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

Wiązanie jonowe – są tworzone przez atomy, w których występuje odpowiednio brak i nadmiar jednego lub dwóch elektronów walencyjnych. Elektrony te są przyłączane z atomu elektrododatniego przez atom elektroujemny. Oba atomy uzyskują oktetowe konfiguracje elektronowe takie jak posiadają gazy szlachetne

Wiązanie to powstaje na zasadzie kolumbowskiego przyciągania się przeciwnych ładunków

Powstała cząsteczka jest elektrycznie obojętna, stanowi jednak dipol a to oznacza, że ma zaznaczone bieguny elektryczne.

Wiązania metaliczne - Występuje w kryształach metali. Kryształ metalu zbudowany jest z atomów pozbawionych elektronów walencyjnych, będących dodatnio naładowanymi centrami sieci krystalicznej metalu, ułożonymi jeden obok drugiego. Elektrony walencyjne wyrwane z atomów krążą pomiędzy nimi w całej przestrzeni kryształu i tworzą tzw. gaz elektronowy. Wiązanie metaliczne jest właśnie oddziaływaniem między gazem elektronowym, a zrębami.
Dzięki temu, że elektrony - przenośniki ładunku - mogą się w krysztale metalu dowolnie poruszać możliwe jest przewodzenie prądu elektrycznego.

Wiązania metaliczne charakteryzują się;

-dobra plastyczność, wysoka odporność temperaturowa, dobre przewodnictwo, połysk metaliczny

Wiązanie kowalencyjne-powstaje w wyniku tworzenia się par elektronowych(o różnych spinach) wiążących atomy. Wynika to z dążenia do tworzenia dwu lub ośmioelektronowych konfiguracji gazów szlachetnych. Uwspólnionje elektrony przechodzą kolejno od jednego atomu do drugiego zmieniając je w jony dodatnie , które są przyciągane przez elektrony znajdujące się między nimi. Wiązania te są bardzo silne łączą atomy gazów w cząsteczki

Wiązanie wtórne- polega na elektrostatycznym przyciąganiu się ładunków przeciwnych. Powstaje na skutek asymetrycznego rozkładu dodatnich i ujemnych ładunków w obszarze każdego ładunku lub cząsteczki, bardzo słabe wiązanie.

2.Główne grupy materiałów inżynierskich.

Materiałami w pojeciu technicznynym SA ciała stałe o własnościach umożliwiających ich stosowanie przez człowieka do wytwarzania produktów.

Do podstawowych grup materiałów inżynierskich są zaliczane:

• Metale i ich stopy

• Polimery

• Materiały ceramiczne

Ponadto można wymienic materiały kompozytowe tworzone [rzez połaczenie dowolnych dwóch z wymiennych materiałów inżynierskich w monolityczna całość, co zapewnia uzyskanie innych właściwości od właściwych dla każdego z materiałów składowych.

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

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

Metale charakteryzują się wiązaniem metalicznym. Układy wieloskładnikowe złożone z więcej niż jednego pierwiastka, charakteryzujące się przewagą wiązania metalicznego tworzą stopy metali.

Metale i ich stopy cechują następujące własności:

- dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne

- opór elektryczny zwiększa się z podwyższeniem temperatury

- połysk metaliczny, polegający na odbijaniu promieni świetlnych od wypolerowanych powierzchni

- plastyczność (zdolność do trwałych odkształceń pod wpływem przyłożonych naprężeń)

Własności metali i stopów są kształtowane metodami obróbki cieplnej, a powierzchnia elementów metalowych często jest uszlachetniana metodami inżynierii powierzchni, zwiększającymi m.in. odporność na korozję lub odporność na zużycie. Najczęściej używanymi spośród materiałów metalowych są stale, czyli stopy żelaza z węglem i innymi pierwiastkami., a także stopy odlewnicze żelaza, tzn. staliwa i żeliwa. Liczną grupę stosowanych materiałów metalowych stanowią również metale nieżelazne i ich stopy.

5. Co to są stopy i jaki jest cel ich wytwarzania

Stopy metali są substancjami dwu lub wieloskładnikowymi, makroskopowo wykazują właściwości metaliczne. Co najmniej jeden z głównych składników stopu stanowiący osnowę jest metalem. Składniki stopów są substancje proste, np. pierwiastki, lub złożone – np. związki nie ulęgające przemianom.

Czyste metale są w technice stosowane stosunkowo rzadko. Powszechnie zastosowanie znajdują stopy metali – w wielu przypadkach wykazują lepsze właściwości niż czyste metale.

