1. Stopy żelaza z węglem

   - Żeliwo – stop żelaza z węglem oraz innymi pierwiastkami stopowymi Si,Mn,P,S,Ni,Cr,Mo, w którym zawartość węgla wynosi, co najmniej 2-4,5%węgla. Temperatura topnienia: 1160’C. Żeliwa są stosowane w odlewnictwie. Żeliwa dzielą się na: Białe (węgiel w postaci węglików, kruche) i Szare (węgiel w postaci wolnej (grafitu), niska cena,zdolność do tłumienia drgań,b.dobre właściwości ślizgowe- ogromna odporność na zużycie).

   - Stal – stop żelaza z węglem o zawartości węgla poniżej 2%. Temperatura topnienia: 1500’C.

   Na właściwości i strukturę stali najbardziej wywiera węgiel. Im więcej węgla w materiale to traci na plastyczności, ale wzrasta na twardości, wytrzymałości na rozciąganie i na granicy plastyczności. Jeśli zawartość węgla przekroczy ok. 1% to wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności ulega obniżeniu, ponieważ wzrasta kruchliwość materiału. Węgiel obniża temperaturę topnienia.

   Stale niestopowe uzyskują struktury:

   -stal podeutektoidalna ferrytyczno-perlityczna do 0.8% C

   -stal eutektoidalna perlityczna-0,8% C

   -stal nada eutektoidalna perlityczna z cementytem wtórnym 0,8%-2,06% C

2. Ceramika

   Materiały ceramiczne-to zagęszczone tworzywa polikrystaliczne – niemetaliczne. Charakteryzują się dużą twardością, żaroodpornością i żarowytrzymałością. Szczególne właściwości: duża sztywność, twardości i kruchość. Nie da się odkształcić plastycznie.

   Ważniejsze gatunki ceramiki:

   - Tlenek aluminium

   - Azotek krzemu

   - Ceramika cyrkonowa

   - Ceramika karborundowa

   Zastosowanie ceramiki konstrukcyjnej:

   -elementy silników i turbin gazowych,

   -części statków powietrznych i sprzętu wojskowego;

   -łożyska, prowadnice

   -narzędzia do obróbki skrawaniem.

   -osłony bojowe śmigłowców, system ochrony termicznej promów kosmicznych

   Etapy powstawania ceramiki:

   -wytwarzanie surowców w postaci proszku o określonej wielkości ziarna,

   -wytwarzanie masy roboczej zawierającej dodatki, wprowadzane w celu ułatwienia formowania lub/i spiekania,

   -formowanie z masy roboczej określonego półfabrykatu,

   -wypalanie(spiekanie)półfabrykatu,

   -obróbka końcowa w celu nadania wyrobom odpowiedniego kształtu, wymiarów i jakości powierzchni

3. Wpływ węgla na właściwości mechaniczne stali.

   Wraz ze wzrostem węgla w stalach niestopowych wzrasta zawartość cementytu, który ma decydujące znaczenie na właściwości wytrzymałościowe stali. Cementyt jest odpowiedzialny za umacnianie stopu. Przy wzroście cementytu rośnie twardość HB i wytrzymałość. Do zawartości 1%C rośnie również Rm(wytrzymałość na rozciąganie). Po przekroczeniu 1%C stal zaczyna być krucha i łamliwa. Należy dodać że przy wzroście C maleje udarność, przewężenie i wydłużenie.

4. Powody dodawania pierwiastków stopowych

   Poprzez dodawanie pierwiastków stopowych, możemy zmienić właściwości mechaniczne. Większość pierwiastków stopowych pogarsza przewodnictwo cieplne, zwiększając równocześnie współczynnik rozszerzalności cieplnej.

