu . własności mechaniczne R_m ok. 700 do 800 MPa R_e=250MPa 200HB A₁₀ok. 40 do 60% KC ok.200 do 300J/cm².

PERLIT-jest eutektoidem o zawartości 0,77%C powstaje w wyniku przemiany eutektoidalnej. Jest zbudowany na przemian z płytek ferrytu i cementytu o stosunku grubości 7:1.własności mechaniczne R_mok. 700 do800MPa Re ok. 400MPa HB od 180 do 220 A₁₀ ok. 8% KC ok. 40J/cm².

LEDEBURYT-jest mieszaniną eutektyczną austenitu i cementytu cechuje go dość znaczna twardość (ok.450HB) i kruchość powyżej 727 występuje jako ledebutyt przemieniony. CEMENTYT- jest węglikiem żelaza (Fe₃C) zawiera 6,67% mas węgla.

SIARKA w stali nie rozpuszcza się w żelazie natomiast tworzy siarczek żelaza w temp. czerwonego żaru (powyżej 800⁰C) uniemożliwia jej obróbkę na gorąco.

ŻELIWA I SURÓWKI – stopy żelaza z węglem, zawierają ok. 2% C oraz różne dodatki jak krzem i mangan oraz zanieczyszczenia (siarka i fosfor).

ODMIANY TECHNICZNIE CZYSTEGO ŻELAZA – A)ż strefowo topione (<0,001%domieszek), B)ż chemiczne (ok. 0,007%) c)ż elektrolityczne (ok0,02%) d)ż karbonylowe (ok0,03%).

ŻELIWO BIAŁE (nazwa pochodzi od jasnego przełomu) w którym cały węgiel jest związany zawiera w strukturze ledeburyt przemieniony z cementytem pierwotnym lub perlitem. Jest ono bardzo twarde ale zarazem kruche. Nie można go obrabiać mechanicznie przez skrawanie, lecz jedynie szlifować. Jest stosowane jako półprodukt do wytwarzania żeliwa ciągliwego. Niekiedy stosuje się żeliwo zabielone które na powierzchni ma strukturę ledeburyczną a wewnątrz jest szare. Taka struktura odlewu sprzyja jego odporności na ścieranie.

ŻELIWO SZARE – nazwa pochodzi od ciemnego przełomy spowodowanego obecnością grafitu. Własności żeliw szarych zależą nie tylko od struktury osnowy metalicznej, ale również od postaci grafitu. Struktura osnowy może być ferrytyczna ,ferrytyczno-perlityczna lub perlityczna ze wzrostem ilości perlitu w osnowie wzrasta wytrzymałość i twardość żeliwa a maleje wydłużenie.

STALIWEM- nazywamy stal odlaną do form i stosowaną w tym stanie bez obróbki plastycznej.

STALE WĘGLOWE – obrobione plastycznie stopy żelaza z węglem o zawartości C poniżej 2%, nie przekraczające ok. 1,5 %.

Stale stopowe – są to obrobione plastycznie stopy żelaza, które oprócz węgla zawierają inne

pierwiastki.

Stale konstrukcyjne – są stosowane do wyrobu części maszyn i konstrukcji. W tej grupie

znajdują się stale do nawęglania, azotowania, ulepszania, łożyskowe i sprężynowe oraz stale dla budownictwa. Są to, z wyjątkiem łożyskowych, stale o małych lub średnich zawartościach węgla i niskostopowe, w których ogólna zawartość pierwiastków stopowych nie przekracza na ogół kilku procent.

Stale narzędziowe – cechują się możliwie największą twardością, znacznie większą od obrabianego materiału, a także, w przypadku narzędzi nagrzewanych w czasie pracy, dużą odporność na odpuszczanie. Zawierają na ogół większą ilość węgla i pierwiastków stopowych. Ostateczne właściwości nadaję się im przez hartowanie i odpuszczanie. W grupie tej można wyodrębnić stale narzędziowe do pracy na zimno i na gorąco oraz stale szybkotnące.

Stale i stopy o szczególnych własnościach (specjalne) – Do tej grupy zalicza się stopy żelaza o najbardziej zróżnicowanych zastosowaniach, zastosowaniach tym samym własnościach, własnościach więc: nierdzewne, żaro- i kwasoodporne, zaworowe, odporne na ścieranie, mające określone własności elektryczne, magnetyczne, współczynniki rozszerzalności cieplnej itp.

