1. STAL
   Stal jest to przerobiony plastycznie stop żelaza z węglem (stężenie C od kilku setnych części procentu wagowego do 2,11%) i innymi pierwiastkami. Innymi pierwiastkami mogą być domieszki metaliczne, np. Mn, Si, Al, wprowadzone w celu odtlenienia i odsiarczenia stali bądź pochodzące ze złomu używanego przez huty do wytapiania stali, np. Cr, Cu, Ti. Pierwiastki metaliczne wprowadzone w celu zmiany właściwości stali nazywa się pierwiastkami stopowymi. Odrębną grupą pierwiastków stanowiących o czystości metalurgicznej stali są zanieczyszczenia P, S, As, N, O, N, H pochodzenia surowcowego i technologicznego. Ich całkowite usunięcie jest trudne i kosztowne, lecz już niewielkie (setne części procentu) zmiany stężenia wyraźnie wpływają na poziom właściwości mechanicznych stali.
   Klasyfikacja stali:
   

2. WYŻAŻANIE NORMALIZUJĄCE
   Stan normalizowany N - w wyżarzaniu normalizującym wykorzystuje się efekt rozdrobnienia ziarna przy przemianie ferryt + perlit-austenit. Chłodzenie po normalizowaniu odbywa się w spokojnym powietrzu, co zbliża strukturę stali do równowagowej, zgodnej z układem fazowym żelazo - cementyt. Normalizowanie dzięki rozdrobnieniu ziarna wyraźnie zwiększa granicę plastyczności i udarność przy nieznacznym wzroście twardości. Zmniejsza się przy tym poziom naprężeń własnych wyrobu i niejednorodność struktury. W stanie normalizowanym dostarcza się stale niestopowe, niskostopowe, automatowe oraz stale do hartowania powierzchniowego.

3. WYŻAŻANIE ZMIĘKCZAJĄCE
   Stan zmiękczony M uzyskuje się przez kilkugodzinne wyżarzanie w okolicy temperatury przemiany eutektoidalnej. W efekcie otrzymuje się kuleczki cementytu w osnowie ferrytu. Celem wyżarzania zmiękczającego jest uzyskanie określonej, małej twardości, wystarczającej do obróbki skrawaniem. Stal, najczęściej eutektoidalna i nadeutektoidalna, zawiera cementyt nie w pełni sferoidyzowany w osnowie ferrytu.

4. HARTOWANIE
   Hartowanie polega na nagrzaniu stali do temperatury austenityzowania, wygrzaniu w tej temperaturze i oziębianiu w celu uzyskania struktury nierównowagowej -martenzytycznej lub bainitycznej - odznaczającej się większą niż w stanie wyjściowym twardością i wytrzymałością oraz mniejszą plastycznością. Temperatura austenityzowania w przypadku stali węglowych jest o 30 - 50°C wyższa od temperatury 800⁰C. Zbyt wysoka temperatura austenityzowania wywołuje nadmierny rozrost ziaren austenitu, co powoduje uzyskanie struktury martenzytu gruboiglastego, powodującej zwiększenie kruchości stali. Stale stopowe są austenityzowane w temperaturze odpowiednio wyższej, zapewniającej rozpuszczenie węglików w austenicie i nasycenie go węglem oraz pierwiastkami stopowymi, co umożliwia uzyskanie wymaganych właściwości po obróbce cieplnej. Gdy zabieg austenityzowania obejmuje całą objętość hartowanego elementu, a grubość warstwy zahartowanej jest zależna od hartowności obrabianego materiału i intensywności chłodzenia, hartowanie jest nazywane hartowaniem objętościowym. Gdy nagrzewamy i hartujemy tylko warstwę wierzchnią, mówimy o hartowaniu powierzchniowym.

