Stal- obrobiony plastycznie stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami zawierający mniej niż 2,1% węgla,
Staliwo- stop żelaza z węglem , nie zawierający eutektyki , stężenie węgla jest mniejsze niż 2,1%
Żeliwo- Stop żelaza z węglem zawierające eutektykę stężenie węgla jest większe niż 2,1%
Silumin- stop odlewniczy aluminium z krzemem
Mosiądz- stop miedzi z cynkiem (do 45%)
Kompozyt- Materiał utworzony z dwóch lub więcej wytworzonych oddzielnie materiałów o różnych własnościach, uzyskuje się wyrób o lepszych własnościach niż własności średnie materiałów składowych.
Brąz- stop miedzi z cyną (do 11%)
Ferryt- międzywęzłowy roztwór węgla w żelazie α (żelazo o strukturze krystalicznej RPC)
Austenit- między węzłowy roztwór węgla w żelazie γ (żelazo o strukturze krystalicznej PSC)
Perlit – produkt przemiany eutektoidalnej austenitu, składający się z płytek ferrytu i cementytu
Ledeburyt- składający się z austenitu i cementytu produkt przemiany eutektycznej ciekłego roztworu węgla w żelazie o zawartości 4,3% C
Cementyt- węglik żelaza o wzorze Fe3C
Martenzyt – przesycony roztwór węgla w żelazie α utworzony podczas bezdyfuzyjnej (martenzytycznej) przemiany austenitu
Bainit- produkt przemiany bainitycznej stali składający się z ferrytu przesyconego węglem i węglików
Wyżarzania
Aniztoropia- zależność własności materiału od kierunku
Stan Surowy- stal jest nie obrobiona cieplnie, tylko po przeróbce plastycznej na zimno lub na gorąco. W stanie surowym dostarcza się stale niestopowe, niskostopowe, kwasoodporne i sprężynowe. Strukturę stali podeutektoidalnych tworzy ferryt i perlit o dyspersji zależnej od temperatury przeróbki plastycznej i szybkości chłodzenia po przeróbce. W stanie surowym może występować pasmowość rozkładu ferrytu i perlitu oraz wtrąceń, będąca następstwem segregacji chemicznej stali i walcowania. Konsekwencją pasmowości jest anizotropia właściwości mechanicznych.
Stan normalizowany N w wyżarzaniu normalizującym wykorzystuje się efekt rozdrobnienia ziarna podczas przemiany perlitu w austenit. Zakres wyżarzania normalizującego przekracza o 30-50oC temperaturę A3 lub ACM. Chłodzenie po normalizowaniu odbywa się w spokojnym powietrzu co zbliża strukturę stali do równowagowej. Normalizowanie dzięki rozdrobnieniu ziarna wyraźnie zwiększa granicę plastyczności i udarności. W stanie normalizowanym są dostarczane stale niestopowe, niskostopowe, automatowe, do hartowania powierzchniowego.
Stan wyżarzony ujednorodniająco J- zwany homogenizowanym, uzyskuje się w temp. (1000-1200 oC) w czasie kilkunastu godzin. Efektem jest wyrównanie składu chemicznego (usunięcie segregacji chemicznej). W stanie J dostarcza się głównie wlewki i odlewy staliwne
Stan sferoidyzowany Sf uzyskuje się poprzez kilkugodzinne wyżarzanie w okolicy temperatury przemiany eutektoidalnej. Kształtuje się struktura zwana sferoidem – tworzą ja drobno kulite ziarna cementytu i równoosiowe ziarna ferrytu. Struktura taka zapewnia mała twardość i dobrą plastyczność. Sferoid jest korzystny do hartowania i ułatwia obróbke skrawaniem.
Stan zmiękczony M – celem jest uzyskanie określonej małej twardości, wystarczającej do obróbki skrawaniem. Zmiękczona stal, najczęściej eutektoidalna i nadeutektoidalna zawiera cementyt i nie w pełni sferoidyziwany oraz ziarna ferrytu
Stan przesycony P – celem jest uzyskanie roztworu stałego (struktury jednofazowej), przez zwiększenie plastyczności i ułatwienie obróbki plastycznej na zimno. Struktura jednofazowa zapewnia większą odporność korozyjną. Przesycanie polega na rozpuszczenie węglikoazotków lub azotków w austenicie (1100-1300 oC) i szybkim ochłodzeniu.
Stan utwardzony wydzieleniowo D polega na wydzieleniu z przesyconego roztworu stałego (martenzytu) drobnych faz miedzymetalicznych tworzonych przez pierwiastki stopowe. W stanie D dostarcza się wysokostopowe stale martenzytyczne zwane jako maraging, mają one wysoki poziom właściwości wytrzymałościowych
Stan rekrystalizowany R- polega na usunięciu skutków umocnienia powstałych podczas przeróbki plastycznej na zimno. Temp. Rekrystalizacji (600-700oC). Wyżarzanie rekrystalizujące jest sposobem rozdrobnienia ziarna w stalach bez przemiany alotropowej.
