MATERIAŁOZNAWSTWO pytania

  1. Na czym polega wiązanie jonowe, metaliczne, kowalencyjne i cząsteczkowe- narysować schemat i podać przykład ?

Wiązanie jonowe – są tworzone przez atomy, w których występuje brak jednego lub nadmiar dwóch elektronów walencyjnych. Elektrony walencyjne atomu elektrododatniego są przyjmowane przez atom elektroujemny i oba uzyskują konfigurację gazów szlachetnych. Powoduje dużą rezystorowość, odporność cieplną oraz kruchość. Powstała cząsteczka jest elektrycznie obojętna, stanowi jednak dipol czyli ma zaznaczone bieguny elektryczne. Wiązanie atomowe (kowalencyjne) - powstaje w wyniku tworzenia się par elektronów wiążących atomy, wynika to z dążenia do tworzenia dwu lub ośmioelektronowych konfiguracji gazów szlachetnych. Uwspólnione elektrony przechodzą od jednego atomu do drugiego, zamieniając je w jony dodatnie. Takie wiązania są bardzo silne, ma dużą wytrzymałość mechaniczną i wysoką temperaturę topnienia. Wiązania metaliczne - jest wynikiem oderwania się elektronów wartościowości i utworzenia tzw. gazu elektronowego. Mogą swobodnie poruszać się między jonami dodatnimi i wiązać je między sobą. Łączą jony atomów na zasadzie elektrostatycznego przyciągania. Cechuje stosunkowo duża energia. Prowadzi do dobrego przewodnictwa elektrycznego i cieplnego. Wraz z temperaturą nabiera oporności. Jest dobrze plastyczne.

  1. Główne grupy materiałów inżynierskich

Materiałami w pojęciu technicznym nazywane są ciała stałe o własnościach umożliwiających ich stosowanie przez człowieka do wytwarzania produktów.

Wśród materiałów o znaczeniu technicznym można wyróżnić;

  1. Jakie typy wiązań między atomowych występują w poszczególnych materiałach inżynierskich?

W materiałach inżynierskich występują następujące rodzaje wiązań:

  1. Co to są metale ( czym się charakteryzują i czym odróżniają się od niemetali)?

Metale charakteryzują się wiązaniem metalicznym. Dobrze przewodzą ciepło i elektryczność, mają temperaturowy współczynnik rezystywności. Są plastyczne. Układy wieloskładnikowe złożone z więcej niż jednego pierwiastka, charakteryzują się przewagą wiązania metalicznego, tworzą stopy metali.

1. Jakie znasz wady budowy krystalicznej ? Na czym polegają mechanizmy Schottkyego i Frenkla?

Wady budowy:

wakans - brak atomu w węźle sieci przestrzennej i kontrakcja,

atom międzywęzłowy - atom wypada ze swego średniego położenia w węźle sieci i zajmuje pozycję międzywęzłową i ekspansja. Defektami punktowymi nazywa się zakłócenia budowy krystalicznej umiejscowione wokół punktu. Najprostszym defektem tego typu jest brak atomu w węźle sieci przestrzennej, zwany wakansem albo luką. W zależności od geometrii zaburzonego obszaru defekty dzieli się na:

• punktowe (wakanse, obce atomy),

• liniowe (dyslokacje),

• powierzchniowe (płaskie)

Defekt Frenkla -jest przesunięcie atomu z pozycji węzła w pozycję między węzłami sieci przestrzennej. Wakanse powstają przede wszystkim wskutek drgań cieplnych sieci, które są tym większe, im wyższa jest temperatura. Przy określonej amplitudzie drgań atom może wypaść ze swego średniego położenia w węźle sieci i zająć pozycję międzywęzłową. Powstaną wówczas jednocześnie dwa defekty punktowe: wakans i atom wtrącony między węzłowo. Oba wywołują lokalne zakłócenie budowy sieciowej, gdyż obecność wakansu powoduje większe od normalnego zbliżenie sąsiednich atomów , natomiast atom wtrącony powoduje rozsunięcie sąsiednich atomów na odległość większą od normalnej. Opisany defekt nosi nazwę defektu Frenkla i może powstawać tylko w strukturach metali alkalicznych, w których odległości między atomami są wystarczająco duże, by atom mógł zająć pozycję międzywęzłową.