5. NAWĘGLANIE
   Nawęglanie polega na nasyceniu węglem warstwy wierzchniej elementów wykonanych ze stali węglowych i stopowych o zawartości węgla od 0,05 do 0,25%. Operację tę wykonuje się w temperaturze występowania austenitu, najczęściej w zakresie 900 - 930°C. Celem nawęglania jest wytworzenie warstwy wzbogaconej w węgiel o stężeniu na powierzchni 0,7 - 1,0% i o grubości 0,6 - 1,5 mm (niekiedy większej), która po następnym zahartowaniu ma twardość powyżej 58 HRC (750 HV). Natomiast rdzeń o mniejszej twardości, 25 - 45 HRC, zapewnia odporność na obciążenia dynamiczne. Szybkość nawęglania zależy przede wszystkim od temperatury i czasu trwania procesu (rys. 3.3), a także od aktywności ośrodka (potencjału węglowego) i składu chemicznego stali.
   

6. PODZIAŁ STALI NARZĘDZIOWYCH
   W polskich normach stale narzędziowe są podzielone na cztery grupy:

   1. węglowe stale narzędziowe na narzędzia pracujące w temperaturze do około200°C,

   2. narzędziowe stale stopowe do pracy na zimno na narzędzia pracujące w temperaturze do 200°C, czasem do 300°C,

   3. narzędziowe stale stopowe do pracy na gorąco na narzędzia do obróbki plastycznej, nagrzewające się powierzchniowo do temperatury 500°C - 600 C,

   4. stale szybkotnące stosowane na narzędzia do obróbki skrawaniem, pracujące w temperaturze do około 500°C.
      W każdej grupie występują gatunki stali różniące się składem chemicznym, a co za tym idzie, właściwościami. Można spośród nich wybrać stal o żądanych właściwościach i ekonomicznie uzasadnionej cenie. Ceny stali wysokostopowych (a do tych należy zdecydowana większość stali narzędziowych) są wielokrotnie wyższe od cen stali węglowych.

7. EFEKT TWARDOŚCI WTÓRNEJ
   Twardość wtórna jest to przyrost twardości zahartowanej stali w trakcie odpuszczania w stosunkowo wysokiej temperaturze (500 - 580°C) od 1 do 3 stopni w skali HRC. Przyczyną wzrostu twardości jest wydzielanie się z martenzytu i austenitu szczątkowego wysokodyspersyjnych węglików stopowych oraz przemiana austenitu szczątkowego w martenzyt. Przemiana austenitu szczątkowego zachodzi dziwki zubożeniu tego roztworu w rygiel i dodatki stopowe, co podwyższa temperaturę Ms i zarazem zmniejsza stabilność tej fazy. Wzrost twardości spowodowany tymi przemianami jest większy niż zmniejszenie twardości martenzytu ubożejącego w węgiel (rys. 4.1) i sumaryczna twardość wzrasta.
   

8. ŻELIWO
   Żeliwa zawierają ponad 2,1% węgla, składnikiem struktury jest eutektyka. Przemiana eutektyczna w stabilnym układzie równowagi Fe – C zachodzi w temperaturze 1153⁰C. Wysokowęglowy stop żelaza z węglem, zazwyczaj także z krzemem, manganem, fosforem, siarką i innymi składnikami. Zawiera od 2,11 do 6,67% węgla w postaci cementytu lub grafitu. Występowanie konkretnej fazy węgla zależy od szybkości chłodzenia i składu chemicznego stopu.

9. STALIWO
   Staliwa to stopy nie zawierające eutektyki, gdyż stężenie węgla nie przekracza w nich 2,1% wagowych. Odlewy staliwne uzyskują zasadniczy kształt podczas krzepnięcia ciekłego stopu w formie. Staliwa nie podlegają przeróbce plastycznej i to je istotnie różni od stali.
   Są dwa podstawowe rodzaje staliw: niestopowe (dawniej nazywane węglowymi) i stopowe. Wieloskładnikowy stop żelaza z węglem, nie poddany obróbce plastycznej.