   Dodatki stopowe do stali wprowadza się w celu:

   -zwiększenia własności wytrzymałościowych stopów(umocnienie roztworowe i wydzieleniowe),

   -wywołania zmian strukturalnych,

   -uzyskania specjalnych własności fizycznych i chemicznych(np. odporność na korozję)oraz technologicznych

   -zwiększenia hartowności

5. Temperatura zeszklenia jest to temperatura w której objętość swobodna równa się zero, a poniżej tej temperatury polimer ma strukturę szklistą (stan amorficzny – stały).(zależy od niej moduł Younga???)

6. Rodzaje obróbki cieplnej

   Obróbką cieplną nazywamy zespół zabiegów cieplnych prowadzonych w celu wywołania w stanie stałym zmian struktury stali lub innych stopów, zapewniających uzyskanie odpowiednich właściwości mechanicznych. Parametrami obróbki cieplnej wpływającymi na przebieg przemian fazowych są:

   -temperatura wygrzewania,

   -czas wygrzewania

   -szybkość nagrzewania i chłodzenia

   Rodzaje obróbki cieplnej zwykłej:

-1. Wyżarzanie– polega na nagrzaniu stali do określonej temp,wygrzaniu w tej temp, a nastepnie studzeniu.Celem obróbki jest uzyskanie struktur zbliżonych do stanu równowagi. Jest to zabieg, w którym głównym czynnikiem jest temperatura i czas wygrzewania. Temperatura w tej obróbce może leżeć powyżej jak i poniżej temperatury krytycznej. Szybkość chłodzenia z temperatury krytycznej musi być bardzo powolna, by mogły zajść przemiany fazowe. Poniżej temperatury krytycznej, czas chłodzenia jest dowolny. Rodzaje wyżarzeń powyżej temperatury krytycznej: Ujednorodniające, Normalizujące, Zupełne, Zmiękczające. Rodzaje wyżarzeń poniżej temperatury krytycznej: Rekrystalizujące, Odprężające, Stabilizujące.

-2.Ulepszanie cieplne: hartowanie i odpuszczanie

- Hartowanie– głównym czynnikiem tego zabiegu jest temperatura i szybkość chłodzenia stopów. W tej obróbce nagrzewa się stop powyżej temperatury krytycznej, a następnie chłodzi z tak szybką prędkością by nie mogły zajść przemiany zgodne z wykresem równowagi, a zaszły przemiany prowadzące do otrzymania faz metastabilnych. W skrócie: W skutek szybkiego chłodzenia austenitu powstaje Martenzyt.

-Odpuszczanie– obróbka cieplna polegająca na rozgrzaniu materiału do temperatury 723’C (przemiana eutektoidalna) i następnie ochłodzeniu. Odpuszczanie jest końcowym etapem obróbki cieplnej stali konstrukcyjnych.

Rozróżniamy 3 rodzaje odpuszczeń:

- Niskotemperaturowe – w zakresie od 150 do 200’C (usunięcie naprężeń hartowniczych, zachowanie dużej twardości i odporności na ścieranie).

- Średniotemperaturowe – w zakresie od 250 do 500’C (twardość ulega dość znacznym obniżeniu, stal zyskuje wytrzymałość i sprężystość).

- Wysokotemperaturowe – od 500’C, a poniżej temperatury przemiany eutektoidalna (723’C) (Ma na celu zwiększenie stosunku R_e do R_m, zwiększenie granicy plastyczności, wydłużenia i przewężenia

-3.Utwardzanie wydzieleniowe, dyspersyjne- polega na wytworzeniu w stopie dyspersyjnych wydzieleń, blokujących przemieszczanie się dyslokacji. To metoda obróbki cieplnej metali prowadząca w efekcie do zwiększenia ich wytrzymałości mechanicznej. Utwardzenie jest efektem wydzielenia rozpuszczonego składnika z roztworu przesyconego a w temperaturze niższej prowadzące w efekcie do zmiany właściwości stopu.

(Obróbka cieplna)-Składa się z dwóch etapów: przesycania i starzenia.