Stan wyżarzony odprężająco O ma na celu usunięcie napręzeń powstałych podczas krzepnięcia odlewu, spawania, skrawania, lub odkształcenia plastycznego na zimno. Wyżarzanie to przebiega (400-650oC) w ciągu kilku godzin z wolnym studzeniem. Mikrostruktura stali się nie zmienia.
Hartowanie- polega na nagrzaniu stali do temperatury austenityzowania, wygrzaniu w tej temperaturze i oziębieniu w celu uzyskania temperatury nierównowagowej- martenzytycznej i bainitycznej, które odznaczają się większą niż w stanie wyjściowym twardością i wytrzymałością, oraz mniejszą plastycznością,. Temperatura austenityzowania dla stali węglowych jest 30-50oC wyższa od AC3, zbyt wysoka wywołuje nadmierny rozrost ziaren austenitu co powoduje zwiększenie kruchości stali
Prędkość krytyczna ?! duża szybkość chłodzenia wywołuje znaczny gradient temperatury na przekroju elementu, a tym samym niejednoczesność zachodzenia przemiany martenzytycznej na powierzchni i w rdzeniu elementu. Powstają wtedy naprężenia własne, które mogą doprowadzić do pęknięć hartowniczych, wypaczeń, odkształceń przedmiotów.
Przebieg chłodzenia w procesach hartowania martenzytycznego i bainitycznego stali: 1 - hartowanie martenzytyczne zwykłe, 2 - hartowanie martenzytyczne stopniowe, 3 - hartowanie bainityczne zwykłe, 4 - hartowanie bainityczne izotermiczne, Vkr - krytyczna szybkość chłodzenia
Wykresy CTP I CTPi
Rys. 2.1. Schemat przemian austenitu stali podeutektoidalnej:
a) CTPi przy chłodzeniu izotermicznym, b) CTPc przy chłodzeniu ciągłym;
A - austenit, F - ferryt, P - perlit, Bg - bainit górny, Bd - bainit dolny, M – martenzyt
Średnica krytyczna Dk- jest to średnica pręta w którym po zahartowaniu w ośrodku o danej intensywności chłodzenia uzyskuje się w rdzeniu strukturę z określonym minimalnym udziałem martenzytu wyrażonych w procentach D80 lub D50.
Nawęglanie- polega na nasyceniu warstwy wierzchniej węglem elementów wykonanych ze stali węglowych i stopowych o zawartoście węgla od 0,05%-0,25%. Wykonuje się je w temperaturze występowania austenitu (900-930oC). Celem nawęglania jest wytworzenie warstwy wzbogaconej w węgiel o stężeniu do 1% o grubości 0.6-1,5mm, która po za hartowaniu ma większą twardość niż rdzeń, zapewnia odporność na obciążenia dynamiczne. Szybkość nawęglania zależy od temperatury i czasu trwania procesu, aktywności ośrodka i składu chemicznego stali.
Struktura warstwy nawęglonej zawartość węgla zmniejsza się stopniowo w kierunku rdzenia. Najsilniej nawęglona strefa zewnętrzna (nadeutektoidalna) powinna się składać z perlitu z niewielką ilością cementytu. Strefa perlityczna (eutektoidalna) powinna łagodnie przechodzić w ferrytyczno- perlityczną strukturę rdzenia.
Metody nawęglania
nawęglanie gazowe- ma ono największe zastosowanie, przeprowadza się je w atmosferach zawierających CO, CO2, H2, które wytwarza się poprzez spalanie gazów opalonych. Do podstawowych zalet tej metody jest możliwość regulacji warstwy nawęglonej i regulacji jej grubości (wykorzystanie sterowania komputerowego)
nawęglanie w ośrodkach stałych – rzadko stosowane, odbywa się w proszku węgla drzewnego nasyconego węglanami sodu. Proces zachodzi w skrzynkach gdzie pod wpływem temperatury i niedoborze tlenu powstaje CO, które jest źródłem węgla atomowego, proces ten jest energochłonny i trudno jest regulować grubość warstwy i stężenia węgla
Obróbka cieplna po nawęglaniu
Właściwości mechaniczne stali węglowej nawęglonej są nie najlepsze, ze wzglądu na rozrost ziaren, przedmioty po nawęglaniu poddaje się hartowaniu i niskiemu odpuszczaniu w celu:
-uzyskania struktury drobnoiglastego martenzytu z węglikami, co zwiększa twardość
- zapewnienia znaczenie ciągliwości i właściwości wytrzymałościowych rdzenia, struktura rdzenia dla stali stopowych to najczęściej niskowęglowy martenzyt lub bainit, w niektórych przypadkach z wydzieleniami ferrytu.
Zastosowanie nawęglania.
