1. Stal, definicja, kryteria klasyfikacji

stop żelaza z węglem, plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie, o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,10%, co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie. Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego. Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla, cementyt występuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziaren ferrytu.

Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki. Do pożądanych składników stopowych zalicza się głównie metale, zwykle chrom, nikiel, mangan, wolfram, miedź, molibden, tytan. Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki i fosforu zwane są zanieczyszczeniami.

Klasyfikacja

1. ze względu na skład chemiczny (rodzaj i udział składników stopowych):

   1. stal węglowa (niestopowa)

• niskowęglowa

• średniowęglowa

• wysokowęglowa

  1. stal stopowa

• niskostopowa

• średniostopowa

• wysokostopowa

1. ze względu na procentową zawartość węgla i strukturę wewnętrzną:

   1. stal podeutektoidalna

   2. stal eutektoidalna

   3. stal nadeutektoidalna

2. ze względu na stopień czystości:

   1. zwykłej jakości

   2. wyższej jakości

   3. najwyższej jakości

3. ze względu na zastosowanie:

   1. stal konstrukcyjna

• ogólnego przeznaczenia

• niskostopowa

• wyższej jakości

• automatowa

• łożyskowa

• sprężynowa

• do azotowania

• do ulepszania cieplnego

  1. stal narzędziowa:

• węglowa

• stopowa:

  • do pracy na zimno

  • do pracy na gorąco

  • szybkotnąca.

  1. stal specjalna

• nierdzewna

• chirurgiczna

• kwasoodporna

• magnetyczna

• odporna na zużycie

• transformatorowa

• zaworowa

• żaroodporna

• stal maraging

• żarowytrzymała

2. Materiały kompozytowe, definicja, przykłady

Materiały kompozytowe są połączeniami dwóch lub więcej odrębnych i nierozpuszczalnych się w sobie faz, których każda odpowiada innemu podstawowemu materiałowi inżynierskiemu, zapewniającymi lepszy zespół własności i cech strukturalnych, od właściwych dla każdego z materiałów składowych oddzielnie.

Materiały kompozytowe, dzielą się

• ze względu na osnowę : metalową, polimerową lub ceramiczną, oraz ze względu na

• rodzaj wzmocnienia : cząstkami dyspersyjnymi, płatkami, włóknami nieciągłymi, włóknami ciągłymi w postaci tkanin, szkieletowe, warstwowe w laminatach.

Przykłady zastosowań kompozytów:

Kadłub łodzi z laminatu poliestrowo szklanego, elementy karoserii samochodu z tłoczywa arkuszowego poliestrowo szklanego, opony z poliizoprenu wzmocnionego 10% sadzy i 3% ciętych włókien aramidowych, rama roweru górskiego z kompozytu (stop Ti wzmocniony 10 % cząstek Al2O3), tłoki silnika spalinowego (Chevrolet) ze stopu Al wzmocnionego 25% cząstek SiC, tarcza hamulcowa z kompozytu ceramicznego w samochodzie Porsche

3. Obróbka cieplna, definicja, klasyfikacja

Obróbka cieplna jest dziedziną technologii obejmującą zespół zabiegów wywołujących polepszenie własności mechanicznych i fizyczno–chemicznych metali i stopów, powodowane zmianami struktury w stanie stałym w wyniku zmian temperatury, czasu oraz działania środka. Do najważniejszych zabiegów obróbki cieplnej należą nagrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie. Nagrzewanie jest ciągłym lub stopniowym podwyższaniem temperatury elementu obrabianego cieplnie. Wygrzewanie polega na wytrzymaniu elementu obrabianego cieplnie w docelowej lub pośredniej temperaturze. Chłodzenie to ciągłe lub stopniowe obniżanie temperatury elementu. Chłodzenie z małą szybkością jest nazywane studzeniem, natomiast z szybkością dużą – oziębianiem. Wytrzymanie elementu obrabianego cieplnie w pośredniej lub docelowej temperaturze podczas chłodzenia jest nazywane wychładzaniem

Ze względu na czynniki wpływające na kształtowanie struktury i własności metali i stopów można wyróżnić następujące rodzaje obróbki cieplnej:

• obróbkę cieplną zwykłą,

• obróbkę cieplno–mechaniczną (zwaną także obróbką cieplno–plastyczną),

• obróbkę cieplno–chemiczną,

• obróbkę cieplno–magnetyczną.