Defekt Schottky'ego –, jest to defekt punktowy polegający na powstawaniu wakansu i wywędrowaniu atomu, który ten wakans utworzył, na powierzchnię kryształu (powstają w zwarcie wypełnionych sieciach krystalicznych )

  1. Jakie znasz rodzaje dyslokacji! Jakie są mechanizmy przemieszczania się dyslokacji?

Rodzaje dyslokacji: krawędziowa, śrubowa, mieszana, całkowita, doskonała.

Jakie jest oddziaływanie między dyslokacjami jednoimiennymi i różnoimiennymi?

wzajemne oddziaływanie dyslokacji

- jednoimienne odpychają się,

- rożnoimienne przyciągają się

(anihilacja zmniejszająca energię układu),

  1. Jakie są różnice między monokryształami a polikryształami?

Monokryształ – [gr.], pojedynczy, nie wykazujący zrostów, pęknięć i wrostków kryształ lub krystalit. Monokryształy znajdują szerokie zastosowanie w nauce i technice, wobec czego duże znaczenie ma ich sztuczne wytwarzanie, tak zwane hodowanie. Monokryształy wytwarza się najczęściej: z r o z t w o r u – w przygotowanym w podwyższonej temperaturze nasyconym roztworze krystalizowanej substancji umieszcza się zarodek ( tak jak kawałek kryształu tej samej substancji ) i powoli obniża się temperatura.; z m a s y s t o p i o n e j – metodą topienia w płomieniu. ( metoda Verneuila ) Polikryształ, ciało polikrystaliczne – ciało stałe składające się z licznych drobnych ( najczęściej wielkości mikroskopowej ) kryształów lub krystalitów; większość spotykanych w przyrodzie i otrzymywanych sztucznie ciał stałych ( na przykład skały, metale, liczne materiały ceramiczne i budowlane ).

  1. Jaki wpływają wady budowy krystalicznej na własności metali?

Defekty takie dość wyraźnie pogarszają własności wytrzymałościowe. Wywołują one na powierzchni albo wewnątrz przekroju, działając jako koncentratory, spiętrzenia naprężeń, które silnie zmniejszają wytrzymałość statyczną, w szczególności zmęczeniową. W rzeczywistości w budowie krystalicznej metali występują różne rodzaje defektów sieci przestrzennej. Wszelkie odstępstwa, zakłócenia od doskonałego rozmieszczenia atomów w przestrzeni, nazywają się defektami w budowie krystalicznej. Jeśli zakłócenie budowy krystalicznej jest umiejscowione wokół punktu, defekt taki nosi nazwę defektu punktowego; jeśli defekt jest zgrupowany wzdłuż linii – defektu liniowego lub jednowymiarowego, jeśli defekty rozciągają się na pewnej powierzchni wewnątrz metalu nazywamy je – defektami dwuwymiarowymi względnie złożonymi. Obecność defektów w budowie krystalicznej metali wywiera ogromny wpływ na ich własności.

Najprostszym defektem punktowym jest brak atomu w węźle sieci przestrzennej, czyli luka w sieci krystalicznej. Nazywamy go „wakansem”. Liczba „wakansów” w temperaturze otoczenia jest w metalach niewielka, natomiast w temperaturach podwyższonych znacznie się zwiększa. Liczba „wakansów” w metalu wyżarzonym w temperaturze otoczenia wynosi około 1016/cm3. Obecność „wakansów” w materiałach metalicznych odgrywa ogromną rolę przy samodyfuzji i dyfuzji.

Drugim defektem punktowym jest przesunięcie atomu z pozycji węzła w pozycję między węzłami sieci przestrzennej. Inaczej zwane defektem Frenkla. Występuje on w metalach, w których odległości między atomami są dostatecznie duże, aby atom mógł zająć miejsce w obszarach międzywęzłowych. Np. metale alkaliczne sód, potas. Oba defekty, jak „wakanse” i przesunięcia atomu występują, powstają w sieci w wyniku drgań cieplnych. Oba wywołują zniekształcenie sieci.