Nawęglanie z hartowaniem i niskim odpuszczaniem zapewnia dużą twardość powierzchni, dużą odporność na ścieranie i naciski powierzchniowe, znaczną wytrzymałość zmęczeniową. Rdzeń po takiej obróbce jest ciągliwy i sprężysty i odporny na dynamiczne obciążenia. Nawęglanie stosuje się dla elementów silnie obciążonych tj. Koła zębate, wałki zębate, wałki rozrządu
Azotowanie
Polega na dyfuzyjnym nasyceniu stali azotem, w temperaturze 500 -600oC, w atmosferze zawierającej wolne atomy azotu. Może być krótkookresowe (0,5 – 4h), średniookresowe (4-20h) długookresowe (20-100h). Najczęściej stosowanym typem azotowania jest gazowe i jarzeniowe.
Azotowanie gazowe odbywa się w atmosferze częściowo zdysocjowanego NH3(amoniaku), umożliwia kontrolowanie składu składu warstwy azotowanej, grubość i twardość zależą od czasu, temperatury, i składu chemicznego stali.
Azotowanie jonizacyjne (jonowe) odbywa się atmosferze częściowo zdysocjowanego azotu, przyłożone napięcie wynosi 0,5-1,5 kV, a ciśnienie gazu jest obniżone. Wyniku zderzeń jonów azotu z powierzchnią przedmiotu wydziela się ciepło, a przedmiot nagrzewa się do temperatury azotowania. Strukturę warstwy można regulować, przez zmianę napięcia, ciśnienia oraz składu chemicznego gazu. Warstwa wytworzona w tym procesie charakteryzuje się dużą odpornością na ścieranie, wytrzymałością zmęczeniową, oraz znaczą ciągliwością w porównaniu do innych metod azotowania
Struktura warstwy azotowanej
składa się z dwóch stref
Przypowierzchniowej nie ulegającej trawieniu składających się z bogatych w azot węgloazotków i azotków γ’ w strefie węgloazotków ε mogą występować pory
Strefy azotowania wewnętrznego , jest roztworem stałym azotu w żelazie, z wydzieleniami lub bez azotków żelaza, trawi się ciemniej niż rdzeń
W konwencjonalnej metodzie azotowania strefa węgloazotków ε jest bardzo krucha występują w niej silne naciski jednostkowe w obszarze styku elementów, konieczne jest jej zeszlifowanie.
Zalety i zastosowanie azotowania
duża twardość powierzchniowa, zachowanie twardości i wytrzymałości w podwyższonej temperaturze do 600oC, zwiększoną odporność na ścieranie i zużycie adhezyjne, odporność na korozję gazową i atmosferyczną, dużą wytrzymałość zmęczeniową
Borowanie
polega na dyfuzyjnym nasyceniu borem warstwy wierzchniej metali w temp (900-1000) przez kilka do kilkunastu godzin, proces odbywa się w pastach lub proszkach. Borowaniu poddaje się części maszyn narażone na zużycie przez tarcie. Warstwy są zbudowane z borków żelaza FeB, Fe2B mają one strukturę iglastą, ukierunkowaną prostopadle do powierzchni. Warstwy te są stosunkowo kruche, borowane części są hartowane i nisko odpuszczane. Warstwy te charakteryzują się dużą odpornością korozyjną.
Efekt twardości wtórnej
Dodatki węglikotwórcze opóźniają proces odpuszczania. Dochodzi do zamian właściwości i struktury, jakie zachodzą w stali węglowej, konieczna jest wyższa temperatura odpuszczania. W niektórych stalach wysokostopowych występuje zjawisko twardości wtórnej. Najbardziej jest to widoczne w stalach zawierających wolfram i molibden. Twardość wtórna jest to przyrost wartości zahartowanej stali w trakcie odpuszczania w stosunkowo wysokiej temperaturze (500-580oC) od 1 do 3 HRC. Przyczyną wzrostu wartości twardości jest wydzielanie się z martenzytu i austenitu szczątkowego wysokodyspersyjnych węglików stopowych oraz przemiana austenitu szczątkowego w martenzyt.
Podział stali narzędziowych:
- węglowe stale narzędziowe na narzędzia pracujące w temperaturze do około 200oC
- narzędziowe stale stopowe do pracy na zimno na narzędzia pracujące do 200oC
- narzędziowe stale stopowe do pracy na gorąco na narzędzia do obróbki plastycznej, nagrzewające się powierzchniowo do temperatury 500 – 600oC
- stale szybkotnące stosowane na narzędzia do obróbki skrawaniem, pracujące do 500oC
Obróbka cieplna stali narzędziowych (sorbit)
Obróbka cieplna stali narzędziowych stopowych do pracy na gorąco jest podobna jak do pracy na zimno. W celu uzyskania dużej twardości stale poddaje się hartowaniu i odpuszczaniu. Zakres temperatury austenityzowania (880-1140oC). Chłodzi się zazwyczaj w oleju, czasem w strumieniu sprężonego powietrza. Po zahartowaniu uzyskuje się strukturę martenzytyczną z austenitem szczątkowym, występują dodatkowo struktury bainityczne. Zazwyczaj po hartowaniu pozostają nie rozpuszczone sferoidalne węgliki stopowe. Odpuszczanie często dwukrotne prowadzi się w temp. (400-600oC) uzyskuje się po nim strukturę sorbityczną. Twardość jest mniejsza niż w stalach do pracy na zimno, dzięki temu stale te mają lepsze właściwości plastyczne.