10. MORFOLOGIA GRAFITU
    Grafit powstający podczas przemiany eutektycznej ma kształt drobnych, połączonych płatków. Grafit pierwotny wydzielający się z cieczy w żeliwach nadeutektycznych tworzy grube płatki. Długość płatków obserwowana na zgładach metalograficznych mieści się w zakresie 10 - 1000 um. Powstawanie grafitu podczas krzepnięcia zmniejsza skurcz odlewniczy. Jego obecność w strukturze nadaje żeliwom szarym wyjątkowe właściwości eksploatacyjne. Ponieważ kształt, wielkość i rozkład grafitu mają znaczny wpływ na właściwości mechaniczne żeliw, parametry te są opisane w normie. Ze względu na kształt i wielkość grafitu żeliwa szare dzieli się na:

    1. szare zwykłe (grafit płatkowy różnej wielkości),

    2. modyfikowane (drobny grafit płatkowy),

    3. sferoidalne (grafit sferoidalny),

    4. wermikularne.

Morfologie grafitu spotykane w żeliwach pokazano na rys. 5.5. Żeliwo wermikularne nie jest jeszcze ujęte w polskich normach, natomiast w krajach anglosaskich jest często stosowane. Grafit w takim żeliwie ma morfologię pośrednią między grafitem płatkowym a sferoidalnym. Żeliwo wermikularne charakteryzuje się większą wytrzymałością i plastycznością niż żeliwo szare zwykłe przy lepszym tłumieniu drgań niż żeliwo sferoidalne. Żeliwo wermikularne uzyskuje się, gdy zawartość magnezu jest za mała do pełnej sferoidyzacji.

1. MOSIĄDZ
   Mosiądze są najbardziej rozpowszechnionymi stopami miedzi. Cynk, który jest tańszy od miedzi obniża cenę stopu. Mosiądze zawierają od kilku do 45% cynku oraz mogą zawierać dodatek jednego lub kilku pierwiastków w ilości od 0,5 do 5%: ołowiu, manganu, aluminium, żelaza, krzemu i niklu, zgodnie z wykresem równowagi ze względu na strukturę mosiądze można podzielić na dwie grupy: mosiądze o strukturze  zawierające do 38% cynku oraz o strukturze alfa+beta’ zawierające od 38 do 45% cynku.

2. KOROZJA MOSIĄDZU
   Mosiądze wykazują dodrą odporność na korozję atmosferyczną oraz w środowisku wody morskiej i wodociągowej, ulegają natomiast korozji naprężeniowej i od-cynkowaniu. Korozja naprężeniowa, zwana pękaniem sezonowym, polega na nagłym pękaniu, bez widocznego powodu, zazwyczaj wzdłuż granic ziaren. Przyczyną tej korozji jest działanie dwóch czynników: naprężeń w materiale oraz korozyjnego środowiska. Naprężenia mogą występować po obróbce plastycznej na zimno jako naprężenia własne lub wskutek działania sił zewnętrznych podczas pracy elementu. Najbardziej niebezpiecznym środowiskiem jest amoniak lub jego pary. Odcynkowanie jest rodzajem korozji elektrochemicznej. Gdy mosiądz znajdzie się w elektrolicie (zawierającym szczególnie chlor), jego oba składniki - miedź i cynk -przechodzą do roztworu, z którego następnie wydziela się miedź w postaci gąbczastej. Po wytrąceniu miedzi korozja ulega przyspieszeniu, nie jest ona jednak widoczna, gdyż nie następuje zmiana kształtu przedmiotu. W wyniku korozji właściwości wytrzymałościowe gwałtownie się pogarszają. Korozji podlegają głównie mosiądze dwufazowe, w których rozpuszczeniu ulega faza beta' z jednofazowych tylko zawierające więcej niż 20% cynku. Odcynkowanie może zachodzić również miejscowo i korozja ta przyjmuje postać wżerową. Odporność mosiądzów na korozję zwiększają takie pierwiastki, jak aluminium, arsen, nikiel i cyna.