-Przesycanie– polega na nagrzaniu stopu do temp o 30-50 ‘C powyżej granicznej rozpuszczalności i wygrzaniu w tej temp w celu rozpuszczenia wydzielonego składnika(zazwyczaj cementyt), a następnie szybkim schłodzeniu. Lepsze właściwości plastyczne.

Trochę gorsza wytrzymałość i twardość.

-Starzenie-polega na nagrzaniu stopu uprzednio przesyconego do temp poniżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika,wygrzaniu w tej temp i powolnym schłodzeniu. Wzrost wytrzymałości, twardości. Pogorszenie plastyczności..zależnie od relacji między siłą napędową przemiany a barierą energetyczną procesu wydzielania, proces rozpadu przesyconego roztworu stałego może przebiegać:

-samorzutnie w temp otoczenia(starzenie naturalne)

-w podwyższonej temp (starzenie sztuczne)

1. Metody złożone obróbki cieplnej

   - Obróbka cieplno-chemiczna – zabieg polega na zmianie składu i mikrostruktury warstwy powierzchniowej. Celem jest podwyższenie np. twardości, odporności na ścieranie albo antykorozyjności.

   Wzbogacacze:

   - Nawęglanie – polega na wzbogaceniu warstwy powierzchniowej w węgiel (korzyści: patrz pkt. 3)

   - Azotowanie – polega na wzbogaceniu warstwy powierzchniowej w azot. Celem zabiegu jest uzyskanie dużej twardości powierzchniowej, zwiększenie odporności na ścieranie oraz zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej (azotowanie utwardzające). Niekiedy celem jest jedynie zwiększenie odporności na czynniki korozyjne (azotowanie antykorozyjne).

   - Obróbka cieplno-mechaniczna – zabieg polega na obróbce plastycznej w celu umocnieniu austenitu, oraz obróbkę cieplną.

   Najbardziej rozpowszechnione metody obróbki cieplno plastycznej to:

   - Wysokotemperaturowa – stal austenityzuje się w temperaturze powyżej A_c3, a odkształca w temperaturze rekrystalizacji, po obróbce stal hartuje się i nisko odpuszcza.

   - Niskotemperaturowa – stal po austenityzacji chłodzi się do temperatury maksymalnej trwałości austenitu przechłodzonego, niższej od temperatury rekrystalizacji (550-650’C). W tej temperaturze przeprowadza się obróbkę plastyczną, po czym chłodzi się ją poniżej temperatury M_s.

2. Hartowanie – trudności i zapobieganie

   Trudności:

   - Nierównomierne chłodzenie (środek jest chłodzony z mniejszą prędkością od krytycznej)

   - Szybkie chłodzenie może wywołać naprężenia skurczliwe, które mogą spowodować pęknięcia nieodpuszczonego martenzytu.

   Zapobieganie:

   Zazwyczaj wprowadza się do stali niewielką ilość odpowiedniego pierwiastka, np.: MOLIBDENU, MANGANU, CHROMU, NIKLU. Powoduje to przesunięcie krzywych węgla w prawo.

   Na hartowność stali wpływają: skład chemiczny stali, jednorodność austenitu, wielkość ziarna austenitu. Kobalt nie poprawia hartowności. Mn,Cr =tak

3. Rodzaje umocnień

   - Umocnienie roztworowe – polega na dodaniu do stali narzędziowych WOLFRAMU i KABALTU.

   - Umocnienie cząstkami twardych faz

4. Odporność na korozję

   Stale zawierające nie mniej niż 12% Chromu są odporne na korozję. Chrom tworzy na powierzchni warstwę tlenku, zapobiegającą przedostania się tlenku w głąb materiału.