Sorbit- mieszanina ferrytu i cementytu o dyspersji zmniejszającej się wraz ze wzrostem temperatury. Cechuje się wysokimi właściwościami wytrzymałościowymi i plastycznymi.
Żeliwa szare zawierają grafit, a cementyt tylko w perlicie, grafit powstaje podczas przemiany eutektycznej.
Grafit ma kształt połączonych płatków, grafit pierwotny wydzielający się z cieczy w żeliwach nadeutektycznych tworzy grube płatki. Powstawanie grafitu podczas krzepnięcia zmniejsza skurcz odlewniczy. Jego obecność nadaje żeliwom szarym wyjątkowe właściwości. Kształt grafitu ma znaczenie na właściwości mechaniczne dlatego żeliwa szare dzielimy ze względu na kształt grafitu:
Szare zwykłe (grafit płatkowy), modyfikowane (drobny grafit płytkowy), sferoidalne, wermikuralne (kompaktowe)
Żeliwa szare mają cenne właściwości:
-mały skurcz liniowy i objętościowy, dobrą lejność, co umożliwia wykonanie skomplikowanych, cienkościennych odlewów
-zdolność do tłumienia drgań, im bardziej rozwinięta powierzchnia grafitu tym tłumienie jest większe.
- niewrażliwość na działanie karbu
- wytrzymałość na ściskanie
- skrawalność dobry, łamliwy wiór, gładka powierzchnia po skrawaniu.
Steadyt:
Potrójna eutektyka fosforowa, krzepnąca jako ostatnia w temp. 953oC. Steadyt jest twardy, odporny na ścieranie, poprawia lejność i zdolność do wypełniania formy.
Podział żeliw:
Żeliwo szare.
Zawierają grafit, a cementyt znajduje się tylko w perlicie. Czynniki sprzyjające powstawanie grafitu podczas przemiany eutektycznej: duzą wartość równoważnika węgla Ce, obecność innych pierwiastków sprzyjających grafityzacji, wolne chłodzenie podczas krzepnięcia oraz dodatek modyfikatorów.
Żeliwo sferoidalne.
Żeliwo sferoidalne – żeliwo szare, w którym grafit występuje w postaci kulkowej, pod postacią sferoidalnych skupień. Uzyskuje się je w wyniku modyfikowania żeliwa o tendencji krzepnięcia jako szare, lecz o bardzo małym stężeniu siarki i fosforu. Jako sferoidyzatorów używa się ceru lub magnezu. W wyniku tego zabiegu grafit występuje w tych żeliwach w postaci kulistej. Skupienia te mogą występować w osnowie perlitu lub ferrytu. Żeliwo sferoidalne posiada dobre własności wytrzymałościowe. Może ulegać odkształceniu bez uszkodzeń, odporne na ściskanie i zginanie. Odporne na wysokie ciśnienia.
Żeliwo ciągliwe.
Otrzymane w wyniku długotrwałego wyżarzania żeliwa białego (wyżarzanie grafityzujące). Grafit powstaje dopiero podczas wyżarzania grafityzującego. Jest to tak zwana grafityzacja wtórna, czyli rozpad powstałego już cementytu. Wydzielenia węgla w postaci grafitu kłaczkowego (węgla żarzenia) są skupione, w niewielkim stopniu wpływają na osłabienie użytecznego przekroju materiału i nie wywołują dużej koncentracji naprężeń. Żeliwo takie posiada bardzo dobre własności plastyczne, udarnościowe, wytrzymałościowe. Wyróżniamy 3 rodzaje: czarne, perlityczne oraz białe.
Żeliwo białe.Żeliwo, w którym węgiel występuje w postaci kruchego cementytu. Nazwa jego pochodzi od faktu, iż jego przełom ma jasnoszary kolor. Uznawane za żeliwo niższej jakości, jest mniej ciągliwe, gorzej obrabialne, charakteryzuje się nie najlepszą lejnością i posiada większy skurcz odlewniczy (do 2,0%) niż żeliwo szare. Jest materiałem wyjściowym do otrzymywania żeliwa ciągliwego.
Żeliwo stopowe.
Żeliwo, do którego w celu modyfikacji jego własności fizycznych i chemicznych dodawane są dodatki stopowe takie jak krzem, nikiel (uodparnia na działanie wysokiej temp.), chrom (zwiększa twardość, wytrzymałość i odporność na ścieranie), molibden (polepsza odporność na pełzanie), aluminium i inne. Wyróżnia się następujące typy żeliw stopowych: odporne na korozję, kwasoodporne oraz żaroodporne.