Celem wytwarzanie stopów jest zwiększenie własności np. wytrzymałościowych, antykorozyjnych, żaroodpornych , magnetycznych. Zwiększenie właściwości wytrzymałościowych zachodzi kosztem własności plastycznych.

6.Klasyfikacja roztworów stałych?

Roztwory stałe można podzielić ze względu na:

• Różno węzłowe- tworzą się w wypadku zbliżonych promieni atomowych składników

• Międzywęzłowe- tworzą metale przejściowe z pierwiastkami niemetalicznymi o bardzo małych promieniach atomowych

W zależności od występowania na wykresie równowagi:

• Ciągłe -o nieograniczonej rozpuszczalności składników)

• Graniczne - o ograniczonej rozpuszczalności składników)

Roztwór stały stanowi fazę o wiązaniu metalicznym i strukturze krystalicznej o własnościach typowo metalicznych. Metal, którego atomy występują w sieci w przewadze to rozpuszczalnik a drugi składnik to pierwiastek rozpuszczony.

Roztwory stałe mogą być:

- podstawowe

-wtórne

Roztwór stały jest nazywany roztworem stałym podstawowym gdy rozpuszczalnikiem jest pierwiastek będący składnikiem stop. Gry rozpuszczalnikiem jest faza międzykrystaliczna, roztwór stały nosi nazwę roztworu stałego wtórnego.

W zależności od zakresu stężenia składnika rozpuszczanego roztwory stałe można dzielić na:

- graniczne

- ciągliwe

Jeżeli stężenie składnika rozpuszczalnego jest ograniczone w pewnym zakresie roztwór stały jest nazywany roztworem stałym granicznym. W przypadku nieograniczonej rozpuszczalności obydwu składników w stanie stałym w całym zakresie stężeń (od 0 do 100%), roztwór stały jest roztworem stałym ciągliwym.

7.Podaj czynniki warunkujące ich tworzenie

• Elektrowartościowość ujemna- im mniejsza różnica tym większa tendencja do tworzenia roztworów międzywęzłowych.

• Typów sieci – ta sama sieć – tendencja do tworzenia tego samego roztworu

• Wielkości atomów (całkowita wzajemna rozpuszczalność w stanie stałym wystepuje w przypadku, gdy stosunek promieni atomowych jest mniejszy od 1,08. Gdy stosunek ten jest wiekszy od 1,15, tworza się roztwory graniczne, o stężeniu metalu rozpuszczanego zwykle mniejszym od 1%)

• Względnych wartościowości (rozpuszczalność metali o wyższej wartościowości w metalach jednowartościowych jest wieksza niż metali jednowartościowych w metalach o wartościowości wyższej. Dotyczy to właściwie wyłącznie miedziowców.

8. Jak skonstruowane są wykresy dwuskładnikowe równowagi fazowej?

Wykresy dwuskładnikowe równowagi fazowej przedstawione są na układach współrzędnych, gdzie na osi y pokazana jest zmiana temperatury zaś na osi x zmiana stężenia składnika A w składniku B. Sam wykres w swej górnej części zawiera zawsze ciecz, poniżej linii likwidusu zawiera mieszaninę cieczy i składnika A lub B (w zależności na którą stronę eutektyki zwracamy uwagę). Poniżej linii solidusu mamy do czynienia ze stanem stałym składnika A lub B, bądź też występuje eutektyka, bądź też występuje roztwór stały eutektyki oraz składników A i B

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

Stosunek udziału obu faz mieszaniny α + β, przy danym stężeniu składników c i stężeniu składników w poszczególnych fazach odpowiednio i , każdej temperatury T z zakresu dwufazowego od T1 do T2 określa reguła dźwigni, zwana reguła odcinków. Zgodnie z tą reguła w punkcie Q obszaru równowagi faz α i β(rys.1)stosunek udziału a fazy α do udziału b fazy β zależy od warunków równowagi wynikających z położenia punktu Q, i równa się stosunkowi odcinków QB do QA(rys.2).

Stosunek udziałów masowych faz pozostających w równowadze jest równy odwrotności stosunku odchyleń tych faz od średniego nominalnego składu stopu. Schematycznie i poglądowo regułę te można przedstawić za pomocą dźwigni dwustronnej pozostającej w równowadze, podpartej w punkcie Q. Długości ramion dźwigni SA proporcjonalne do długości odcinków QA i QB, obciążenia zas do udziałów faz – odpowiednio b i a. Ponieważ:

a+b=1

Zatem udział poszczególnych faz wynosi:

10. 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 eutektyką

- o ograniczonej rozpuszczalności w stanie stałym z perytektyką

Układ o nieograniczonej rozpuszczalności w stanie stałym.