Klasyfikacja Stali stopowych wg struktury – W stanie równowagi: podeutektoidalne, eutektoidalne(perlityczne) nadeutektoidalne, ledeburytyczne. Po przyspieszonym chłodzeniu (na powietrzu): perlityczną, bainityczną, martenzytyczną, austenityczną lub ferrytyczną.

Wpływ pierwiastków na przemiany alotropowe żelaza – Pierwiastki austenitotwórcze: nikiel, kobalt, mangan, węgiel, azot, miedź Pierwiastki zwężające zakres austenitu: chrom, molibden, wolfram, wanad, tytan <węglikotwórcze); krzem, glin, fosfor <ferrytotwórcze); tantal, niob, cyrkon, bor

Wpływ pierwiastków stopowych na własności ferrytu – najsilniej utwardzają ferryt krzem i mangan, a przy tym do zawartości 1% nie zmniejszają udarności.

Wpływ pierwiastków stopowych na rozrost ziarna austenitu – Pierwiastki stopowe zmniejszają skłonność ziarn austenitu do rozrostu. Jest to wynikiem zmniejszenia szybkości dyfuzji, a także segregacji a także segregacji atomów na granicach ziarn, co utrudnia migrację granic. Wpływ pierwiastków węglikotwórczych (chromu, molibdenu, wolframu, wanadu, tytanu) jest duży i zwiększa się ze wzrostem powinowactwa do węgla. Wpływ niklu, kobaltu i krzemu jest niewielki. Natomiast mangan i bor zwiększają skłonność austenitu do rozrostu ziarna.

Wpływ pierwiastków stopowych na kinetykę przemiany przechłodzonego austenitu – Wszystkie pierwiastki stopowe w austenicie, austenicie wyjątkiem kobaltu, zwiększają okres inkubacyjny austenitu, czyli jego trwałość, przesuwając krzywe początku i końca przemiany w prawo. Jednocześnie pierwiastki o dużym powinowactwie do węgla (Cr, W, Mo, V, Ti) oprócz zwiększania trwałości austenitu zmieniają, przy większych zawartościach, charakter krzywych początku i końca przemiany

Wpływ pierwiastków stopowch na hartowność – Hartowność, czyli skłonność do tworzenia struktury martenzytycznej jest silnie skorelowana z trwałością austenitu (v_kr).Najsilniej zwiększają hartowność Mo, Cr, Mn, słabo działają Si i Ni.

Wpływ pierwiastków stopowych na przemianę martenzytyczną – Nie wpływają na szybkość zachodzenia przemiany a jedynie zmniejszają położenie temperatur początku i końca. Podnoszą: Al., Co. Obniżają: Si, Cu, Mo, Cr, Mn

Wpływ pierwiastków stopowych na zawartość austenitu szczątkowego – ilość austenitu szczątkowego po zahartowaniu jest zależna od górnej i dolnej temperatury przemiany martenzytycznej. Im wyższe te temperatury tym więcej austenitu szczątkowego (Al., Co – zwiększają; Si, Cu, Mo, Cr, Mn – zmniejszają)

Wpływ pierwiastków stopowych na proces odpuszczania – zahartowane stale są słabo odporne na proces odpuszczania bo po podgrzaniu do 200 C miękną. Pierwiastki stopowe zmniejszają skłonność stali do odpuszczania, Pierwiastki węglikotwórcze w większych ilościach wywołują twardość wtórną.

Proces odpuszczania. Różnice w odpuszczaniu stali stopowych i węglowych. – Do 450 C mechanizm odpuszczania stali stopowych i węglowych jest taki sam. Odpuszczanie – początkowo wydziela się węglik , a następnie ulega rozkładowi austenit szczątkowy (powyżej 450C> szybkość dyfuzji atomów węglikotwórczych składników stopowych staje się na tyle duża, że mogą tworzyć się węgliki pierwiastków mających większe powinowactwo do węgla niż żelazo. Jednocześnie niestabilny w tych warunkach cementyt ulega rozpuszczeniu lub stopniowo zamienia się w węglik innego typu. W przypadku gdy z osnowy wydzielają się bardzo dyspersyjne węgliki, a cementyt ulega w niej rozpuszczeniu, tj. w temp 500÷550 C występuje twardość wtórna. Stopień utwardzenia wtórnego zależy od zawartości węgla oraz od ilości i rodzaju pierwiastków stopowych – węglikotwórczych, rozpuszczonych w austenicie.