Obróbka cieplna mosiądzów:
Mosiądze poddaje się wyżarzaniu ujednorodniającemu, rekrystalizującemu i odprężającemu
Wyżarzaniu rekrystalizującemu poddaje się mosiądze o strukturze α obrobione plastycznie na zimno. Celem tego wyżarzania jest usunięcie umocnienia spowodowanego zgniotem i umożliwienie ewentualnej dalszej obróbki plastycznej. Temperatura zależy od gatunku mosiądzu i wielkości zgniotu(450-650oC). Czas i temperatura muszą być tak dobrane. Czas i temperatura muszą być tak dobrane, aby nie nastąpił rozrost ziaren, który pogarsza podatność mosiądzu na dalszą obróbkę plastyczną, rozrost łatwo zachodzi dla małego stopnia zgniotu. Mosiądze po obróbce plastycznej na zimno i nierekrystalizowane powinno się wyżarzać odprężająco. Celem tego wyżarzania jest zmniejszenie naprężeń wewnętrznych które mogą być przyczyną korozji naprężeniowej. Wyżarzanie prowadzi się w temp. 200-300oC zależnie od gatunku i stopnia zgniotu, warunki wyżarzania muszą być tak dobrane aby nie zaszła rekrystalizacja co spowodowałoby niepożądane zmniejszenie umocnienia. Naprężenia wewnętrzne mogą pojawić się w odlewach i wtedy stosuje się wyżarzanie odprężające.
Korozja mosiądzów
Mosiądze mają dobrą odporność na korozję atmosferyczną oraz w środowisku wody morskiej.
Korozja naprężeniowa- zwana pękaniem sezonowych, polega na nagłym pękaniu bez widocznego powodu, zazwyczaj wzdłuż granic ziaren. Przyczyną tej korozji są naprężania w materiale, oraz środowisko korozyjne. Naprężenia występują po obróbce plastycznej na zimno jako naprężenia własne, oraz działanie sił zewnętrznych podczas pracy elementu. Najbardziej niebezpiecznym środowiskiem jest amoniak lub jego roztwór wodny.
Odcynkowanie rodzaj korozji elektrochemicznej, zachodzi kiedy mosiądz znajduje się w elektrolicie ( zawierającym szczególnie chlor), miedź i cynk przechodzą do roztworu z którego wydziela miedź w postaci gąbczastej. Po jej wytrąceniu korozja ulega przyspieszeniu, nie jest ona widoczna, ponieważ nie jest widoczna zmiana przedmiotu. Właściwości wytrzymałościowe gwałtownie się pogarszają. Korozji ulegają głównie mosiądze dwufazowe, w których rozpuszcza się faza β’. Odcynkowanie może zachodzić miejscowo i ta korozja ma postać wżerową.
Obróbka cieplna duraluminium
Utwardzenie wydzieleniowe inaczej dyspersyjne polega na umocnieniu roztworu stałego przez dyspersyjne (bardzo drobne) wydzielenia faz międzymetalicznych, i mniejsza odległość między nimi tym bardziej utrudniony ruch dyslokacji i wraz z tym wzrasta poziom właściwości wytrzymałościowych.
Utwardzanie się składa z dwóch zabiegów przesycania i starzenia.
Przesycanie jest obróbką cieplną zaburzającą stan równowagi. Duraluminium się nagrzewa do temp 500-520 oC uzyskuje się jednorodną strukturę roztworu stałego α dzięki rozpuszczeniu miedzi w aluminium. Po wygrzaniu stop chłodzi się szybko w wodzie, szybkie chłodzenie nie pozwala na wydzielenie się fazy θ i cała miedź pozostaje w roztworze stałym α i jest roztworem przesyconym, czyli zawiera więcej pierwiastka rozpuszczonego niż jest t możliwe w warunkach równowagi. Stabilność przesyconego roztworu zależy od temperatury. Przesycony roztwór miękki i plastyczny. Roztwór stały nie jest stabilny w temp. 20oC ponieważ dąży do stanu równowagi i ulega starzeniu, powstają nierównowagowe wydzielenia faz θ” i θ’, które są całkowicie lub częściowo koherentne z osnową i powodują umocnienie stopu.
Starzenie może przebiegać samoistnie (samorzutne), które trwa zazwyczaj kilka dni, starzenie samorzutne pozwala na uzyskanie największego umocnienia i wytrzymałości na rozciąganie. Do przyspieszenia starzenia, wygrzewa się stop w temp. Ok. 160oC przez kilka godzin, takie starzenie jest starzeniem sztucznym nie wydzielają się fazy θ” θ’ które w mniejszym stopniu umacniają stop niż strefy G-P, długotrwałe przetrzymanie duraluminium w temp powyżej 200oC prowadzi do przestarzenia wydziela się faza równowagowa θ i następuje jej koagulacja, trwałe zmiękczenie stopu. Przestarzony stop jest miekki i można go obrabiać plastycznie na zimno.