W przypadku obróbki cieplnej zwykłej zmiany struktury i własności są spowodowane głównie zmianami temperatury i czasu. W obróbce cieplno–mechanicznej (cieplno–plastycznej) na własności obrabianego materiału wpływa ponadto odkształcenie plastyczne.

Podczas obróbki cieplno–chemicznej istotny wpływ na skład chemiczny, strukturę i własności warstwy wierzchniej wywiera także ośrodek, w którym odbywa się obróbka.

W obróbce cieplno–magnetycznej istotne znaczenie odgrywa natomiast pole magnetyczne.

4. Metody pomiaru twardości

Statyczne metody pomiaru twardości polegają na wciskaniu wgłębnika w badany materiał poza granicę sprężystości, do spowodowania odkształceń trwałych. Twardość wyznaczaną tymi metodami można zdefiniować jako miarę odporności materiału na odkształcenia trwałe, powstające w wyniku wciskania wgłębnika. Do najczęściej stosowanych statycznych metod pomiarów twardości należą metody:

* Brinella - HB kulka ze stali hartowanej lub węglików spiekanych, niszcząca

* Rockwella HR do hartowanej, niehartowanej, stożkiem diamentowym o kącie wierzchołkowym 120° i promieniu zaokrąglenia 0,2 mm lub stalowa kulka o średnicy 1,59

* Vickersa HV czworobocznego foremnego ostrosłupa diamentowego o kącie wierzchołkowym 136˚ pod zadanym statycznym obciążeniem F i zmierzeniu przekątnych d powstałego odcisku w kształcie kwadratu.

* Grodzińskiego,

* Knoopa,

* Chruszczowa-Bierkowicza.

5. Przemiany fazowe podczas chłodzenia stali

Przemiana martenzytyczna- występuje w stopach, ale tylko martenzyt węglowy w stali cechuje się wysoką twardością. Martenzytem nazywamy przesycony roztwór stały węgla w żelazie α, który jest produktem przemiany bezdyfuzyjnej. Siła napędowa przemiany martenzytycznej jest różnica energii swobodnej między austenitem i martenzytem, ale warunkiem powstania martenzytu jest chłodzenie austenitu z taka szybkością aby nie ulegała ona wcześniejszej przemianie w perlit lub bainit. Drugim warunkiem rozpoczęcia się przemiany martenzytycznej jest ochłodzenie austenitu poniżej określonej temperatury zwanej temperatura początku przemiany martenzytycznej. Jest ona stała dla konkretnej stali i nie zależy od zastosowanej szybkości chłodzenia. Warunkiem dalszego przebiegu przemiany maretnzytycznej jest obniżenie temperatury . Po przekroczeniu temperatury końca przemiany dalsza przemiana nie zachodzi, pomimo że pozostaje jeszcze pewna ilość austenitu. Austenit ten nosi nazwę szczątkowego. BEZDYFUZYJNA

Przemiana bainityczna- zachodzi w stalach węglowych przy chłodzeniu w zakresie 400-250. Przyjmuje się że zaczyna się od utworzenia zarodków ferrytu, które powstają na granicach ziarn austenitu wskutek fluktuacji stężenia węgla. Z ferrytu tego wydzielają się bardzo drobne cząstki węglików. Przemiana bainityczna zaczyna się po chłodzeniu austenitu do pewnej określonej temperatury. Upodabnia ja to do przemiany martenzytycznej. Od przemiany martenzytycznej różni się tylko tym że wzrost płytek bainitu jest powolny i ciągły, co świadczy o dyfuzyjnym charakterze przemiany. Cechy morfologiczne bainitu różnią się od perlitu. Bainit górny jest pierzasty, dolny iglasty. W bainicie górnym wydzielenia węglików są grubsze i zorientowane przeważnie równolegle do osi płytek ferrytu. W bainicie dolnym węgliki są drobniejsze i układają się w poprzeczne pasma pod kątem 55º do osi płytek. Twardość bainitu jest większa od perlitu, a mniejsza od martenzytu. BYFUZYJNANA I BEZDYFUZYJNA.