Wpływ temperatury odpuszczania na udarność – po nagrzaniu stali konstrukcyjnych w pewnych zakresach temperatur udarność spada, nazywa się to kruchością odpuszczania

Występuje ona (kruchość odpuszczania pierwszego rodzaju) we wszystkich stalach po odpuszczeniu t temp do ok. 300 C niezależnie od szybkości chłodzenia. (Kruchość odpuszczania drugiego rodzaju) występuje w stalach stopowych po odpuszczaniu powyżej 500 C i tyko po powolnym chłodzeniu. Można mu zapobiec wprowadzając do stali 0,3% Mo lub przez szybkie ochłodzenie w wodzie zaraz po odpuszczaniu

Charakterystyka stopowych stali konstrukcyjnych – Są to stale podeutektoidalne zawierające do kilku procent pierwiastków stopowych takich jak: chrom, nikiel, mangan, krzem, wanad, tytan, molibden, aluminium, bor. Charakteryzują się dużą wytrzymałością i ciągliwością. Są odporne na męczenie i kruche pęknie. Stale sprężynowe i resorowe – dodatkowo cechują się wysoką granicą sprężystości, co osiąga się oprócz podwyższonej zawartości węgla także dodatkami krzemu, manganu, niekiedy wanadu i stosowaniem średniego odpuszczania. Stale łożyskowe musi cechować wysoka twardość i odporność na ścieranie i dlatego mają one stosunkowo dużo węgla (ok. 1%) zawierają chrom i ewentualnie zwiększoną zawartość Mn i Si oraz są poddawane niskiemu odpuszczaniu.

Stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości – Są to stale zawierające ok. 0,2% C, ok. 1,5% Mn, ok. 0,5% Si i na ogół mikrododatki (ok. 0,1%) wanadu, tytanu lub niobu oraz azotu. Re=560Mpa

Stale mikrostopowe – Stale mikrostopowe SA modyfikacją stali niskostopowych niskostopowych podwyższonej wytrzymałości, a różnią się od nich podwyższoną zawartością węgla (0,35÷0,5%) Re do 700MPa Rm do 1160MPa

Stale ferrytyczno-martenzytyczne z mikrododatkami – Są to stale przeznaczone do głębokiego tłoczenia i spawalne. Zawierają do 10% martenzytu. Podstawowymi pierwiastkami stopowymi są krzem i mangan, z możliwymi mikrododatkami wanadu lub tytanu oraz ceru lub cyrkonu. Skład tych stali jest następujący: C do 0,15%; Mn do 2,5%; Si do 1,5%; Cr do 1%; Mo do 0,5%; Nb i V do 0,14%. Rm ok. 900MPa, As ok. 20%.

Stale konstrukcyjne do ulepszania cieplnego – największa grupa stali konstrukcyjnych z których wykonuję się części maszyn i pojazdów. W wyniku hartowania i wysokiego odpuszczania uzyskuję się strukturę sorbityczną, cechującą się dużym stosunkiem Re/Rm, dużą ciągliwością (udarnością). Zawierają 0,3÷0,5% C i dodatki manganu, chromu, krzemu, niklu nie przekraczające w sumie kilku procent, niektóre także molibden (0,2÷0,3) i wanad od 0,1÷0,2. Temp. hartowania leży w zakresie 830-900 ⁰C, odpuszcza się je w temp od 500 do 550 ⁰C. Rm=800-1500MPa Re=550-1300MPa.

Stale konstrukcyjne bainityczne – stale spawalne, niskowęglowe zawierają: chrom, molibden, mangan i bor

Stale sprężynowe – Do stali sprężynowych wprowadza się przede wszystkim pierwiastki silnie umacniające ferryt (Mn 0,4-1,1%; Si do 1,8%; oraz Cr 0,5 – 1%) oraz zwiększone zawartości węgla (0,45-0,65%), który podnosi granicę plastyczności. Hartowanie w zakresie 800-850 ⁰C, odpuszczanie 400-500 ⁰C by ich twardość wynosiła od 35 do 45 HRC, Re od 780-1370 MPa

Stale łożyskowe – wytwarzane z różnych stali, do hartowania i odpuszczania około 1% C oraz Cr (ok. 1,5%). Do hartowania indukcyjnego o zawartości 0,4-0,5% C z podwyższoną zawartością Mn (do ok. 1,1%) lub z Mn, Cr, Mo,

Charakterystyka stali narzędziowych – duża twardość, odporność na ścieranie, na te własności wpływa zawartość węgla i pierwiastków węglikotwórczych (Cr, Mo, W, V). Stle narzędziowe dzielimy na 3 grupy: do pracy na zimno (do około 250 ⁰C), do pracy na gorąco (do ok. 600 ⁰C) i szybkotnące.