Defekt liniowy jest to defekt struktury sieciowej, który w jednym wymiarze jest rzędu 1 do 5 średnic atomowych, a w drugim wymiarze ma długość całego ziarna lub jego części widocznej mikroskopowo. Typowym defektem liniowym jest dyslokacja brzegowa, inaczej nazwana krawędziową. Dyslokacja krawędziowa jest zwana dyslokacją Taylora i Orowana. Własności po wystąpieniu tej dyslokacji są takie, że w górnej części kryształu panują naprężenia sprężyste ściskające, czego objawem są zmniejszone odległości między atomami w stosunku do stałych sieciowych. W dolnej części panują naprężenia sprężyste rozciągające, czego dowodem są zwiększone odległości między atomami. Wyróżniamy dyslokację dodatnią i ujemną. Drugim najbardziej typowym rodzajem dyslokacji jest zakłócenie sieci krystalicznej zwane dyslokacją śrubową lub inaczej dyslokacją Burgersa. Wiadomym jest , że odkształcona sieć krystaliczna ma w stosunku do sieci nie odkształconej większą energię. Charakterystyczną wielkością dla dyslokacji jest odkształcenie sieci. Jako miarę energii odkształcenia sieci przyjęto wektor Burgersa.

  1. Na czym polega różnica między materiałami krystalicznymi a amorficznymi?

Amorficzna nie uporządkowany statycznie, pozbawiony symetrii, bezwładny rozkład w przestrzeni cząstek materii.

Krystaliczna

uporządkowany statycznie, symetryczny rozkład cząstek materii w przestrzeni. Odwzorowaniem rozkładu jest tzw. sieć

Co charakteryzuje kryształy metali?

Cechy charakterystyczne:

- dobre przewodnictwo cieplne

- dobra przewodność elektryczna i dodatni współczynnik rezystywności elektrycznej

- połysk metaliczny, tj. zdolność odbijania promieni świetlnych przez pow. zew.

- dobra plastyczność , tj. zdolność do odkształceń trwałych pod działaniem naprężeń zewnętrznych

  1. Jakie znasz elementy sieci kryształu?

Elementami sieci przestrzennej są płaszczyzny sieciowe, proste sieciowe, będące śladami przecięcia płaszczyzn, oraz węzły sieci, stanowiące punkty przecięcia prostych sieciowych. Węzły sieci odpowiadają środkom atomów kryształu.

  1. Na czym polegają różnice i podobieństwa między sieciami: regularno płasko centryczną, regularna przestrzenie centryczna i heksagonalną zwartą?

Układ regularny

komórka elementarna – sześcian

trzy rodzaje sieci: prosta, centrowana przestrzennie i centrowana powierzchniowo

Układ tetragonalny

• komórka elementarna – prostopadłościan o podstawie kwadratowej

• dwa rodzaje sieci: prosta i centrowana przestrzennie

Układu heksagonalny

• komórka elementarna – prosty graniastosłup o podstawie rombu o kąta 60i 120°

• trzy takie komórki tworzą graniastosłup heksagonalny (lepiej oddaje symetrię układu)

  1. Na czym polega alotropia metali.

Alotropia, zjawisko występowania jednego pierwiastka w różnych postaciach w tym samym stanie skupienia ale różnej budowie sieci krystalograficznej.

Stopy metali i ich struktura:

  1. Co to są stopy i jaki jest cel wytwarzania stopów?

Stop metali –jest to mieszanina metali lub metalu z pierwiastkami, o właściwościach metalu. Stopy metali wytwarza się ponieważ, nawet niewielki dodatek pierwiastków niemetalicznych może wpłynąć na właściwości metalu, zmienić jego wytrzymałość, plastyczność. Najczęściej posiada odmienne właściwości od jego elementów składowych.

  1. Klasyfikacja roztworów stałych

Roztwory stałe stanowią mieszaninę atomów różnych składników o całkowicie przypadkowym rozmieszczeniu w węzłach sieci (przymiotnik „stały” określa ,że roztwór występuje w stanie stałym).

Roztwory stałe można podzielić na różnowęzłowe i międzywęzłowe.