Układ ten tworzony jest przez izomorficzne składniki A i B rozpuszczające się wzajemnie przy dowolnych stosunkach ilościowych - zarówno w stanie ciekłym, jak i stałym. Proces krzepnięcia roztworu stałego przebiega podobnie dla wszystkich stopów układu.

Układ z brakiem rozpuszczalności w stanie stałym z eutektyką.

Cechą charakterystyczną tego układu jest występowanie mieszaniny czystych składników A + B o energii swobodnej, której obrazem jest prosta łącząca energie swobodne czystych składników.

Układ z ograniczoną rozpuszczalnością w stanie stałym z eutektyką.

Układy te tworzone są przez pierwiastki o jednakowych lub różnych sieciach krystalograficznych i różniące się promieniami atomowymi więcej niż o 15 %.Gdy sieci krystalograficzne składników są różne, różnią się również sieci każdego z roztworów stałych, a energia swobodna każdego z nich jest opisywana oddzielną krzywą w kształcie litery U. Gdy sieci przestrzenne każdego ze składników są jednakowe, energia swobodna roztworu stałego jest opisywana jedną krzywą z dwoma minimami.

Układ z ograniczoną rozpuszczalnością w stanie stałym z perytektyką.

Układ ten tworzony jest przez pierwiastki różniące się więcej niż o 15 % promieniami atomowymi, o jednakowych lub różnych sieciach krystalograficznych. Składniki tworzące układy z perytektyką znacznie różnią się jednak wartością temperatury krzepnięcia.

11. Jakie znasz podstawowe właściwości żelaza i jego odmian alotropowych?

Najważniejszą z metaloznawczego punktu widzenia właściwością żelaza jest polimorfizm. Istnieją dwie odmiany krystalograficzne żelaza:

- krystalizująca w układzie regularnym przestrzennie centrowanym (RPC)

- krystalizująca w układzie regularnym ściennie centrowanym (RSC)

Odmiana o sieci RPC występuje w dwóch zakresach temperatury. W dolnym (poniżej 912ºC) jest nazywana żelazem α, w górnym (powyżej 1394ºC) żelazem α(δ). Odmiana o sieci RSC istnieje w pośrednim zakresie temperatury i jest nazywana żelazem γ. Przemiana prowadząca do zmiany typu sieci pierwiastka jest nazywana przemianą alotropową. Ważniejsze właściwości mechaniczne (dane mieszczą się w przedziałach wynikających z czystości metalu i wielkości ziarna): Rm≈180-290 MPa; Re≈100-170 MPa; A≈40-50%, Z≈80-95%; HB≈45-55; E≈210 GPa (silnie zależy od kierunku krystalograficznego)

Jest miękkim, srebrzystobiałym, kowalnym i ciągliwym metalem, odkrytym w starożytności. Gęstość 7,87 g/cm3, temperatura topnienia .

Tworzy cztery odmiany alotropowe:

- α (trwała w temperaturze do 768oC, ma własności ferromagnetyczne),

- β (trwała w temperaturze 768-, paramagnetyczna),

- γ (trwała w temperaturze 910-),

- δ (trwała w temperaturze powyżej ).

12.Jakie znasz podstawowe składniki strukturalne występujące w układzie żelazo-węgiel

- ferryt

- austenit

- cementyt (pierwotny, drugorzędowy, trzeciorzędowy)

- perlit

- ledeburyt

- ledeburyt przemieniony

13.Jak przebiegają przemiany podczas chłodzenia stopów żelaza z węglem zawierających: 0.12; 0,4; 0,7; 1,5; 2,5; 4,3; 5 % C węgla.

0,12- ciecz > ciecz +α(δ) > α(δ) > α(δ)+γ > γ > α+γ > α > α+Fe₃C III

0,4- ciecz > ciecz +α(δ) > ciecz+γ > γ > α+γ > perlit+α+Fe₃C III

0,7- ciecz > ciecz+γ > γ > α+γ > perlit+α+Fe₃C III

1,5- ciecz > ciecz+γ > γ > γ +Fe₃C > perlit+Fe₃C II

2,5- ciecz > ciecz+γ > γ+ledeburyt > perlit+Fe₃C II+ledeburyt przemieniony

4,3- ciecz > eutektyka (ledeburyt) > eutektoid (ledeburyt przemieniony)

5- ciecz > ciecz+Fe₃C > Fe₃C +ledeburyt > Fe₃C I+ledeburyt przemieniony

14.Co to jest stal, staliwo?