Stale szybkotnące – zawiera dużo węgla od 0,8 do 1,4% i pierwiastków węglikotwórczych, które wywołują twardość wtórną(w sumie do ponad 30%)

Metoda Snyder-Graffa – Po wykonaniu zgładu z zahartowanych próbek poddaje się je trawieniu w odczynnikach M11Fe¹ lub M12Fe, Me następnie na matówce wykreśla się odcinek 63,5 mm i przy powiększeniu 500x oblicza się liczbę przecięć z granicami ziarn. Gdy liczba przecięć leży w zakresie 12-15, ziarno uważa się za drobne, przy liczbie przecięć mniejszej od 8 za grube.

Stale specjalne – stale o szczególnych własnościach fizycznych i chemicznych stosowane w: energetyka cieplna, technika rakietowa, chemia, elektrotechnika i elektronika. Własności: żaroodporność i żarowytrzymałość, odporność na korozje i kwasoodporność, szczególne własności elektryczne, magnetyczne lub cieplne

Stale nierdzewne i kwasoodporne – Od stali nierdzewnych jest wymagana odporność na korozję atmosferyczną i słabe roztwory soli, kwasów i ługów, stali kwasoodpornych muszą być odporne na stężone kwasy i ługi.

Własności mechaniczne stali austenitycznych – Po przesyceniu są ciągliwe Rm= 500-700MPa, Re ≈ 250MPa, A- powyżej 40%.

Żaroodporność – odporność na działanie gazów utleniających

Żarowytrzymałość – jest to odporność na odkształcenia w temperaturach wyższych niż 500⁰C czyli na pełzanie. (Stale ferrytyczne i austenityczne o małej zawartości węgla, podwyższonych zawartościach chromu i niklu i zawierające dodatkowo krzem i aluminium)

Charakterystyka ferrytycznych stali żaroodpornych i żarowytrzymałych – stale niżej stopowe (5%Cr + Mo). Stale wyżej stopowe (chrom 13÷25%; aluminium 1÷1,5%; krzem 1÷1,5%; tytan do 0,8%) są ferrytyczne i mogą być stosowane w zależności od ilości pierwiastków stopowych od 950÷1100 ⁰C

Rodzaje kruchości w żarowytrzymałych stalach chromowych – jeżeli zawartość chromu w stalach ferrytycznych jest większa niż 13% to podczas wygrzewania w zakresie 400÷500⁰C powstaje kruchość, zwana „kruchością 475”. Można ją usunąć przez krótkotrwałe wygrzewanie w temp powyżej 600⁰C. W stalach wysokochromowych wygrzewanych w zakresie 600÷850⁰Cpojawia się kruchość związana z wydzielaniem się fazy sigma. Obydwa rodzaje kruchości usuwa przesycenie od temp 1000⁰C

Charakterystyka austenitycznych stali żarowytrzymałych – stale chromowo – niklowe o podwyższonych zawartościach Cr i Ni z dodatkami 1,5÷2,5% Si; Mo(do 1%) i mikrododatkami (N, V, Nb, Ti). Zakres temp. pracy tych stali wynosi 850÷1150⁰C.

Stale żarowytrzymałe ferrytyczno-austenityczne – są to stale zwane duplex. Zwiększony udział Cr i Mo, zmniejszony Ni. Zawirają od 0,1÷0,2% C; mikrododatki (Ti, N, Ce, Nb). Przykład stali drugiej grupy (w procentach mas) C-0,025; Si-0,4; Mn-1,6; Cr-22; Mo-3; Ni-5; V-0,1. Są one odporne na korozję naprężeniową i wżerową. Granica plastyczności R_0,2 tych stali przekracza 450MPa, a RM=600÷700MPa.

Stale zaworowe – odmiana stali żaroodpornych i żarowytrzymałych, odporność na ścieranie w wysokich temperaturach. Podatność do obróbki plastycznej i skrawania. Skład zbliżony do stali żarowytrzymałych z tym że zawierają więcej węgla (ok. 0,5%). Struktura stali niżej stopowych jest martenzytyczna, a wyżej stopowych austenityczna z zawartością węglików. Są to stale o składzie: 0,33÷0,85%C; do 0,5%N; do1,8%Al; do 2%Ti; do 0,6%V; do 2%Nb+Ta. Obróbka tych stali polega na hartowaniu (przesycaniu) od 1000÷1200⁰C i odpuszczeniu (starzeniu) w temp 720÷820⁰C