 Przemiana perlityczna- jest dyfuzyjna, co oznacza że do jej rozpoczęcia i przebiegu konieczne jest przegrupowanie atomów węgla i żelaza drogą dyfuzji. Po chłodzeniu austenitu poniżej temperatury Ar1 zaczynają powstawać zarodki perlitu na drodze heterogenicznej. Zarodkami mogą być nie rozpuszczane całkowicie cząstki cementytu lub drobne wydzielenia ferrytu, które powstają na granicach ziarn austenitu. Prędkość przemiany perlitycznej zależy od szybkości zarodkowania koloni perlitycznej. W warunkach izotermicznych szybkość wzrostu kolonii perlitu jest stała i również odległości między płytkami są stałe- nie zależą od struktury austenitu. DYFUZYJNA

6. Obróbka cieplno chemiczna

Obróbka cieplno - chemiczna jest zabiegiem cieplnym (lub połączeniem kilku zabiegów), mającym na celu uzyskanie w warstwie wierzchniej obrabianego materiału własności odmiennych od własności rdzenia. Osiąga się to przez zmianę składu chemicznego, a co za tym idzie struktury warstwy wierzchniej. DYFUZYJNY CHARAKTER. Podstawowymi rodzajami obróbki cieplno-chemicznej są:

• aluminiowanie

• azotowanie

• naborowywanie

• chromowanie - Chromowanie stosuje się w celu zwiększenia odporności na zużycie, poprawienia własności termicznych lub dla ozdoby. Chromowanie wykonuje się najczęściej metodami elektrolitycznymi.

W przypadku chromowania przedmiotów stalowych, proces prowadzony jest w temperaturze 900-1050 °C przez 3-12 godzin w różnego rodzaju ośrodkach (kąpielowe, proszkowe, gazowe). Stosuje się na materiały do pracy na zimno i gorąco, na części maszyn dla przemysłu spożywczego)

Chromowanie elektrolityczne jest przeprowadzane w wannach wypełnionych roztworami soli chromu , podgrzanymi do kilkudziesięciu stopni Celsjusza, w których zanurza się przedmiot przeznaczony do pokrycia chromem.

• nawęglanie

• siarkowanie

• węgloazotowanie

Klasyfikacja ze względu na rodzaj pierwiastka nasycającego

7. rodzaje korozji

Proces stopniowego niszczenia zachodzący na powierzchni metali i ich stopów oraz tworzyw niemetalowych (np. betonu, drewna) wskutek chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania środowiska.

W zależności od środowiska korozyjnego, w którym znajduje się dany metal lub stop rozróżnia się następujące rodzaje korozji:

• korozja atmosferyczna

• korozja gazowa - w suchych, przeważnie gorących gazach

• korozja wodna np. w wodzie morskiej lub rzecznej

• korozja ziemna np. w glebie

W zależności od mechanizmu procesów korozyjnych rozróżnia się:

• korozję elektrochemiczną - zachodzącą w środowiskach elektrolitów, a więc w wodnych roztworach jakimi są woda słodka i morska, w wilgotnych gazach i wilgotnych glebach

• korozję chemiczną zachodzącą głównie w gazach suchych i cieczach nieprzewodzących (nieelektrolitach), np. ciekłe substancje organiczne.