Stal – jest to otrzymany w procesach stalowniczych przerobiony plastycznie stop żelaza z węglem (stężenie C od kilku setnych części procentu wagowego do 2,11%) i innymi pierwiastkami, które można podzielić na trzy grupy:

- domieszki metaliczne

- dodatki stopowe

- zanieczyszczenia

Staliwo - jest to stal w postaci lanej (czyli odlana w formy odlewnicze), nie poddana obróbce plastycznej, o zawartości węgla do 2,1%, nie zawierające eutektyki.

15.Jak sklasyfikowano stale i staliwa węglowe(wg. zawartości węgla i przeznaczenie)

- stopy o zawartości węgla C< 0,05% żelazo techniczne,

- stopy o zawartości węgla C< 2% odlewane i poddawane obróbce plastycznej stale,

- stopy o zawartości węgla C< 2% tylko odlewane staliwa.

16.Jak wpływa węgiel na strukturę i własności stali?

Wraz ze wzrostem zawartości węgla w stopie poprawiają się właściwości mechaniczne (R_m – wytrzymałość na rozciąganie, R_e – granica plastyczności, HB) a pogarszają się właściwości plastyczne (A – wydłużenie, Z – przewężenie)

W stalach podeutektoidalnych wraz ze wzrostem zawartości węgla udział ferrytu maleje, a perlitu wzrasta.. W stalach nadeutektoidalnch wraz ze wzrostem zawartości węgla, udział perlitu maleje, a cementytu wzrasta.

17.Czym się charakteryzują i jakie jest przeznaczenie stali konstrukcyjnych – podać przykłady.

Stal konstrukcyjna ogólnego przeznaczenia – stal konstrukcyjna do wykonywania konstrukcji oraz części maszyn i urządzeń ogólnego przeznaczenia, wszędzie tam, gdzie jej charakterystyki są wystarczające dla spełnienia funkcji. Stale konstrukcyjne ogólnego przeznaczenia są stalami najniższego gatunku i zawierają znaczne ilości zanieczyszczeń, głównie siarki, krzemu i fosforu. Przy jej produkcji stosuje się niski reżim technologiczny, co wpływa na szeroki rozrzut zawartości węgla. Stali ogólnego przeznaczenia nie poddaje się obróbce cieplnej. Stale te są najczęściej uspokojone, chyba że brak uspokojenia jest oddzielnie zaznaczony.

Stale te charakteryzują się słabymi właściwościami wytrzymałościowymi, stosunkowo wysoką odpornością na obciążenia zmienne oraz dobrą spawalnością.

Według Polskiej Normy PN-88/H-84020 stale konstrukcyjne ogólnego przeznaczenia oznacza się: skrótem StnS, gdzie n to liczba naturalna z zakresu 0 do 7 kodująca zawartość węgla. Litera S może być zastąpiona przez inna literę oznaczającą:

V – ograniczoną zawartość węgla

W – ograniczoną zawartość węgla, fosforu i siarki

X - stal nieuspokojoną ¹

Y – stal półuspokojoną ¹

18.Czym się charakteryzują i jakie jest przeznaczenie stali narzędziowych – podać przykłady.

Stal narzędziowa – stal do produkcji narzędzi, elementów przyrządów pomiarowych oraz odpowiedzialnych uchwytów. Stale narzędziowe charakteryzują się wysoką twardością, odpornością na ścieranie, niewielką odkształcalnością i niewrażliwością na przegrzanie. Cechy te osiąga się przez wysoką zawartość węgla i odpowiednią obróbkę cieplną przy narzędziach mało odpowiedzialnych oraz użycie odpowiednich dodatków stopowych połączone z odpowiednią obróbką cieplną w przypadku odpowiedzialnych narzędzi.

Stale narzędziowe dzieli się na:

• stale narzędziowe węglowe

• stale narzędziowe stopowe

  • stale do pracy na zimno

  • stale do pracy na gorąco

  • stale szybkotnące.

Współcześnie stale narzędziowe, szczególnie te wysokiej jakości, wypierane są przez stellit i węgliki spiekane.

19.Co to jest żeliwo, a co to jest surówka

Żeliwo - Jest to stop odlewniczy żelaza z węglem zawierający od 2,11% do 4% węgla w postaci cementytu (żeliwo białe) lub grafitu (żeliwo szare) oraz pierwiastkami których obecność wynika z procesu stalowniczego (Si, Mn, P, S)

Surówka - Stopy żelaza zawierające powyżej 2%C o składzie fazowym zgodnym z wykresem Fe-Fe₃C noszą nazwę surówek białych, natomiast krzepnące zgodnie z wykresem żelazo-grafit są nazywane surówkami szarymi.