Stale

Stopy o szczególnie wysokiej żaroodporności i żarowytrzymałości – zwane nadstopami; stosowane w temp powyżej 750⁰C. Na osnowie Fe-Cr-Ni np. tinidur- 0,1%C; 14%Cr; 30%Ni; 2,5%Ti; z dodatkami Si, Mn, Al. W innych W, Mo, Nb, N. Temp pracy do 800⁰C. Złożone stopy Cr-Ni-Co-Fe np. multimet- po ok. 20% Cr, Ni, Co i dodatki W, Mo, Nb i ok. 30% Fe. Pracują 800÷850⁰C. Stopy na bazie kobaltu zamiast żelaza zawierają 40÷60% kobaltu z dodatkami Cr, Ni, Mo, W. pracują do 980⁰C. Nimoniki – ok. 20%Cr; 80%Ni z dodatkami Mo, Ti, Al., Zr, B. Wytrzymują temperatury do 1000⁰C.

Stale do utwardzania wydzieleniowego – Stale niskowęglowe (<0,1%C) co pozwala na ich spawanie. Są odporne na korozje. Jedne są martenzytyczne, utwardzone miedzią, oznaczane 17-4-PH. Zawierają 16%Cr; 4%Ni i ok. 3%Cu. Hartuje się (obróbka cieplna) od temperatury ok. 1050⁰C, starzenie w ok. 50⁰C. Druga grupa: stale półaustenityczne utwardzane związkami międzymetalicznymi Mo i Al: 17-Ph (17%Cr; 7%Ni ok. 1%Al) Starzenie w ok. 500⁰C. Po odpuszczaniu wytrzymałość wynosi ok. 1500MPa, wydłużenie ok. 10%

WPŁYW NIKLU NA WŁASNOŚCI STALI – Nikiel – pierwiastek austenitotwórczy, rozszerzający zakres austenitu, rozpuszcza się w nim bez ograniczenia, w ferrycie α do ok. 10% zwiększając jego wytrzymałości udarność. Obniża temperatury Ms i Mf oraz zwiększa ilość austenitu szczątkowego po hartowaniu. Jest częstym dodatkiem do stali konstrukcyjnej, nierdzewnych, żaroodpornych oraz stali i stopów specjalnych. specjalnych żeliwach sprzyja grafityzacji. Należy do pierwiastków drogich.

WPŁYW KOBALTU NA WŁASNOŚCI STALI – Kobalt – pierwiastek austenitotwórczy rozszerzający zakres austenitu rozpuszcza się bez ograniczeń, w ferrycie α rozpuszczalność jest duża ok. 75%Co. Podwyższa temp Ms czyli zmniejsza ilość austenitu szczątkowego, nie tworzy węglików. Jest składnikiem stali szybkotnących, narzędziowych, magnesy trwałe, węglików spiekanych. Jest pierwiastkiem drogim.

WPŁYW MANGANU NA WŁASNOŚCI STALI – Mangan – Jako pierwiastek austenitotwórczy rozszerza zakres austenitu, w ferrycie ograniczony do ok. 3%. Silnie zwiększa hartowność i ilość austenitu szczątkowego, obniża Ms i Mf. Rozpuszczony w ferrycie zwięsza twardość i wytrzymałość a udarność do zawartości ok. 1%. W każdej stali występuje do min. Ok. 0,5%.

ALUMINIUM – krystalizuje w sieci A1, cechuje się dużą plastycznością. Ma duże EBU (200÷250 mJ/m²), parametr sieci a=0,40408 nm; temp. top. 660,4⁰C; wrzenia 2060⁰C. Mał gęstość 2,7 Mg/m³ (3 razy mniejsza niż żelaza) metal lekki. Klasyfikacja stopów: odlewnicze i do obróbki plastycznej

WŁASNOŚCI I ZASTOSOWANIE Al. – cechuje się dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym (gorszym niż miedź), zastosowanie na przewody elektryczne. Wytrzymałość czystego aluminium jest niska: RM=70÷120MPa, Re=20÷40MPa, A₅=30÷40%, Z=80÷90%, twardość 15÷30HB, może być zwiększona przez zgniot. Jest odporne na działanie wody, wielu kwasów organicznych i związków azotu, odporne na działanie wodorotlenków (NaOH, KOH), kwasów beztlenowych (HF, HCl), wody morskiej i jonów rtęci. Zanieczyszczenie aluminium Fe, Si, Cu, Zn, Ti, obniżają one ciągliwość i przewodnictwo elektryczne, orz zwiększają twardość i wytrzymałość. Obróbke plastyczną można przeprowadzać na zimno lub na gorąco (450⁰C).