3. OBRÓBKA CIEPLNA RUD ALUMINIUM (PTRZESYCANIE, STARZENIE)
   Aluminium jest metalem krystalizującym w układzie regularnym ściennie centrowanym (typu Al) o dosyć niskiej temperaturze topnienia, wynoszącej 660°C. Gęstość aluminium jest trzykrotnie mniejsza niż żelaza i wynosi 2,7 Mg/m3.Właściwości wytrzymałościowe czystego aluminium są niewielkie, ale ma ono dobre właściwości plastyczne: granica plastyczności Rc osiąga około 35 MPa, wytrzymałość na rozciąganie Rm około 110 MPa, twardość do 25 HB, wydłużenie Al0 około 45% i przewężenie Z około 95%. W wyniku 50-procentowego zgniotu na zimno granica plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie wzrastają odpowiednio do 130 i 150 MPa, wydłużenie natomiast zmniejsza się do 10%. Przewodność elektryczna i cieplna aluminium jest duża, jednak około dwukrotnie gorsza niż miedzi.
   Głównym dodatkiem stopowym stopów aluminium przeznaczonych do obróbki plastycznej na zimno i na gorąco są miedź, magnez, mangan, cynk lub od niedawna także lit. Dodatkowo w mniejszych ilościach mogą występować nikiel, żelazo, chrom, tytan i krzem. Wszystkie te dodatki zwiększają właściwości wytrzymałościowe stopów, głównie przez tworzenie w strukturze roztworu stałego twardych wydzieleń faz międzymetalicznych. Większość z tych dodatków, takich jak miedź, krzem, magnez, cynk i mangan, rozpuszcza się w aluminium, tworząc ograniczony roztwór stały. W roztworze takim wraz ze spadkiem temperatury znacznie zmniejsza się rozpuszczalność danego pierwiastka, często od kilku procent w podwyższonej temperaturze do setnych części procentu w temperaturze pokojowej, a pierwiastek ten wydziela się w postaci fazy międzymetalicznej.
   Duraluminium lub dural są handlowymi nazwami stopów aluminium z miedzią. Nazwa pochodzi od francuskiego słowa dur, które znaczy twardy. Duraluminium jest zatem „twardym aluminium". Poza miedzią, której zawartość w zależności od gatunku wynosi 2 - 4,9%, w duraluminium występuje też magnez (0,3 - 1,8%) i mangan (0,4 - 1,1%). Według dotychczasowych oznaczeń były to stopy od PA6 do PA8 i od PA21 do PA25, według nowych - stopy z serii 2xxx. Utwardzanie wydzieleniowe lub inaczej dyspersyjne polega na umocnieniu roztworu stałego przez dyspersyjne (bardzo drobne) wydzielenia faz międzymetalicznych. Im drobniejsze wydzielenia, a tym samym mniejsze odległości między nimi, tym bardziej jest utrudniony ruch dyslokacji i dzięki temu wzrasta poziom właściwości wytrzymałościowych. Utwardzanie wydzieleniowe składa się z dwóch zabiegów: przesycania i starzenia (rys. 7.2). Przesycanie jest obróbką cieplną zaburzającą stan równowagi stopu. Dur-aluminium nagrzewa się do temperatury 500 - 520°C, w której uzyskuje się jednorodną strukturę roztworu stałego dzięki całkowitemu rozpuszczeniu miedzi w aluminium. Po wygrzaniu stop chłodzi się szybko w wodzie. Krótki czas chłodzenia nie pozwala na wydzielenie się fazy międzymetalicznej i cała miedź pozostaje w roztworze stałym. Roztwór taki nazywa się roztworem przesyconym, czyli zawierającym więcej pierwiastka rozpuszczonego, niż jest to możliwe w warunkach równowagi. Stabilność roztworu przesyconego zależy od temperatury, tzn. w niskiej temperaturze (np. -50°C) na skutek mocno ograniczonej dyfuzji roztwór taki jest stabilny. Przesycony roztwór słały ma właściwości wytrzymałościowe gorsze niż roztwór równowagowy z wydzieleniami fazy , tzn. jest miękki i plastyczny. Stąd duraluminium bezpośrednio po przesyceniu jest obrabialne plastycznie na zimno -można je kształtować plastycznie, np. nitować. Przesycony roztwór a nie jest stabilny w temperaturze powyżej 20°C i dąży do stanu równowagą przez wydzielenie nadmiaru miedzi - ulega starzeniu. Starzenie jest procesem długotrwałym, polegającym na tworzeniu skupisk atomów miedzi w roztworze , czyli stref przedwydzieleniowych, tzw stref G-P (Guinier-Preston), z których następnie powstają wydzielenia faz nierównowagowych pośrednich, kolejno " i ’ oraz w odpowiednio wysokiej temperaturze fazy równowagowej  (CuAl2). Zarówno strefy G-P, jak i wydzielenia faz międzymetalicznych, całkowicie lub częściowo koherentnych z osnową (koherencja polega na spójności sieci krystalograficznych wydzielenia i osnowy), powodują umocnienie stopu (patrz ćwiczenie 11). Podwyższenie temperatury starzenia wpływa na zwiększenie wymiarów wydzieleń i zwiększenie odległości między nimi. Wynika z tego, że utwardzenie stopu jest tym mniejsze, im wyższa jest temperatura starzenia (rys. 7.3). Starzenie może przebiegać samoistnie, czyli w temperaturze pokojowej. Zwane jest wtedy starzeniem samorzutnym. Strukturą stopu po trwającym kilka dni starzeniu jest roztwór stały z wydzieleniami stref G-P. Starzenie naturalne pozwala na uzyskanie największego umocnienia. Wytrzymałość na rozciąganie wzrasta od około 250 MPa bezpośrednio po przesycaniu do około 420, a nawet 450 MPa, twardość dochodzi wtedy do 115 HB. Dla przyspieszenia starzenia stosuje się wygrzewanie w temperaturze około 160°C w czasie od kilku do kilkunastu godzin. Przyspieszone starzenie jest nazywane starzeniem sztucznym. Po starzeniu sztucznym uzyskuje się mniejszą wytrzymałość - 400 MPa. Jest to spowodowane pojawieniem się zamiast stref G-P wydzieleń faz przejściowych, które w mniejszym stopniu umacniają stop. Długotrwałe przetrzymywanie duraluminium w temperaturze powyżej 200°C prowadzi do prze-starzenia, związanego z wydzieleniem się fazy równowagowej (CuAl2) i jej koagulacją (koagulacja jest to rozrost wydzieleń). Uzyskuje się wtedy trwałe zmiękczenie stopu, a wytrzymałość na rozciąganie wynosi około 210 MPa. Stop po prze-starzeniu jest miękki; można go obrabiać plastycznie na zimno.
   