20.Jak dzieli się żeliwo w zależności od struktury

• Żeliwa niestopowe

  • Szare - węgiel w postaci grafitu (perlityczne, ferrytyczno-perlityczne, ferrytyczne)

    • Żeliwo szare zwykłe

    • Żeliwo modyfikowane

    • Żeliwo sferoidalne

  • Białe – węgiel związany w cementycie

  • Połowiczne (pstre) – występuje i cementyt i grafit

  • Sferoidalne

• Żeliwa ciągliwe (otrzymywane z żeliwa białego)

  • Ciągliwe białe (odwęglone)

  • Ciągliwe czarne (nieodwęglone)

Żeliwa stopowe

21. Jak zależą własności od żeliwa i jego struktury?

1 Wpływ grafitu na własności żeliwa:

działa jak karb wewnętrzny, stanowiąc nieciągłości w metalu, zmniejsza skurcz odlewniczy, polepsza skrawalność, zwiększa własności ślizgowe, sprzyja tłumieniu drgań, powoduje zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej

-Żeliwo szare ferrytyczne charakteryzuje się niską wytrzymałością, dobrą skrawalnością oraz małą odpornością na zużycie ścierne. Twardość i wytrzymałość zwiększa się w miarę zwiększania udziału perlitu.

-Żeliwo sferoidalne ma bardzo dobre właściwości wytrzymałościowe jak i plastyczne w odróżnieniu od innych żeliw szarych

2 Wpływ cementytu na własności żeliwa:

Bardzo duża kruchość i zła skrawalność

22.Jakie znasz składniki strukturalne występujące w żeliwach

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

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

23. Jakie przemiany fazowe zachodzą w stali podczas nagrzewania i wygrzewania stali w temp. austenityzowania?

Przemiana austenityczna.

Podczas nagrzewania stali, powyżej temperatury Ac1, rozpoczyna się przemiana perlitu w austenit, nazywana przemianą austenityczną. W stalach podeutektoidalnych po przekroczeniu temperatury Ac3 rozpoczyna się przemiana ferrytu w austenit, a w stalach nadeutektoidalnych po osiągnięciu temperatury Accm- proces rozkładu cementytu.

Przemiana austenityczna rozpoczyna się zarodkowaniem austenitu na granicach międzyfazowych ferryt - cementyt i ma charakter dyfuzyjny. Szybkość zachodzenia przemiany austeni-tycznej zależy głównie od stopnia przegrzania perlitu (ferrytu) powyżej temperatury Ac1, (Ac3) przy grzaniu izotermicznym lub od szybkości nagrzewania przy grzaniu ciągłym oraz od ogólnej powierzchni granic międzyfazowych ferryt-cementyt, tj. dyspersji perlitu. Przemianę tę można rozważać w trzech następujących po sobie etapach:

• utworzenie austenitu niejednorodnego,

• utworzenie austenitu jednorodnego,

• rozrost ziaren austenitu.

Bezpośrednio po zakończeniu przemiany austenitycznej otrzymany austenit jest niejedno-rodny i do pełnego wyrównania koncentracji węgla i innych pierwiastków stopowych ko-nieczne jest dalsze wygrzewanie.

Przemianie perlitu w austenit towarzyszy rozdrobnienie ziarna (rys.3), jednak dalszy wzrost temperatury lub czasu austenityzowania sprzyja rozrostowi ziaren. Skłonność do rozrostu ziaren austenitu zależy w znacznym stopniu od rodzaju stali, które możemy podzielić na dwie grupy:

• stale drobnoziarniste o małej skłonności do rozrostu ziaren austenitu w zakresie tempera-tur do 900-,

• stale gruboziarniste, w których rozrost ziaren austenitu następuje bezpośrednio po zakoń-czeniu przemiany austenitycznej

24. Jakie są podobieństwa i różnice w mechanizmach przemian perlitycznej, bainitycznej i martenzytycznej?

Przemiana martenzytyczna ma charakter bezdyfuzyjny i zachodzi przy dużym przechłodzeniu austenitu do około 200^oC. W wyniku przemiany powstaje martenzyt (przesycony roztwór węgla w Feα).

Przemiana bainityczna łączy w sobie cechy przemiany bezdyfuzyjnej i dyfuzyjnego przemieszczenia węgla. Zachodzi prze chłodzeniu stali do temperatury w zakresie 450-200^oC. W wyniku tej przemiany powstaje bainit, będący mieszaniną przesyconego ferrytu i wydzielonych węglików (dyspersyjnych).