STOPY Al. DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ – najczęściej stopy wieloskładnikowe zawierające Mg i Mn lub Al., Mn i Mn; w mniejszych ilościach niż w stopach odlewniczych w których spotyka się: Si, Ni, Fe, Cr, Ti

STREFY GUINIERA-PERSONA (G-P) – Jest to stadium w wyniku dyfuzji zmiany struktury będące wynikiem rozkładu przesyconego roztworu stałego, polega na tworzeniu w płaszczyznach {100} skupisk atomów miedzi. Są to cienkie, dyskopodobne płytki o grubości kilku i średnicy kilkunastu „nm” koherentne z osnową. Strefy G-P są odpowiedzialne za wzrost umocnienia, zwłaszcza podczas starzenia naturalnego. Są niestabilne termicznie i po podgrzaniu do temp. ok. 200⁰C ulegają rozproszeniu

STOP DURALUMINIUM – stopy wieloskładnikowe Al. Przeznaczone do obróbki plastycznej i utwardzania wydzieleniowego, głównym przedstawicielem jest stop o zawartości ok. 4%Cu, ok. 1%Mg i ok. 1%Mn jako domieszki mogą występować Si i Fe do 0,7%. durale ulegają starzeniu w wyniku wydzielania się z przesyconego roztworu faz AlCu₂ i Mg₂Si ich własności są zależne od obróbki cieplnej (temp. starzenia) po starzeniu naturalnym osiągają wytrzymałość ok. 430MPa; starzenie przyspieszone obniża ich twardość ale zwiększa ciągliwość, wadą durali jest stosunkowo mała odporność na korozje,

DURAL CYNKOWY – wieloskładnikowy stop Al. Do obróbki plastycznej o składzie 1,4÷2%Cu 1,8÷2,8%Mg 0,2÷0,6%Mn 5÷7%Zn ok. 0,2%Cr. Osiąga większą wytrzymałość niż durale bezcynkowe (RM=600÷700 MPa Re=500÷550MPa A₅=12% twardość 150 HB temp. przesycania 470⁰C, starzenia 120÷140⁰C, czasy odpowiednio 20÷10h, wadą jest jego mała odporność na korozje,

OCP STOPÓW ALUMINIUM – jest realizowana z wykorzystaniem przemian fazowych zachodzących podczas starzenia stopów. Stosuje się niskotemperaturową obróbkę polegającą na przesyceniu stopu a następne jego odkształceniu plastycznym przed starzeniem, odkształcenie przeprowadza się w temp. niższej niż temp. rekrystalizacji. Odkształcenie wywołuje wzrost ilości defektów sieci i przyspiesza starzenie, opóźnia tworzenie się stref G-P na skutek segregacji atomów na dyslokacjach

MIEDŻ – krystalizuje w A1, parametr sieci a=0,362 nm nie ma odmian alotropowych, temp top 1083 ⁰C, gęstość 8,9 Mg/m³, wł. Wytrzymałościowe Rm=200÷220 MPa, twardość 30HB, (po 60% zgniocie RM=400MPa, twardość 108HB)

STOPY MIEDZI - najczęściej z cyną, cynkiem, al., berylem, krzemem, niklem, manganem, ołowiem (Pb nie jest szkodliwy przy zawartości cynku >32%) , dodatki te zwiększają wytrzymałość miedzi i w niewielkim stopniu obniżają przewodność elekt. Rozróżniamy : mosiądz, brąz, miedzionikiel.

MOSIĄDZ –stop miedzi z cynkiem o zawartości do 40% Zn. Mogą być 1 fazowe(β) (46÷50%Zn), 2 fazowe(α+β) (35÷46%Zn) Mosiądze stopowe zawierają także Al., Pb, Fe, Mn, Ni, Sn, Si. Zgniot zwiększa wytrzymałość i twardość a obniża plastyczność.

MOSIĄDZE α – o zawartości do 30% Zn, Cechują się dobrą plastycznością w temp. pokojowej a gorszą w zakresie 300-700⁰C są przerabiane plastycznie na zimno, twardość i wytrzymałość mosiądzów α wzrasta ze zwiększeniem zawartości Zn. Po przekroczeniu 30% wydłużenie maleje.

MOSIĄDZE α+β – mają własności pośrednie między α i β . ze wzrostem Zn zwiększa się il. Fazy β i staje się bardziej twardy i wytrzymały a mniej plastyczny. O zwartości > 37% Zn poddaje się obróbce plastycznej na gorąco . Mosiądze 2 fazowe są bardziej odporne na korozje niż 1 faz.

BRĄZ – stop miedzi z cyną lub innym metalem (Al, Si, Be) mają korzystne własności.