5. Rozciąganie polimerów na zimno

   W temperaturze niższej o 50’C od temperatury zeszklenia zmieniają stan na lepko sprężyste

   - małe odkształcenia – polimer wykazuje sprężystość liniową

   - przy odkształceniu ok. 0,1 – polimer zaczyna zachowywać się plastycznie i ulega wydłużeniu

   Kompozytem- nazywamy materiał niejednorodny, wytworzony przez połączenie w pojedynczą strukturę składników posiadających zupełnie różne właściwości w którym to połączeniu uzupełniają się one wzajemnie dając materiał złożony (kompozyt) o dodatkowych lub znacznie lepszych właściwościach niż każdy ze składników oddzielnie lub ich mieszanina. A+B=K, 2+2=6.

   Jeden ze składników powinien być wytrzymały, rolą drugiego będzie przekazywanie obciążeń „silniejszemu” składnikowi

Żaroodporność-odporność materiału na korozję gazową(powietrze,spaliny)w temperaturach wyższej niż 600 C. Pierwiastkami wpływającymi korzystnie na żaroodporność stali są chrom,nikiel i krzem. Stale żaroodporne są stalami niskowęglowymi C<0.25 i mogą podlegać łączeniu przez spawanie.

Żarowytrzymałość-odporność stopu na odkształcenia, z czym wiąże się zdolność do wytrzymywania obciążeń mechanicznych w temperaturze wyższej niż 600 C. Żarowytrzymalość uzyskuje się poprzez wysokie zawartości dodatków stopowych w stali. Żarowytrzymałość zwiększa zwiększana jest również poprzez zgniot i utwardzenie wydzieleniowe. Górna granica żaroodporności wynosci 800 do 1200 C, w zależności od składu stali. Ze stali żaroodpornych i żarowytrzymałych wykonuje się elementy pieców, kotłów parowych, wentylatory do gorących gazów, zawory tłokowych silników spalinowych.

Metale nieżelazne: lekkie(Mg,Al),ciężkie(Cu,Ni,Co,Zn)

Aluminium-jeden z dwóch metali najobficiej występujących w skorupie ziemskiej. Ze względu na złożoność i energochłonność procesu wytwarzania z rud jest metalem dość drogim. Cechą charakterystyczną Al jest jego wszechstronność. Czyste Al charakteryzuje się znaczną odpornością na utlenianie, niewielką opornością elektryczną i dobrą plastycznością. Stopy Al nie posiadają już tak dobrej odporności korozyjnej czy przewodności elektrycznej jak czyste Al, mają za to zdecydowanie lepsze właściwości mechaniczne,które można podwyższyć stosując umacnianie wydzieleniowe lub dyspersyjne. Dodatki stopowe:Cu,Si,Mg,Mn,Zn.

Stopy Al dzieli się na stopy przeznaczone do:

-obróbki plastycznej

-stopy odlewnicze

Stop Al-Mn, Al-Mg-Mn (mangan)podlegają umacnianiu przez roztwór które jest wyjątkowo skuteczne. Dodatkowe umocnienie zapewnia zgniot wywołany obróbką plastyczną.

Dural- to ogólna nazwa stopów metali, zawierających głównie aluminium oraz dodatki stopowe: zwykle miedź 2-5% i magnez poniżej 2%.

Al-Zn-Mg- odznacza się wyjątkowo wysokimi właściwościami wytrzymałościowymi, dlatego jest stosowany na najsilniej obciążone elementy konstrukcji lotniczych i środków transportu. Ich WADĄ jest mała odporność korozyjna.

Aluminium z litem-wykorzystywane w przemyśle kosmicznym i lotniczym. Większa sztywność, lepsza wytrzymałość zmęczeniowa i wiązkość w niskiej temperaturze.

Silumin, alpaks –stop odlewniczy - stop aluminium z dodatkiem krzemu. (Al-Si)

Siluminy szczególnie około eutektyczne(10-13%Si), odznaczają się:

-doskonałymi właściwościami odlewniczymi

-i całkiem niezłymi właściwościami mechanicznymi

Wadą jest grubo iglasta eutektyka.