Przemiana perlityczna ma charakter dyfuzyjny. W jej wyniku powstaje perlit (mieszanina ferrytu i cementytu)

25. Jakie są cechy morfologiczne perlitu, bainitu górnego i dolnego oraz martenzytu listwowego i płytkowego?

Perlit jest to płytkowa mieszanina ferrytu i cementytu.

Bainit górny - powstaje w wyniku przemiany zachodzącej w temperaturze powyżej . Składa się z cementytu oraz przesyconego ferrytu. Jest strukturą niekorzystną ze względu na kruche pękanie.

Bainit dolny - powstaje w wyniku przemiany zachodzącej w temperaturze poniżej . Składa się z węglika ε oraz przesyconego ferrytu. Jest on twardszy od bainitu górnego gdyż wydzielone węgliki są bardziej dyspersyjne.

Martenzyt – forma stopu żelaza i węgla powstała przez rozpad austenitu przy jego szybkim schładzaniu tak, by nie było czasu na jego naturalną przemianę na ferryt i cementyt. Temperatura początku i końca przemiany martenzytycznej w dużym stopniu zależy od zawartości węgla w stopie.

Martenzyt ma strukturę drobnoziarnistą. Ziarna mają kształt igieł przecinających się pod kątem około 60°. Martenzyt jest fazą bardzo twardą i kruchą. Martenzyt powstaje w czasie hartowania stali. Martenzyt - przesycony roztwór węgla w żelazie alfa .

26.Jaki jest cel wprowadzenia pierwiastków chemicznych stopowych do stali.

Celem wprowadzenia do stali lub stopów innego pierwiastka chemicznego; niemetalicznego(azot, węgiel, bor) lub metalicznego (chrom, wanad, molibden),proces polegający na wytworzeniu zmian w stali(zmiana struktury, zwiększenie własności wytrzymałościowych, polepszenie własności chemicznych i fizycznych, zwiększenie hartowalności, polepszenie efektywności i ułatwienie obróbki cieplnej)

CEL:

-zwiększenie odporności na zmiany trybologiczne(ścieranie i zatarcie),

-zwiększenie odporności korozyjnej i erozyjnej,

-zwiększenie odporności elementów na zmęczenie,

-poprawie niektórych własności fizycznych powierzchni,

27. Jak pierwiastki stopowe wpływają na kinetykę przemian austenitu przechłodzonego oraz na hartowalność stali.

• Pierwiastki nie tworzące węglików tzn. takie które rozpuszczają się w ferrycie lub w węglikach, wpływają na przemiany austenitu przechłodzonego jedynie pod względem ilościowym.

  • Pierwiastki takie jak Ni, Si, Mn, Cu, Al., opóźniają początek przemian austenitu przechłodzonego, natomiast Co je przyspiesza.

  • Działanie ich polega także na przesunięciu zakresu najmniejszej trwałości austenitu przechłodzonego do wyższej temperatury, jak w przypadku Si i Al, bądź do temperatury niższej jak w przypadku Ni, Mn i Cu

• Wpływ pierwiastków węglikotwórczych ( Cr, W, Mo, V, Ti)) jest uzależniony od stopnia rozpuszczalności węglików w fazie γ podczas austenityzowania. Stabilność austenitu podczas chłodzenia zwiększa się bowiem wraz ze wzrostem stężenia pierwiastków węglikotwórczych rozpuszczonych w tej fazie. W wyniku zwiększenia stężenia Cr, W i Mo, rozpuszczonych w austenicie, przemiana perlityczna zostaje oddzielona od przemiany bainitycznej zakresem bardzo dużej twardości austenitu przechłodzonego

• Wraz z przedłużeniem czasu do rozpoczęcia przemiany austenitu przechłodzonego pierwiastki stopowe powodują zmniejszenie krytycznej szybkości chłodzenia zwiększenie hartowności stali. Przeciwnie działa wyłącznie kobalt

28. Jak wpływają pierwiastki stopowe na właściwości stali, zwłaszcza Cr, Mn, Ni

-twardość z reguły rośnie(Cr-wzrost, Mn i Ni spadek w stalach austenitycznych)

-wytrzymałość-zwiększają, wybitnie Cr

-granica plastyczności-w większości wzrasta (zwłaszcza dzięki Si,, Cr, Cu)

-sprężystość- ogromne znaczenie krzemu-Si

-żaroodporność-(odporność na wysoką temp. Urządzenia pracujące w temp. 1200-1300 stopni C np. silnik)podwyższają: mangan, krzem, chrom, kobalt, nikiel(wybitnie w stalach austenityzowanych),wolfram i wanad

-żarowytrzymałość-połączenie żaroodporności z wytrzymałością na wysoką temp. Wanad, Ni(w stalach austenityzowanych)

-odporność na korozję- z reguły jest zwiększona, szczególnie przez Cr, także Al.,

-twardość-Mn, Si wybitnie zwiększają

-udarność-odporność na uderzenia, Cr do 1% zawartości podwyższa odporność potem obniża, Mn podobnie, Ni wolniej podnosi ale dalej, W i Si spada od początku.