W zależności od zakresu występowania na wykresie równowagi roztwory dzielimy na:

  1. Podaj czynniki warunkujące ich tworzenie

- Reguła elektrowartościowości ujemnej ( im mniejsza różnica tym większa tendencja do tworzenia roztworów różno węzłowych)

- Reguła typów sieci krystalicznej ; ta sama sieć- tendencja do tego samego roztworu

- Reguła wielkości atomów

- Reguła względnych wartościowości ( rozpuszczalność metali o wyższej wartościowości w metalach jednowartościowych jest większa niż metali jednowartościowych w metalach o wartościowości wyższej

Wykresy równowagi:

  1. Jak skonstruowane są wykresy dwuskładnikowe równowagi fazowej?

Wykresy równowagi to graficzne przedstawione zakresy występowania faz( ciekłych i stałych) stopów w zależności od temperatury i składu chemicznego.

Jeżeli w stopie występują dwa , trzy składniki lub więcej, to mówimy o wykresach równowagi faz dla stopów podwójnych, potrójnych, wieloskładnikowych.

Wykresy równowagi pokazują przebiegi krzepnięcia stopów, pokazują zachodzące w nich przemiany, skład fazowy i skład chemiczny w zależności od temperatury.

  1. Wyznaczanie składów chemicznych i udziałów faz (reguła dźwigni).

Reguła dźwigni- służy do określenia procentowego udziału faz w stopie dla danej temperatury w warunkach równowagi.

  1. Jak przebiega krzepnięcie stopów dwuskładnikowych o różnych stężeniach składników , tworzących układy o:

- Zupełnej rozpuszczalności w stanie stałym

- O całkowitym braku rozpuszczalności w stanie stałym z eutektyką

- O ograniczonej rozpuszczalności w stanie stałym z perytetyką

Stopy metali nie krzepną w stałej temperaturze (z wyjątkiem stopów o składzie eutektycznym), lecz w określonym dla danego stopu i składu w zakresie temperatur. Aby otrzymać stop konieczne jest, by w stanie ciekłym metale rozpuszczały się w sobie wzajemnie. Spotykamy się z sytuacją, gdy siatka przestrzenna jednego składnika nie jest w stanie przyjąć ani jednego atomu drugiego składnika (np. bizmut z kadmem). Stop bizmutu z kadmem krzepnie w stałej temperaturze i jest mieszaniną bardzo drobnych kryształów obu metali. Struktura taka nazywa się eutektyką. Eutektyka ma najniższą temperaturę topnienia wśród wszystkich stopów obu metali. Stop perytektyczny jest to roztwór stały graniczny metalu B w metalu A, a temperatura w której zachodzi tworzenie się tego stopu nosi nazwę temperatury perytektycznej.

Stale węglowe:

  1. Co to jest stal, staliwo?

Staliwo- to stop żelaza z węglem w postaci lanej, nie poddany obróbce plastycznej

Stal- stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i plastycznie obrabialny o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11% co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie.

  1. Jak sklasyfikowano stale i staliwa węglowe (wg zawartości węgla i przeznaczenia)?

Wg zastosowania:

- Stale niestopowe podstawowe- to gatunki stali o takich wymaganiach jakościowych, jakie można osiągnąć w ogólnie stosowanym procesie stalowniczym, bez dodatkowych zabiegów technologicznych.

- Stale niestopowe jakościowe-to gatunki stali, których właściwości w stanie obrobionym cieplnie w zasadzie się nie określa, nie określa się również czystości metalurgicznej wyrażonej stopniem zanieczyszczenia wtrąceniami niemetalicznymi.

- Stale niestopowe specjalne- charakteryzują się wyższym niż stale jakościowe stopniem czystości metalurgicznej, szczególnie w zakresie zawartości wtrąceń niemetalicznych. Są one przeważnie przeznaczone do ulepszania cieplnego lub hartowania powierzchniowego.

Stale stopowe:

- Stale stopowe jakościowe- mają podobne zastosowanie jak stale niestopowe jakościowe, lecz wymagane własności powodują konieczność zwiększenia w nich zawartości pierwiastków stopowych powyżej wartości granicznych. Stale te zwykle nie są przeznaczone do ulepszania cieplnego lub utwardzania powierzchniowego.