   

4. MODYFIKACJA SILUMINIUM
   Do typowych stopów odlewniczych należą siluminy. Siluminy są to stopy aluminium z krzemem i ewentualnie z dodatkiem magnezu, manganu, miedzi i niklu. Są to więc stopy z serii 4xxx według PN-EN 573. Według PN-76/H-88027 siluminy oznacza się literami AK (A - aluminium, K - krzem) i liczbą wskazującą na procentową zawartość krzemu, np. AlSil 1 oznacza się jako AK11. Siluminy mają bardzo dobre właściwości odlewnicze, tzn. dobrą lejność, mały skurcz, dokładnie wypełniają formę, tworzą skoncentrowaną jamę usadową i nie wykazują skłonności do pękania na gorąco. Poziom właściwości wytrzymałościowych nie jest zbyt wysoki, wytrzymałość na rozciąganie zawiera się w granicach od 160 do 300 MPa przy bardzo małym wydłużeniu A5 = 0,2 - 4% i twardości od 50 do 100 HB. Dodatki stopowe, takie jak magnez i miedź, zwiększają wytrzymałość siluminów, mangan jest dodawany dla neutralizowania szkodliwego wpływu zanieczyszczeń żelazem, nikiel poprawia odporność korozyjną stopu. Siluminy ze względu na strukturę (rys. 7.4) można podzielić na trzy grupy:

   1. podeutektyczne o zawartości 4 - 10% Si - są stosowane na odlewy głowic silników spalinowych, części dla przemysłu maszynowego, motoryzacyjnego i lotniczego;

   2. eutektyczne o zawartości 10 — 13% Si — są używane na odlewy tłoków silników spalinowych, odlewy części o skomplikowanych kształtach, średnio obciążone części dla przemysłu elektrycznego i okrętowego, np. armaturę, części silników, pomp itp., pracujące w podwyższonej temperaturze (do 300°C) i odporne na korozję w wodzie morskiej;

   3. nadeutektyczne o zawartości 17 - 30% Si - są przeznaczone na odlewy silnie obciążonych silników spalinowych.