29. Jak zdefiniowano i sklasyfikowano stale stopowe .

• Konstrukcyjne

• Niskostopowe spawalne

• Do ulepszania cieplnego

• Do nawęglania

• Do azotowania

• Sprężynowe

• Na łożyska toczne

• Narzędziowe

• Do pracy na zimno

• Do pracy na gorąco

• szybkotnące

• O szczególnych własnościach

• Odporne na korozję

• Do pracy w podwyższonej temperaturze

• Żaroodporne, żarowytrzymałe, zaworowe

• O szczególnych własnościach fizycznych

• O szczególnych własnościach magnetycznych

30.Scharakteryzować stale stopowe.

• Zastosowanie: do budowy konstrukcji przemysłowych mostów, statków, do zbrojenia betonu, na rury do rurociągów

• Są dostarczane w postaci kształtowników blach, taśm, rur, drutów

• Cecha charakterystyczna

• dobra spawalność

• wysokie R_m i R_e

• niska temperatura prrejścia w stan kruchy

31.Scharakteryzować stale konstrukcyjne do ulepszania cieplnego.

• podstawowy materiał konstrukcyjny w przemyśle maszynowym (i motoryzacyjnym)

• wysokie własności wytrzymałościowe i plastyczne oraz odpowiednio dobrane własności technologiczne

• stężenie C - 0,3%, dodatki stopowe – do 3%

• Mn – najtańszy, zwiększa hartowność, powoduje wzrost ziarna

• Si – drobnoziarnisty

• Cr – zwiększa hartowność, opóźnia procesy odpuszczania, zapewnia wysoką wytrzymałość

• Ni – znacznie zwiększa hartowność, obniża temperaturę przejścia w stan kruchy – zwiększa ciągliwość

• Zastosowanie:

• Stale manganowe: mało obciążone wały, osi, śruby i części narażone na ścieranie

• Stale chromowe: na silnie obciążone wały, osie, korbowody, przekładnie zębate, śruby i inne części o niewielkich przekrojach

• Stale chromowo-niklowe: wysokie własności wytrzymałościowe, duża udarność i plastyczność

• Stale chromowo-niklowe-molibdenowo-wanadowe, oraz chromowo-niklowo-wolframowe: na najbardziej odpowiedzialne części motoryzacyjne lotnicze, o największych przekrojach, narażone na największe zmienne obciążenia (np. koła zębate, wały i sworznie)

32.Scharakteryzować stale narzędziowe (do pracy na zimno, na gorąco i szybkotnące).

• Stale szybkotnące – stosowane głównie na wieloostrzowe narzędzia skrawające, często na narzędzia wykrojnikowe, a także na narzędzia do obróbki plastycznej na zimno i gorąco. Stale te wykazują dużą twardość i odporność na ścieranie w temp. Ok. 600°C. Wymagane własności , zwłaszcza bardzo dużą hartowność oraz efekt twardości wtórnej uzyskuje się przez odpowiednią kombinację stężenia C i takich pierwiastków stopowych jak Cr, W, Mo i V, a w wielu gatunkach dodatkowo Co. Stale szybkotnące zawierają ≥0,6% C i 3-6% Cr, oraz co najmniej 2 spośród dodatków stopowych, takich jak Mo, W, V o łącznym stężeniu ≥7%. Na zwiększenie własności stali szybkotnących obrabianych cieplnie duży wpływ wywierają czynniki metalurgiczne, decydujące o kształcie i rozłożeniu węglików pierwotnych.

• Stale stopowe do pracy na gorąco – stosowane na narzędzia pracujące w zakresie temperatur 250-270°C. Skład chemiczny stali oraz ich obróbka cieplna zapewniają wysoką wytrzymałość, twardość i odporność na ścieranie w wysokiej temperaturze pracy. W stalach tych stężenie węgla jest ograniczone do ok.0,3-0,6%. Wynika to z konieczności zapewnienia tym stalom wymaganej odporności na zmęczenie cieplne i obciążenia dynamiczne. Głównymi pierwiastkami stopowymi są Cr, W, Mo i V powodujące efekt twardości wtórnej podczas odpuszczania. Powierzchnie narzędzi do pracy na gorąco są narażone na bardzo częste zmiany temperatury w konsekwencji wywołuje to cykliczne zmiany naprężeń w warstwie powierzchniowej w konsekwencji – zmęczenie cieplne, w wyniku którego na powierzchniach długo pracujących narzędzi tworzy się siatka pęknięć.