- Stale stopowe specjalne- dzięki precyzyjnie określonemu składowi chemicznemu odpowiednim warunkom wytwarzania i kontroli procesów produkcyjnych mają różnorodne własności przetwórcze i użytkowe.

3. Jaki jest wpływ węgla na strukturę i własności stali?

Na własności:

Zwiększenie zawartości węgla powoduje zmianę struktury stali. Jeżeli stal zawiera mniej niż 0,8% węgla to jej struktura składa się z ferrytu i perlitu. Struktura stali zawierającej 0,8% węgla składa się tylko z perlitu, natomiast stal o zawartości węgla powyżej 0,8% oprócz perlitu występuje również cementyt wtórny.

Na strukturę:

Zwiększenie zawartości węgla zwiększa wytrzymałość na rozciąganie i zmniejsza plastyczność stali. Pogarsza się również własności technologiczne stali węglowych-pogorszenie spawalności.

  1. Czym się charakteryzują i jakie jest przeznaczenie stali konstrukcyjnych-podaj przykłady?

Stal konstrukcyjna używana jest do budowy konstrukcji stalowych i części urządzeń i maszyn o typowym przeznaczeniu.

  1. Czym się charakteryzują i jakie jest zastosowanie stali narzędziowych-podaj przykłady?

Stal narzędziowa służy do produkcji narzędzi, elementów przyrządów pomiarowych oraz odpowiednich uchwytów. Stale narzędziowe charakteryzują się wysoką twardością, odpornością na ścieranie, niewielką odkształcalnością i niewrażliwością na przegrzewanie.

Żeliwa:

  1. Co to jest żeliwo, a co to jest surówka?

Surówka jest to wyjściowy stop żelaza z węglem zawierający od 3-4,5% węgla.

Żeliwo jest to powtórnie przetopiona surówka ze złomem żeliwnym lub stalowym i dodatkami ( żelazokrzemem, żelazomangan).

  1. Jak dzieli się żeliwo w zależności od struktury?

- Szare-w postaci grafitu-strukturę żeliwa szarego stanowi osnowa metaliczna, którą może być ferryt i perlity, a także grafit o rożnej wielkości i różnym kształcie( grafit jest bardzo miękki ,a jego wytrzymałość jest bliska zeru).

-Białe- w postaci cementytu- żeliwo niższej jakości. Jest mniej ciągliwe, gorzej obrabialne, jest mniej lejne, posiada również większy skurcz odlewniczy.

- Połowiczne-w postaci grafitu i cementytu.

  1. Jak zależą własności od rodzaju żeliwa i jego struktury?

Grafit:

- Powoduje obniżenie własności wytrzymałościowych żeliwa

- Zmniejsza skurcz

- Polepsza skrawalność

- Zwiększa własności ślizgowe

- Tłumi drgania

- Zwiększ wytrzymałość zmęczeniową

Żeliwo szare: żeliwo szare ferrytyczne charakteryzuje się niską wytrzymałością, dobrą skrawalnością oraz małą odpornością na zużycie ścierne. Twardość i wytrzymałość żeliwa szarego zwiększa się w miarę zwiększenia udziału perlitu w strukturze. Żeliwo szare wykazuje bardzo niskie własności plastyczne oraz dobra zdolność tłumienia drgań.

  1. Jakie znasz składniki strukturalne występujące w żeliwach?

Strukturę żeliwa szarego stanowi osnowa metaliczna, którą może być ferryt lub ich mieszaniny ewentualnie z cementytem i wtrąceniami niemetalicznymi a także grafit o rożnej wielkości i różnym kształcie.

Struktura żeliwa białego jest analogiczna do żeliwa szarego z tym, że zamiast grafitu występuje cementyt.

Stopy metali nieżelaznych:

  1. Jakie są własności fizyczne, chemiczne i mechaniczne miedzi?

WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE Najbardziej znaczącą własnością chemiczną miedzi jest to, że posiada ona odpowiednio wysoką odporność na korozją. Podczas kontaktu miedzi z wilgotnym powietrzem metal pokrywa się zielonkawą warstwą zwaną patyną. Jest to węglan miedzi o odczynie ph>7, który ochrania miedź, aby nie ulegała dalszej korozji.