Modyfikacja siluminów w celu poprawieniu właściwości wytrzymałościowych i plastycznych siluminów dokonuje się ich modyfikacji, stosuje się ją do wszystkich stopów, konieczna jest w przypadku stopów eutektycznych i nadeutektycznych. Do ciekłego stopu w temperaturze powyżej temperatury odlewania dodaje się modyfikatory (np. związki sodu), powodujące rozdrobnienie struktury, zaokrąglenie kryształów krzemu. Modyfikatory zmieniają układ równowagi, obniżają temperaturę eutektyczną, przesuwają punkt eutektyczny do większej zawartości krzemu. Modyfikowane stopy eutektyczne po zakrzepnięciu mają strukturę dendrytów roztworu α, na tle drobnoziarnistej eutektyki i zaokrąglonych wydzieleń krzemu. Stop staje się podeutektycznym, właściwości plastyczne ulegają poprawie i wzrasta poziom właściwości wytrzymałościowych.
Chromowanie galwaniczne-odbywa się wannach galwanicznych zasilanych prądem, stosuje się kąpiele będące wodnymi roztworami kwasu chromowego. Najważniejszymi warunkami procesu jest skład i temperatura kapieli oraz gęstość prądu. Temp (45-55oC), powłoki otrzymane tą metodą są gładkie i błyszczące, chromowanie galwaniczne można podzielić na dwa rodzaje: dekoracyjne i techniczne. Dekoracyjne nakłada się na podwarstwach miedzi i niklu lub niklu. Chrom ma grubość 1-5miktometrów, zabezpiecza powierzchnię przed porysowaniem i zmatowaniem, ponieważ błyszczący nikiel z czasem żółknie i ulega ścieraniu. Warstwa powyżej 1,5mikrometrów jest szczelna, odporna na ścieranie i chroni podłoże przed korozją. Chromowanie techniczne 10-150 mikrometrów, nakładane bezpośrednio na stal lub stopy miedzi dla uzyskania odpowiedniej twardości i odporności na ścieranie, można nakładać powłoki do 1mm, jednak są one kruche i nierównomierne. Powłoka chromu technicznego może być szara błyszcząca bądź mleczna, najlepsze jakościowo są błyszczące. Powłoki nie zmieniają swojego wyglądu na powietrzu i są odporne na działanie kwasów oraz na zużycie przez tarcie. Powłoki chromu technicznego są porowate szczelność i odporność na korozję uzyskuje się przy powłoce o grubości większej niż 0,1mikrometra. Chromowanie techniczne stosuje się dla przedmiotów nowych, regenerowanych, powłoki są gładkie, twarde, o małym współczynniku tarcia. Chromowanie zwiększa trwałość tłoczników, pierścieni tłokowych, prowadnic zaworów. Przez chromowanie techniczne, można regenerować zużyte elementy narzędzi, maszyn. Ubytki materiału do 0,5mm. Podczas nakładania powłok galwanicznych może nastąpić nawo dorwanie wyrobu, co obniża jego wytrzymałość zmęczeniową, aby zapobiec temu wygrzewa się wyrób w temp 180oC.
Metoda zanurzeniowa:
Metalizowanie zanurzeniowe polega na wytworzeniu na powierzchni wyrobów powierzchni metalowej trwale związanej z podłożem przez zanurzenie w ciekłym metalu lub stopie metali niskotopliwych. Powłoki te charakteryzują się odpornością na korozje i utleniane w wysokiej temperaturze.
Cynkowanie ogniowe (zanurzeniowe) polega na przetrzymaniu przez określony czas przedmiotów w kąpieli cynkowej w temperaturze około 440oC gdzie tworzy się warstwa faz miedzymetalicznych, ma ona słupkowy kształt i jest prostopadła do powierzchni podłoża. W tej warstwie się rozróżnia fazy γ, przylegającą do podłoża, fazę δ, oraz fazę ξ, granica warstw faz międzymetalicznych jest linią prosta, natomiast granica z kąpielą jest nierównomierna i silnie rozwinięta. Czas kąpieli waha się od kilku do kilkunastu minut. Grubość, struktura i skład chemiczny warstw faz międzymetalicznych zależą od składu chemicznego temperatury i składu oraz czas cynkowania. Rozróżnia się dwa typy cynkowania ciągłą i jednostkową indywidualna. Metodą indywidualną pokrywa się wyroby gotowe, ciągła półwyroby jak (blachę drut, rury). Trwałość powłoki zależy od jej grubości, cynk pod wpływem atmosfery pokrywa się warstwami nalotowymi, są to węglany cynku które go chronią a tym samym powierzchnie stali, wskutek ścierania warstwy te są usuwane, ale odnawiają się kosztem cynku znajdującego się w powłoce. Cynkowane elementy można łączyć za pomocą nitowania lutowania, lub skręcania.