BRĄZ+CYNA – najczęściej 20%Sn, dodatek do ok. 8% powoduje wzrost wytrzymałości i ciągliwości przy większych zawartościach wydłużenie jednak gwałtownie maleje, spadek wytrzymałości dopiero przy zawartościach większych od 25% klasyfikacja: wg. Struktury 1faz α i 2-faz(α+δ), wg. Składu na 2składnikowe i wieloskładnikowe, wg przeznaczenia do obróbki plastycznej i odlewniczej

BRĄZY CYNOWE DWUSKŁADNIKOWE – są 1-fazowe do obróbki plastycznej: CuSn4, CuSn5 i CuSn8. Wytrzymałości brązów odlewniczych RM= 250÷300MPa A=18÷5% A zależności od rodzaju formy

BRĄZY ALUMINIOWE – stopy miedzi z aluminium o zawartości od 5÷11% Al., ewentualnie inne pierwiastki (Fe, Mn, Mi, As) dobre własności wytrzymałościowe. Wydłużenie wzrasta do zawartości ok. 6% Al. Po czym maleje utrzymuje jednak się ono na wysokim poziomie od 10÷40%, po OCP twardość CuAl10 może osiągnąć wartość od 160÷180 HB

MIEDZIONIKLE stop miedzi z niklem rodzaje: nikielina (zawartość ok. 20% Ni) konstanta (ok. 40%Ni). Zawierające 10÷30% Ni oraz niewielkich dodatków Fe, Mn, Cr, Si, Nb Wytrzymałość w zakresie 280÷440 MPa, wydłużenie A=20÷25% w zależności od rodzaju formy

CYNK – gęstość ρ=7,1 Mg/m³. Pierwiastek niskostopowy (temp top. 419⁰C, temp. Wrzenia 906⁰C). Krystalizuje w A3 o parametrach a=0,267nm i c=0,495nm, c/a=1,856. Jest odporny na korozję atmosferyczną. Własności wytrzymałościowe (niskie) w stanie walcowanym Rm = 120÷140MPa twardość 32÷34HB, wydłużenie A₁₀ ≈55%. Obróbkę plastyczną przeprowadza się w temp < 150⁰C lub ok. 230⁰C. Zastosowanie powłoki ochronne, ogniwa elektryczne, płyty poligraficzne, dodatek różnych stopów (mosiądz)

PRAWO FICKA (prawo dyfuzji)- zależność strumienia dyfundujących atomów J w funkcji gradientu koncentracji ma postać J=-D(әc/әx)

Anizotropia-zależność własności fizycznych od kierunku badania. Własności:plastyczne, mechaniczne, granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie, przewodność elektryczna, współczynnik rozszerzalności cieplnej.

Izotropia-własności których własność liczbowa nie zależy od kierunku badania. Własności: masa materiału, temperatura, gęstość.

Faza- jednorodna część układu oddzielona od reszty układu granicą po przekroczeniu której zmieniają się własności chemiczne i fizyczne.

Prawo Tammana: szybkość krystalizacji i struktura ciała stałego zależą od ilości zarodków wytworzonych w jednostce objętości cieczy (1/mm³mm) i szybkości z jaką rosną zarodki V (mm/min).

Stężenie wakansów(defektów punktowych)- w sieci krystalicznej funkcją temperatury kryształu.

Wartość gęstości dyslokacji[ m/m³] lub [1/m²]- ro=m/m³=1/m²- ilość przecięć przez linię dyslokacji powierzchni 1m² kryształu.

Granice ziarn w polikryształach- ze względu na kat dezorientacji na: dużego kąta 0>10^o, małego kąta 0<10^o.

Próbka do rozciągania pięciokrotnego a dziesięciokrotnego- krotność- stosunek średnicy próbki do długości próbki. Różnica polega na tym ze stosunek średnicy I próbki do jej długości wynosi 5, a w II próbce wynosi 10.

Zgniot krytyczny- niewielki zgniot (3-10%) po którym wielkość ziarna po rekrystalizacji jest maksymalna.

Siła pędna- stymulująca proces rozrostu ziarna, który stanowi ostatnie stadium zmian struktury podczas procesu rekrystalizacji jest zmniejszenie gęstości.

Temperatura rekrystalizacji: T_r=0,4 T_t.

I prawo Ficka: J=- D* dc/dx dx-granica stężenia, D=D₀e^-q/kt- współrzędne dyfuzji.

Segregacja dendrytyczna- zjawisko polegające na zróżnicowaniu składu chemicznego wewnątrz jednego dendrytu. Powstaje podczas krystalizacji stopów.