Podział ten oparto na strukturze siluminów wynikającej z układu równowagi Al -Si. Eutektyka w tych stopach powstaje w temperaturze 577°C przy zawartości 11,7% Si. Jest ona, zwłaszcza po niezbyt szybkim studzeniu, gruboziarnista i składa się z iglastych kryształów krzemu na tle roztworu stałego  krzemu w aluminium. Rozpuszczalność krzemu w aluminium jest niewielka i zmniejsza się wraz z temperaturą od 1,65% w temperaturze eutektycznej do 0,05% w 200°C. W siluminie nadeutektycznym na tle eutektyki, pomiędzy iglastymi kryształami krzemu, występują dodatkowo pierwotne kryształy Si w formie dużych, ostrokątnych wieloboków (rys. 7.5). Obecność dużych, ostrych kryształów krzemu wpływa na dużą kruchość siluminów. W celu poprawienia właściwości wytrzymałościowych i plastycznych siluminów dokonuje się ich modyfikacji. Stosuje się ją głównie do stopów eutektycznych i nadeutektycznych. Do ciekłego stopu o temperaturze wyższej od temperatury odlewania dodaje się modyfikatory powodujące rozdrobnienie struktury i zaokrąglenie kryształów krzemu. Modyfikatory zmieniają też układ równowagi Al - Si (rys. 7.6), obniżając temperaturę eutektyczną, i przesuwają punkt eutektyczny do większej zawartości krzemu (około 14%). Modyfikowane stopy eutektyczne po zakrzepnięciu mają strukturę drobnoziarnistej eutektyki złożonej z roztworu stałego i zaokrąglonych wydzieleń krzemu oraz dendrytów roztworu. Stop taki staje się stopem podeutektycznym, jego właściwości plastyczne ulegają poprawie, np. wydłużenie A5 zwiększa się do 8%, a równocześnie wzrasta poziom właściwości wytrzymałościowych. Siluminy wieloskładnikowe zawierające magnez lub miedź, np. AlSi7Mg, AlSil3MglCuNi, w celu zwiększenia wytrzymałości poddaje się utwardzaniu wydzieleniowemu: przesyca się z temperatury 500 - 530°C w wodzie i starzy w czasie 24 h w temperaturze 200°C. Wytrzymałość na rozciąganie siluminu AlSi7Mg wzrasta z 160 MPa po odlaniu do 210 MPa po utwardzaniu wydzieleniowym.

Stopami odlewniczymi aluminium poza siluminami są stopy z miedzią i magnezem. Stopy z miedzią oznacza się literami AM i liczbą wskazującą na procentową zawartość głównego dodatku. Zawartość miedzi w tych stopach wynosi od 4 do kilkunastu procent, poza tym stopy te mogą zawierać także tytan, magnez i krzem. Struktura stopów o większej zawartości miedzi (powyżej 5,7%) składa się z eutektyki na tle roztworu stałego a miedzi w aluminium. Stopy te mają dobrą lejność, można zwiększyć ich właściwości wytrzymałościowe przez utwardzanie wydzieleniowe. Stopy z magnezem (np. AlMg10 oznaczany jako AG 10) mają gorszą lejność, ale dobre właściwości wytrzymałościowe i plastyczne i są odporne na działanie wody morskiej. Należy je również obrabiać cieplnie, stosując utwardzanie wydzieleniowe. Rozpuszczalność magnezu w aluminium sięga do 19% (w temperaturze 450°C) i zmniejsza się do 2% w temperaturze pokojowej, co prowadzi do wydzielania fazy Al8Mg5. Dzięki tak dużej różnicy rozpuszczalności uzyskuje się silny efekt umocnienia dyspersyjnego.