• Stale narzędziowe do pracy na zimno – są stosowane na narzędzia nie osiągające w czasie pracy temperatury wyższej niż 200°C. Dodatki stopowe zwłaszcza V, Cr, W wpływają na tworzenie w stalach narzędziowych węglików stopowych sprzyjających uzyskiwaniu dużej odporności stali na ścieranie. Pierwiastki te powodują też dużą skrawalność stali narzędziowych stopowych i opóźniają rozpad martenzytu oraz spadek twardości podczas odpuszczania w porównaniu do charakterystycznego dla stali niestopowych. Niektóre stale stopowe wykazują większą ciągliwość, inne zaś są odporne na korozję.

33. Scharakteryzować stale do pracy na gorąco, żaroodporne i żarowytrzymałe

Żaroodporność stopy te są odporne na działanie czynników chemicznych, głównie powietrza, oraz spalin i ich agresywnych składników w temperaturze wyższej niż 550°C. Stale żaroodporne są najczęściej niskowęglowe o jednofazowej strukturze ferrytu lub austenitu, oraz dużym stężeniu chloru (podstawowy pierwiastek zwiększający żaroodporność) i niklu, a także krzemu i aluminium. Stale te są stosowane na nieobciążone mechaniczne elementy aparatury chemicznej, pieców, kotłów przemysłowych, elementy palników gazowych, skrzynie do nawęglania i inne.

Żarowytrzymałość – odporność stopu na odkształcenia, z czym wiąże się zdolność do wytrzymywania obciążeń mechanicznych w wysokiej temperaturze – powyżej 550°C. Dużą żarowytrzymałość wykazują stale o strukturze austenitycznej, o znacznej wielkości ziarn i z dyspersyjnymi wydzieleniami faz, głównie na granicach ziarn. Spory wpływ na żarowytrzymałość ma nikiel, powodujący tworzenie trwałej struktury austenitycznej. Stale te są stosowane na podobne elementy co stale żaroodporne, lecz bardziej obciążone mechanicznie.

34. Jakie sa właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne aluminium?

Aluminium ma liczbę atomową równą 13, jego masa atomowa = 26,9815, nie wykazuje odmian alotropowych i krystalizuje w sieci RSC typu Al. Temperatura topnienia – 660,37°C, wrzenia - 2494°C. Gęstość – 2,689g/cm³

Wytrzymałość na rozciąganie	Rm = 70-120 MPa
Granica plastyczności	R­e = 20-40 MPa
Przewężenie	Z=80-95%
Wydłużenie	A­5 = 30-45 %
Wstanie zgniecionym Po obróbce plastycznej na zimno i na gorąco wytrzymałość rośnie do	Rm= 140-230MPa
Po obróbce plastycznej na zimno i na gorąco Granica plastyczności roście do	R­e = 120-180 MPa
Po obróbce plastycznej na zimno i na gorąco wydłużenie maleje do	1,5-3%

35.W jaki sposób sklasyfikowano stopy aluminium?

• Stopy do obróbki plastycznej umacniane zgniotowi

• Stopy utwardzane wydzieleniowo

• Stopy odlewnicze

• Stopy aluminium z krzemem

• Stopy aluminium z magnezem

• Stopy aluminium z miedzią

• Wieloskładnikowe stopy aluminium z cynkiem

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

Stopy do obróbki plastycznej zawierają zwykle do ok. 5% pierwiastków stopowych (Cu, Mg, Mn), niektóre z tych stopów są stosowane w stanie zgniecionym lub po wyżarzaniu rekrystalizującym, natomiast stopy odlewnicze są przeważnie wieloskładnikowe o dużym stężeniu pierwiastków stopowych (5-25%) głownie Si, Cu, Mg, Zn i Ni, charakteryzują się dobrą lejnością i małym skurczem odlewniczym

37.Techniczne zastosowanie aluminium i jego stopów?

Gatunki aluminium hutniczego( o ograniczonej czystości) SA stosowane do produkcji stopow oraz licznych produnktow codziennego uzytku, urządzeń dla przemyslu spozywczeg na niektóre przewody elektryczne, wymienniki ciepla, w budownictwie , a w postaci folii na opakowania artykolow spożywczych. Aluminium rafinowane jest stosowane w elektronice i elektrotechnice oraz do budowy specjalnej aparatury chemicznej.