Napięcie powierzchniowe- własność pow. z wiązana z działaniem niezrównoważonych sił na powierzchnie.

Zarodek stabilny- zmniejszenie energii wewnątrz układu, promień musi być >r*.

Dyfuzja- zmiany w rozmnażaniu atomów w sieci krystalicznej, zachodzące pod wpływem aktywacji termicznej czyli działających z zewnątrz impulsów cieplnych.

Strumień dyfuzji- to ilość atomów, które przemieszczają się przez jednostkę pow. w kierunku gradientu stężenia (de/dx).

Żelazo cementyt

-W układzie równowagi fazowej żelazo-cementyt przemiana eutektyczna zachodzi w temperaturze 1148 w stopach o zawartości węgla od 2,11% do 6,67%. Z fazy ciekłej tworzą się fazy: ledeburyt( austenit+ cementyt).

-W układzie równowagi fazowej żelazo-cementyt przemiana perytektyczna zachodzi w temperaturze 1495^oC w stopach o zawartości węgla 0,09-0,53%C. Z faz ferryt+ ciecz tworzy się austenit.

-w żelazie α rozpuścić się może co najwyżej 0,0218% węgla.

Cementyt- związek międzymetaliczny, roztwór stały.

Martenzytem -nazywamy przesycony roztwór stały węgla w żelazie α, który jest produktem przemiany bezdyfuzyjnej.

Austenit- jest: roztworem stałym międzywęzłowym węgla w żelazie γ.

Ferryt- δ jest: roztworem stałym C w wysokotemp odmianie żelaza α.

Ferryt jest: roztworem stałym międzywęzłowym węgla w żelazie α.

Ledeburyt jest: mieszaniną eutektyczną austenitu i cementytu.

Ledeburyt przemieniony jest: mieszaną eutektyczną austenitu i cementytu.

Perlit jest składnikiem strukturalnym: stali i żeliw ferrytycznych.

Perlit jest: mieszaniną eutektoidalną cm i ferrytu.

Bainit górny- to struktura składająca się z faz ferryt+ Fe₃C

Żeliwa

Zalety żeliwa szarego: łatwość odlewania nawet skomplikowanych kształtów, możność ograniczenia obróbki skrawaniem do minimum, dobra skrawalność, dobra wytrzymałość, zdolność do tłumienia drgań, dobra odporność na ścieranie, mała rozszerzalność cieplna, niski koszt wytwarzania.

W żeliwie szarym węgiel może występować: Tylko jako grafit.

Z żeliw szarych najlepsze własności plastyczne ma żeliwo o graficie w formie:, ferroidalnej.

Przy tej samej strukturze grafit najlepszą plastyczność ma żeliwo i: ferrytycznej.

Poprzez wytwarzanie grafityzujące żeliwa białego … żeliwem: ciągliwym.

Wyjaśnij, dlaczego żeliwo białe jest twardsze niż szare: Żeliwo białe-węgiel występuje pod postacią cementytu, szare-grafit.

W żeliwie szarym o osnowie ferrytu występują 2 fazy: cm+ferryt.

Technologia oparta na metodzie europejskiej produkcji żeliw ciągliwych pozwala na: otrzymywanie żeliwa ciągliwego białego.

Technologia oparta na metodzie amerykańskiej produkcji żeliw ciągliwych pozwala na: otrzymywanie żeliwa ciągliwego czarnego.

Stale

Próbkę ze stali węglowej zawierającej 1,5% C wygrzano w temperaturze 750^oC i wrzucono do wody powstała struktura martenzyt+ cementyt szczątkowy+ austenit szczątkowy.

Próbkę ze stali węglowej zawierającej 1,5% C wygrzano w temperaturze 750^oC i powoli chłodzono do temperatury 20^oC powstała struktura perlit+ Fe₃C’’.

Próbkę ze stali węglowej zawierającej 0,4% C wygrzano w temperaturze 750^oC i wrzucono do wody powstała struktura ferryt+ perlit.

Próbkę ze stali węglowej zawierającej 1,5% C wygrzano w temperaturze 950^oC i wrzucono do wody powstała struktura martenzyt+ austenit szczątkowy.

Prędkość krytyczna hartowania stali stopowych- jest w porównaniu z prędkością krytyczną stali węglowych będzie identyczna.

Stopy

Typy faz w stopach: roztwory stałe, czyste składniki, fazy międzymetaliczne.

Segregacja dendrytyczna- jeżeli będziemy studzili szybciej, niż studzenie równowagowe, dendryty będą mieć różny skład chemiczny.