1. KOMPOZYT
   kompozyty są to materiały łączące dodatnie cechy materiałów bardzo wytrzymałych, lecz jednocześnie mniej ciągliwych lub nawet kruchych, oraz materiałów o dużej ciągliwości, lecz mniej wytrzymałych. Nowe materiały powstałe z połączenia tak różnych tworzyw są w dużym stopniu pozbawione wad, którymi cechuje się każda grupa eksploatowana oddzielnie. Do materiałów bardzo wytrzymałych zalicza, się między innymi włókna węglowe, włókna boru lub włókna szkła. W ćwiczeniu nie zajmujemy się superwytrzymałymi, lecz bardzo cienkimi włóknami zwanymi wiskersami. Ich małe średnice (1-5 m) sprawiają pewne trudności w produkcji kompozytów, stąd ich zastosowanie jest ograniczone, lecz nie wykluczone. Podawane w katalogach wartości wytrzymałości na rozciąganie wysoko wytrzymałych włókien uzyskuje się podczas pomiaru włókien o standardowej długości 25,4 mm. Dłuższe włókna z powodu obecności na ich powierzchni większej liczby defektów i wad powierzchniowych są słabsze; w próbie rozciągania pękają przedwcześnie i dlatego nie można w pełni wykorzystać ich znakomitych właściwości.

2. PRZYCZYNY ZUŻYCIA CZĘŚCI MASZYN I URZĄDZEŃ
   Przyczyny zniszczenia części maszyn i urządzeń oraz narzędzi najczęściej mają charakter mechaniczny, niekiedy przyczynia się do tego podwyższona temperatura. Znaczącą przyczyną zniszczenia mogą być także procesy fizykochemiczne (korozja), jednak z uwagi na ich odrębny charakter nie będą tutaj omawiane. Czasami współdziałają ze sobą przyczyny różnego rodzaju, co z reguły przyśpiesza procesy niszczenia. Spośród mechanizmów niszczenia powodowanych przez czynniki mechaniczne (ewentualnie cieplne) za najważniejsze trzeba uznać:

   1. kruche (nagłe) pękanie,

   2. zmęczenie,

   3. ścieranie,

   4. pełzanie.