Miedź jest materiałem kowalnym, plastycznym doskonale nadającym się do formowania ręcznego oraz mechanicznego. Blacha może występować w postaci arkuszy lub taśmy o długości do 3 metrów ( ograniczenia to wynika z rozszerzalności cieplnej materiału i jego ciężaru). Miedź można formować w szerokim zakresie temperatur ( -10 ÷ 60ºC). Z uwagi na wysoką temperaturę topnienia jest materiałem niepalnym. Jest przyjazna dla środowiska, gdyż w 100% podlega recyklingowi. Ma długą żywotność ok. 100 lat. Cechą charakterystyczną miedzi jest powolne utlenianie się jej powierzchni w następstwie reakcji na warunki atmosferyczne oraz powstawanie na niej nalotu zwanego patyną. Patyna tworzy warstwę ochronną, która zabezpiecza materiał przed dalsza korozją. W trakcie procesu patynowania powierzchnia miedzi zmienia kolor od jasno czerwonego przez ciemno brązowy do jasno zielonego zwanym patyną. 

- Liczba atomowa-29, masa atomowa 63,5,gęstość -7,63g/cm3

- Krystalizuje w sieci regularnej ściennie centrowane typu Al.

- Temperatura topnienia-1084,9C, wrzenia -2595C

- W stanie wyżarzonym : Rm=200-250MPa, Re+35MPa

- W stanie zgniecionym: Rm= 400-450MPa

  1. W jaki sposób sklasyfikowano miedź?

Ze względu na sposób wytwarzania:

- Odlewnicze

- Kształtowane metodami obróbki plastycznej (na zimno lub gorąco)

Ze względu na skład chemiczny:

- Mosiądze ( stop miedzi z cynkiem +inne składniki)

- Miedzionikle ( stopy z cynkiem i niklem)

- Brązy (cynowe, aluminiowe, manganowe, berylowe)

3. Czym charakteryzują się mosiądze i miedzionikle?

Mosiądz to stop miedzi i cynku, zawierający do 40% cynku. Może zawierać dodatki innych metali, takich jak ołów, aluminium, cyna ,mangan, żelazo, chrom oraz krzem. Topnieje w temperaturze ok. 1000C. Mosiądz to kolor żółty, przy mniejszych zawartościach cynku zbliżający się do naturalnego koloru miedzi. Stop jest odporny na korozję, ciągliwy, łatwy do obróbki plastycznej. Posiada dobre właściwości odlewnicze.

Miedzionikle-stopy miedzi i niklu, które mogą zawierać także takie dodatki stopowe jak krzem, żelazo, aluminium, mangan. Miedzionikle charakteryzują się dobrą wytrzymałością, żaroodpornością i odpornością na korozję. Miedzionikle posiadają dobre własności oporowe.

  1. Czym charakteryzują się różnego rodzaju brązy? Na czym polega ich obróbka cieplna?

Brąz cynowy- zawiera od 1-9% cyny. Ma barwę szarą, której intensywność wzrasta wraz z zawartością cyny.

Brąz aluminiowy- zawiera od 4-11% aluminium. Cechują się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi.

Brąz manganowy – zawiera od 11,5-13% manganu i 2,5-3% niklu przy dopuszczalnych zanieczyszczeniach do 1%.

Brąz berylowy –zawiera od 1,6-2,1% berylu

  1. Zastosowanie techniczne miedzi i jej stopów?

- Elektrotechnice-przewody energetyczne

- przemyśle chemicznym i motoryzacyjnym – chłodnice

- W budownictwie–rury do instalacji cieplnej i wodnej, ogrzewania, ciekłego paliwa

  1. Jakie są własności fizyczne , chemiczne i mechaniczne aluminium?

Aluminium odznacza się małym ciężarem właściwym, dobrą przewodnością elektryczną, dobrym przewodnictwem cieplnym. Ponadto z niektórymi metalami tworzy stopy o dobrych własnościach odlewniczych oraz stopy o dobrych własnościach plastycznych.

- Liczba atomowa 13,masa atomowa 26,9Al, gęstość/cm3

- Krystalizuje w sieci regularnej ściennie centrowanej typu Al.