Aluminiowanie zanurzeniowe polega na przetrzymaniu wyrobów w kąpieli ciekłego aluminium. Aluminiowanie może być ciągłe i indywidualne, ciągłe jest technologią rozpowszechnioną na skalę przemysłową i pokrywa się wtedy cienką, stosunkowo plastyczną warstewką powierzchnie drutów, blach. O właściwościach powłok decyduje skład, grubość i struktura. Temperatura kąpieli wynosi ok. 700oC, w czasie zanurzania tworzą się dwie zasadnicze warstwy – strefa przejściowa zbudowana z kruchych związków Fe-Al oraz osadzająca się na niej w czasie wyciagania z kąpieli zewnętrzna warstwa o składzie zbliżonym do składu kąpieli. Grubość i właściwości strefy przejściowej decydują o przyczepności powłoki do podłoża i o właściwościach mechanicznych, grubość (15-100mikrometrów). Kąpiele aluminiowe się wykonuje w praktycze w temp 700-715, wytworzona powłoka jest plastyczna, odporna na tłoczenie zginanie, ponieważ nie powodują jej łuszczenia. Aluminowanie umożliwa zwiększe odporności na korozję 3-8 razy w porównaniu z powłoką cynkową, powłoka Al. Charakteryzuje się brakiem toksyczności w zetknięciu z żywnością. Dla nadania blachom aluminowanym większej żaroodporności wykonuje się obróbkę polegającą na wyżarzaniu dyfuzyjnym w temp 950-1050oC w celu przereagowania całej warstwy aluminium w żaroodporne związku żelaza z glinem. Blachy aluminowane można stosować w warunkach korozji atmosferycznej, chemicznej, gazowej w wysokiej temperaturze. Blachy te można łączyć za pomocą spawania, tłoczenia, śrub i nitów. Aluminowanie indywidualne polega na wytworzeniu powłok na wyrobach gotowych tj. odlewy elementy spawane, poprzez zanurzenie w kąpieli aluminium. Powłoki są zbudowane z dyfuzyjnej warstwy zewnerzenie które stanowią krystality słupkowe fazy FeAl3, oraz wypełniającego miedzy nimi wolne obszary stopu pod eutektycznego, dyfuzyjna warstwa przejściowa oddziela warstwę zewnętrzną od pokrywanego podłoża, składa się głównie z językowatych kryształów Fe2Al5. Czynnikiem wpływającym na stukturę powłok jest rodzaj pokrywanego materiału, najszybciej wzrasta na podłożu ferrytycznym a znacznie wolniej na stalach wysokowęglowych i żeliwach. Powłoki aluminiowe wytwarzane indywidualne są grubsze i bardziej odporne na korozję.
Podział kompozytów (WTF?!)
Kompozyty z włóknami szklanymi
W skali przemysłowej produkuje się kompozyty składające się z włókien szklanych w żywicy poliestrowej lub epoksydowej, lepsze właściwości mają te które są z żywicy epoksydowej, jednak poliestrowa jest tańsza, stosuje się ją w łódkach i kajakach rekreacyjnych. Do kompozytów często się wprowadza włókna szklane o symbolu E które tworzą eutektyke potrójną. Włókna szklane pokrywane są związkami silanowymi, które zmniejszają przenikanie wody przez granicę włókno żywica, poprawiają przyczepność do włokien, co poprawia właściwiości wytrzymałościowie tj. odporność na zginanie i ścinianie.
kompozyty z włóknami węglowymi
Używa się potocznie dwóch określeń włókna węglowe i grafitowe. Różnią się właściwościami, produktem wyściowym jest tworzywo sztuczne o symbolu PAN, które po zwęgleninu w temp 1600-1800 tworzy włókna węglowo, a przy 2500-2500oC włókna grafitowe, grafitowe charakteryzują się większym stopniem uporządkowania atomów i są mniej zdefektowane. W kompozytach polimerowych stosuje się osnowe z żywic epoksydowych, żywice te są termoutwardzalne w temp. 60-180oC.