3. PRZEŁOM ZMĘCZENIOWY
   „Zmęczenie materiału" jest pojęciem obecnie często używanym w mediach, jednak nie zawsze towarzyszy temu dostateczna świadomość, co ono w rzeczywistości oznacza. Otóż podobnie jak w przypadku zmęczenia organizmu człowieka, na proces zmęczenia składają się dwa zasadnicze elementy: obciążenie i czas, przy czym istotne jest, aby obciążenie, a więc i panujące w materiale naprężenia, miały charakter cykliczny. Typowymi elementami podlegającymi zmęczeniu są części obracające się lub drgające, takie jak wały, części silników i układów jezdnych pojazdów. Zmęczenie materiału, w odróżnieniu od wyżej omówionego kruchego pękania, rozpoczyna się, gdy współczynnik intensywności naprężeń K jest mniejszy od krytycznej wartości współczynnika naprężeń Kc, a poziom naprężeń nominalnych, a więc działających w skali makroskopowej, zazwyczaj nie przekracza granicy plastyczności Re, a często jest znacznie od niej niższy. Czynnikiem powodującym tę różnicę jest charakterystyczna dla procesu zmęczenia cykliczność obciążeń. Cykliczny charakter obciążenia powoduje, iż z każdym cyklem materiał pochłania pewną ilość energii. Energia ta jest przyczyną pojawienia się zmian mikrostrukturalnych, które lokalizują się w miejscach, gdzie struktura jest najsłabsza lub poziom naprężeń najwyższy. Przy określonych naprężeniach nominalnych lokalny poziom naprężeń będzie wyższy (czasem nawet parokrotnie) w pobliżu koncentratorów naprężeń. Koncentratory naprężeń mogą być mechaniczne i metalurgiczne. Do pierwszych zaliczamy karby, czyli wszelkie nieregularności kształtu elementu lub zarysu jego powierzchni. Mówimy tu zarówno o karbach makroskopowych, takich jak pęknięcia, rysy obróbkowe czy nagłe zmiany przekroju, jak i o karbach mikroskopowych, takich jak mikropęknięcia lub mikrorysy powstałe np. w wyniku szlifowania. Koncentratorami metalurgicznymi są nieregularności właściwości mechanicznych materiału, np. twarde, o ostrych krawędziach składniki struktury, takie jak wydzielenia węglików lub azotków i wtrącenia niemetaliczne. Koncentratory naprężeń powstają zarówno w wyniku projektowania elementu, które określa jego kształt, jak i na etapie procesu technologicznego (wtrącenia niemetaliczne, spawy, zawalcowania, zakucia itp.) oraz w trakcie eksploatacji (wżery korozyjne, zarysowania, uderzenia powodujące lokalny zgniot, mikropęknięcia itp.). W miejscu koncentracji naprężeń (np. przed czołem mikropęknięcia) następuje uplastycznienie materiału w wyniku lokalnego przekroczenia granicy plastyczności. W przypadku istniejącego już mikropęknięcia będzie się ono powiększać z każdym cyklem obciążenia, powodując stopniowe zmniejszanie się czynnego przekroju i tym samym wzrost rzeczywistych naprężeń w nim panujących. Pęknięcie będzie się powiększać coraz szybciej, aż naprężenia w pozostałej części przekroju osiągną wartość przekraczającą Rm lub Kc i pęknięcie w sposób nagły rozszerzy się na tę część przekroju, tworząc tzw. przełom resztkowy. Gdy element poddany cyklicznym obciążeniom jest wolny od mikropęknięć, proces zmęczeniowy trwa dłużej, gdyż stosunkowo długi czas musi upłynąć, zanim w pobliżu jakiegoś koncentratora naprężeń utworzy się mikropęknięcie. W rezultacie często prawie cały okres żywotności materiału jest związany z procesem inicjacji pęknięcia i trwałość elementu może być o rząd wielkości większa niż w poprzednio omawianym przypadku. Jeżeli naprężenia nominalne są na tyle duże, że przekraczają granicę plastyczności, to mówimy o zmęczeniu niskocyklowym, przy którym liczba cykli powodująca zniszczenie zmęczeniowe nie przekracza 104. W początkowym okresie zmęczenia niskocyklowego mamy do czynienia z makroskopowym odkształceniem plastycznym, które powoduje plastyczne pękanie pod kątem około 45° do kierunku działania naprężeń normalnych. Dlatego przełom powstały w wyniku zmęczenia niskocyklowego różni się od klasycznego przełomu zmęczeniowego. Z tego, co powyżej powiedziano, wynika, iż podstawowym sposobem zapobiegania zmęczeniu materiałów jest unikanie karbów powodujących koncentrację naprężeń. Jak można przypuszczać, zwiększenie wytrzymałości doraźnej materiału powoduje także zwiększenie jego wytrzymałości zmęczeniowej. Jest to jednak prawdziwe tylko do pewnego poziomu wytrzymałości doraźnej, gdyż nadmierne umocnienie materiału powoduje zmniejszenie wytrzymałości zmęczeniowej. Przełomy zmęczeniowe cechuje charakterystyczny wygląd pozwalający zazwyczaj je rozpoznać na pierwszy rzut oka. Przełom taki składa się z dwóch różniących się wyraźnie części: rzeczywistego przełomu zmęczeniowego z miejscem inicjacji pęknięcia, zwanym ogniskiem przełomu, i z rozchodzącymi się od niego liniami spoczynku oraz przełomu resztkowego. Linie spoczynku są wynikiem zmiany kierunku rozchodzenia się pęknięcia zmęczeniowego, np. na skutek przerwy w obciążeniu (stąd nazwa: linie spoczynku). Przełom resztkowy powstał w momencie, gdy w wyniku postępu pęknięcia zmęczeniowego przekrój elementu zmniejszył się na tyle, że naprężenia w pozostałej jego części przekroczyły granicę wytrzymałości doraźnej. Udział powierzchni przełomu resztkowego w całej powierzchni przekroju pozwala oszacować, jaki był poziom sił działających na przekrój (wytrzymałość materiału pomnożona przez powierzchnię przełomu resztkowego), a także współczynnik bezpieczeństwa przyjęty przez konstruktora. Oszacowanie tego współczynnika jest zniekształcone (zaniżone) przez istnienie ostrego końca pęknięcia w momencie powstania przełomu resztkowego, niemniej stanowi istotną informację dla oceny przyczyn awarii.