- Temperatura topnienia -660,4C,  wrzenia 2494C

- W stanie wyżarzonym: Rm=70-120MPa, Re=20-40MPa

- W stanie zgniecionym (60-80% zgniotu): Rm=140-230 MPa, Re=120-180MPa

  1. W jaki sposób sklasyfikowano stopy aluminium?

Ze względu na sposób wytwarzania stopy aluminium dzielimy na:

  1. Jaki jest skład chemiczny oraz struktury i własności odlewniczych stopów aluminium?

- Liczba atomowa- 13, masa atomowa 26,9 Al., gęstość 2,69g/cm3

- Krystalizuje w sieci regularnej ściennie centrowanej typu Al.

- Temperatura topnienia Al.-660,4C , wrzenia= 2494C

- W stanie wyżarzonym: Rm= 70-120 MPa, Re= 20-40 MPa

- W stanie zgniecionym (60-80% zgniotu): Rm= 140-230MPa, Re=120-180MPa

- Duża przewodność elektryczna

- Duża przewodność cieplna

  1. Techniczne zastosowanie aluminium i jego stopów?

Siluminy ( eutektyczne i nadeutektyczne) ze względu na żarowytrzymałość stosowane są na:

- Wysoko obciążone tłoki silników spalinowych

- Siluminy podeutektyczne-na silnie obciążone elementy dla

przemysłu okrętowego i elektrycznego, pracujące w podwyższonej

temperaturze i wodzie morskiej

- Wieloskładnikowe siluminy- na głowice silników spalinowych

Obróbka cieplna:

Obróbka cieplna jest to proces technologiczny złożony z jednej lub kilku operacji, w wyniku których zmienia się właściwości mechaniczne i fizykochemiczne metali i stopów w stanie stałym. Zmiany własności wynikają ze zmian strukturalnych, a te z przemian fazowych wywołanych działaniem temperatury, czasu oraz środowiska.

Operacja jest to cykl cieplny złożony z kilku zabiegów ( nagrzewanie, wygrzewanie i chłodzenie), którego celem jest nagrzanie ( ochłodzenie) wsadu do określonej temperatury, wygrzaniu,(wychłodzeniu) w tej temperaturze i ochłodzeniu do temperatury otoczenia.

Przejmowanie ciepłą – łączne występowanie przewodzenia i unoszenia ciepła (wymiana ciepła pomiędzy powierzchnią ciała stałego i stykającym się z nim płynem( przewodzenie, unoszenie, promieniowanie).

Wyżarzanie – jest to operacja zwykłej obróbki cieplnej polegająca na agrzaniu stali do określonej temperatury, wynikającej z rodzaju wyżarzania, wygrzaniu w tej temperaturze i wolnym chłodzeniu w celu uzyskanie struktur zbliżonych do stanu równowagi.

Hartowaniem nazywamy operację prowadzącą do powstania struktury marten tycznej lub bainitycznej. W zależności od sposobu chłodzenia rozróżnia się hartowanie: zwykłe, stopniowe i z przemianą izotermiczną.

Hartowanie zwykłe polega na nagrzaniu przedmiotu do odpowiedniej temperatury ( do stanu austenitycznego) i następnie szybkim ochłodzeniu w kąpieli chłodzącej do temperatury poniżej temperatury przemiany martenzytycznej.

Hartowanie stopniowe polega na nagrzaniu ( jak przy hartowaniu zwykłym), szybkim chłodzeniu w kąpieli nagrzanej do temperatury pośredniej powyżej początku przemiany martenzytowej , przetrzymaniu przez krótki czas w tej temperaturze, aby nastąpiło wyrównanie temperatur w przekroju, i dalszym chłodzeniu w oleju lub na powietrzu.

Hartowanie z przemianą izotermiczna polega na nagrzaniu )jak wyżej) a następnie chłodzeniu w nagrzanej kąpieli saletrzanej lub ołowiowej. Przemiana austenitu, jaka przy tym zachodzi, przebiega do końca w stałej temperaturze i stąd nazwa z przemiana izotermiczną ( w stałej temperaturze).

Hartowność stali –jest to zdolność stali do utwardzenia się w głąb w wyniku hartowania. O hartowności stali współdecydują:

Odpuszczanie polega na nagrzaniu stali zahartowanej do temperatury niższej od Ac1, wygrzaniu w tej temperaturze i chłodzeniu do temperatury pokojowej ( niskie, średnie i wysokie).