Kompozyty z kevlarem
Włokna kevlarowe mogą być stosowane w postaci przędzy lub tkaniny, nie tracą wtedy swoich właściwości eksploatacyjnych. Wykonuje się z nich kamizelki kuloodporne kombinezony motocyklowe, w tych wyrobach wykorzystuje się odpornośc na ścieranie i zdolność do pochłaniania energii
Kompozyty odlewane (metalowo-ceramiczne)
Kompozyty umocnione włóknami ciągłymi należą do droższych materiałów, popularność zdobyly kompozyty z osnową ze stopów aluminium wzmocnioną cząstkami krzemu lub tlenku aluminium. Trudność sprawia przy odlewaniu danego kompozyty, opadanie cząstek ceramicznych do dolnej części odlewu, co uniemożliwia ich racjonalne kształtowanie, dostarcza się półwyroby w postaci gąsek, kompozyty odlewane mają zwiększony współczynnik sprężystości E, co czyni elementy np. ram rowerowych bardziej sztywnymi i bardziej odpornymi na ścieranie, kompozyty odlewane można stosować do produkcji tłoków w silnikach spalinowych, kompozyty zwiększają odporność na rozwój mikroszczelin podczas cykliczenej pracy, w niektórych przypadkach można kompozyty obrabiać plastycznie na gorąco
Kruche pękanie
Kruche pękanie charakteryzuje nagłość i nieprzewidywalność, co prowadzi do awarii i katastrof. Różnicą pomiędzy kruchym a plastycznym pękaniem jest to, że przy plastycznym muszą zostać przekroczone nominalne granice wytrzymałościowe, kruche pękanie może się pojawić przy naprężeniach mniejszych niż nominalne, cechą kruchego pękania jest brak odkształceń plastycznych w strefie pęknięcia co wiążę się z małą energią do powstania przełomu, kruchemu pękaniu sprzyja: niska temperatura, duża szybkość obciążenia, trójosiowy stan naprężeń. Dla temperatury kiedy następuje kruche pękanie ważne jest przejście materiału w stan kruchy, jest ona różna dla różnych materiałów. Trójosiowy stan naprężeń występujący w okolicy wierzchołka karby sprzyja kruchemu pękaniu, ponieważ redukuje naprężenia ścinające, zmniejsza szanse na pojawienie się poślizgów dyslokacji(odkształcenia plastycznego). Skłonnosć do kruchego pękania charakteryzuje udarność. Często kruche pekanie następuje wzdłuż granic zairen, szczególnie w materiałach gruboziarnistych stają się miejscami o mniejszej odporności na kruche pękanie
Zmęczenie
Na zmęczenie materiału składa się obciążenie i czas, istotne jest aby obciążenia miały charakter cykliczny, aby zmęczenie się rozpoczęło współczynnik intensywności naprężeń K jest mniejszy od krytycznej wartości współczynnika naprężeń KC. Cykliczny charakter powoduje, że z każdym cyklem materiał pobiera pewną ilość energii, co jest przyczyną do pojawienia się zmian mikrostrukturalnych, które lokalizują się z najsłabszym miejscu lub w pobliżu koncentratorów naprężeń. Koncentratory mogą być mechaniczne i metalurgiczne, mechaniczne to karby tj. rysy obróbkowe i nagłe zmiany przekroju. Metalurgiczne są to nieregularności właściwości mechanicznych materiału: twarde o ostrych krawędziach składniki struktury. Koncentratory mogą powstać podczas procesu technologicznego (spawy zakucia zwalcowania) oraz podczas eksploatacji wżery zarysowania uderzenia, mikropęknięcia). w przypadku istniejącego mikropęknięcia z każdym cyklem będzie się ono powiększać. W przypadku elementu wolnego od mikropęknięć proces zmęczeniowy będzie trwać dłużej. Aby zapobiegać zmęczeniu należy unikać karbów powodujących koncentracje naprężeń. Przełomy zmęczeniowe charakteryzuje wygląd dwóch wyraźnie innych części rzeczywistego przełomu z miejscem inicjacji pęknięcia, zwanym ogniskiem przełomu, z rozchodzącymi się od niego liniami spoczynkowymi oraz przełomem resztkowym.
Ścieranie zużycie jest procesem zachodzącym przy współpracy części maszyn, wiąże się z wzajemnym przemieszczeniem, któremu towarzyszy nacisk powierzchni, zużycie mierzy się ubytkiem masy lub zmianą wymiarów. Dla materiałów twardych mikrogeometria trących powierzchni określa rzeczywistą powierzchnię styku, pod wpływem siły docisku mikronierównosci się szczepiają i są odrywane od podłoza w wyniku przemieszczenia, nazywamy to zużyciem adhezyjnym . Oderwane i utlenione cząstki mikronie równości pyłu, kurzu, piasku dostają się pomiędzy współpracujące części maszyn, kiedy są zazwyczaj twardsze od nich i powodują mikroskrawanie.
Pełzanie
polega na długotrwałych naprężeniach mniejszych od granicy plastyczności, następuje trwałe odkształcenie materiału (wydłużenie) a w końcu zniszczenie. Odkształcenia pełzania są funkcją naprężeń czasu i temperatury. Każdy materiał ma swoją graniczną temperature gdzie przy wystarczającym poziomie naprężeń zaczyna się proces pełzania np. dla metali 0,3-0,4 temperatury topnienia. Związek temperatury, powyżej które metale pełzają, wynika z istoty procesu pełzania tj. ruchliwość dyslokacji oraz dyfuzja. W końcowej fazie pełzania następuje kumulacja uszkodzeń struktury materiału, pojawiają się w niej pustki, będące rezultatem kondensacji wakansów, przed powstaniem przełomu pustki się szybko powiekszają osiągając wielkość kilku lub kilkunastu mikrometrów. Konsekwencją pełzania jest wydłużenie, większe i większa plastyczność materiału a w końcu jego pęknięcie. Odporność na pełzanie określa granica pełzania czyli naprężenie, wytrzymałość na pełzanie zwana wytrzymałością czasowo lub żarowytrzymałością czyli naprężenie przy którym w określonych warunkach nastąpi pęknięcie elementu