Odpuszcalność stali-skłonność stali do utraty twardości w wyniku odpuszczania w temperaturze 600C.

Kruchość odpuszczania –zmniejszenie się udarności.

Utwardzanie cieplne-połączenie operacji hartowania i niskiego odpuszczania.

Ulepszanie cieplne- połączenie operacji hartowania z odpuszczaniem w średnim lub wysokim.

Martempering- hartowanie marten tyczno- bainityczne.

Utwardzanie wydzielinowe-połączenie operacji przesycania i starzenia.

Ogólna charakterystyka azotowania i nawęglania:

  1. Opisać charakterystyki

Azotowanie polega na nasycaniu warstwy powierzchniowej stali azotem podczas wygrzewania przedmiotu przez określony czas w ośrodku (medium) zawierającym atomy azotu.

W zależności od stosowanego medium mamy azotowanie gazowe (najbardziej rozpowszechnione), w kąpielach solnych i proszkach.

Struktury warstwy azotowej:

- Strefa ε - Fe2-3N – odporna na ścieranie, częściowo na korozję

- Strefa γI – Fe4N – odporna na korozję

- Strefa α - FeN –zwiększa własności wytrzymałościowe części

Azotowanie gazowe- jako środek azotujący stosuje się doprowadzony z butli gazowej amoniak, który w temperaturze 500 C rozkłada się na azot i wodór; wydzielony azot zostaje adsorbowany na powierzchni stali i dyfunduje w gąb tworząc azotki żelaza i innych składników stopowych, a zwłaszcza glinu, które decydują o twardości. Po zakończeniu azotowania ( już po wyciągnięciu przedmiotu z pieca) następuje samoczynny proces starzenia i dodatkowe utwardzanie.

Azotowanie jest procesem powolnym znacznie wolniejszym od nawęglania. Grubość warstw azotowanych zależna jest od czasu i temperatury. Po azotowaniu nie stosuje się hartowania lecz powolne studzenie z szybkością nie większą niż 5C na minutę. Szybkie studzenie może spowodować kruchość i odpryskiwanie warstwy azotowanej. Azotowanie przeprowadza się w piecach elektrycznych.

Nawęglanie polega na nasyceniu warstwy powierzchniowej stali węglem podczas wygrzewania przedmiotu przez określony czas w ośrodku( medium) zawierającym wolne atomy węgla. W zależności od stosowanego medium mamy nawęglanie gazowe ,w kąpielach solnych i proszkach.

Nawęglanie gazowe, w zależności od ciśnienia może być atmosferyczne i przy obniżonym ciśnieniu.

Budowa warstwy węgloutwardzalnej na stali niskowęglowej:

Budowa warstwy węgloutwardzonej na stali o zwiększonej hartowności:

Wyżarzanie jest zabiegiem cieplnym polegającym na nagrzaniu stopu do odpowiedniej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu do temperatury otoczenia. Szybkość chłodzenia po wyżarzaniu w temperaturze wyższej od temperatury przemian powinna być niewielka, gdyż szybki chłodzenie uniemożliwiłoby powstanie faz zgodnych ze stanem równowagi stopu. Rodzaje wyżarzań:

-ujednorodniające (homogenizacja) – ma na celu usunięcie przez dyfuzję w stanie stałym segregacji dendrycznej w obszarach ziarn oraz częściowo przynajmniej zlikwidowanie wydzielin w granicy ziarn (temp. 1000 – 1250o C).

- normalizujące ma na celu otrzymanie równomiernej budowy drobnoziarnistej, która zapewnia lepsze własności mechaniczne niż gruboziarnista. Stosuje się często przed hartowaniem, co umożliwia zapobieżenie powstania zbyt dużych naprężeń podczas hartowania, a ponadto odkształceń spowodowanych tymi naprężeniami. Odmianą w. normalizującego jest w. zupełne, które różni się od poprzedniego sposobem chłodzenia. Podczas normalizowania stal ogrzewana do temp. Wyższej od temperatury określonej linią GSE była zawsze chłodzona na wolnym powietrzu.


Wyszukiwarka