W zależności od charakteru zniszczenia korozyjnego rozróżnia się:

• korozję powierzchowną, która może być:

• równomierna

• nierównomierna

• korozję miejscową dzielimy na:

• plamową,

• punktową,

• wżerową,

• podpowierzchniową,

• międzykrystaliczną - rodzaj korozji metali; przebiega na granicy ziaren metalu, powodując spadek jego wytrzymałości i ciągliwości. Postępuje ona bardzo szybko, atakując głębiej położone warstwy, co czasem jest przyczyną katastrofalnych zniszczeń. Korozja międzykrystaliczna występuje często w nieprawidłowo obrabianej cieplnie stali kwasoodpornej i duralowych stopach aluminium.

• szczelinową,

• zmęczeniową,

• naprężeniową.

8. Pierwiastki stopowe

Pierwiastki stopowe są wprowadzane do stali celowo w ilości przekraczającej minimalne stężenie.
Dodatki stopowe są wprowadzane do stali w celu:

• spowodowania określonych zmian strukturalnych,

• zwiększenia własności wytrzymałościowych i polepszenia niektórych własności chemicznych lub fizycznych,
• zwiększenia hartowności,

• polepszenia efektywności i ułatwienia obróbki cieplnej.

mangan - rozdrabnia ziarna struktury, znacznie poprawia wytrzymałość na rozciąganie oraz obciążenia dynamiczne, zwiększa twardość i wytrzymałość, obniża natomiast własności plastyczne, podwyższa granicę sprężystości. Wprowadza się do wszystkich stali w procesie stalowniczym w celu ich odtlenienia, tj. usunięcia szkodliwego tlenku żelazawego. Dodatek manganu nie dopuszcza również do tworzenia się szkodliwego związku siarki z żelazem

chrom - zwiększa hartowność, rozdrabnia ziarno, jest pierwiastkiem ferrytotwórczym, węglikotwórczym poprawia: twardość, wytrzymałość, granicę plastyczności, sprężystość, żarowytrzymałość, odporność na korozję, odporność na zużycie;

nikiel - znacznie zwiększa udarność stali oraz hartowność, zwiększa żarowytrzymałość, odporność na korozję, obniża skrawalność, obniża podatność na tworzenie zgorzeliny, ze wszystkich dodatków stopowych najkorzystniej wpływa na jednoczesne podwyższenie wytrzymałości i twardości przy zachowaniu wysokiej udarności

wolfram - poprawia odporność na ścieranie oraz wytrzymałość na rozciąganie, zwiększa odporność na odpuszczanie, pierwiastek węglikotwórczy, obniża podatność na obróbkę plastyczną, skrawalność, podatność na tworzenie zgorzeliny,

molibden - zwiększa odporność na pełzanie oraz kruche pękanie, zwiększa twardość, wytrzymałość, granicę plastyczności, udarność, żarowytrzymałość, odporność na zużycie, podatność na tworzenie zgorzeliny, podatność na azotowanie; pierwiastek węglikotwórczy, intensywnie zwiększa hartowność stali dużo bardziej niż chrom czy wolfram, W stalach martenzytycznych, ferrytycznych i austenitycznych zwiększa odporność na korozje.

wanad - zwiększa drobnoziarnistość, sprężystość, twardość, wytrzymałość, granicę plastyczności, udarność stali, sprężystość stali, żarowytrzymałość, odporność na zużycie odporność na korozję, pierwiastek węglikotwórczy,

aluminium - w stalach wykorzystuje się duże powinowactwo aluminium do azotu i tlenu, co działa silnie odtleniająco i odgazotowująco, przeciwdziała również rozrostowi ziarna austenitu.
kobalt - zwiększa twardość, utrudnia powstawanie struktury martenzytycznej, zwiększa twardość, wytrzymałość, granicę plastyczności, odporność na zużycie; zmniejsza podatność tworzenia zgorzeliny, podatność na obróbkę plastyczną, udarność stali; pierwiastek austenitotwórczy, podwyższa temperaturę topnienia i przeciwdziała przegrzewaniu się stali podczas hartowania
miedź - zwiększa odporność korozyjną stopów żelaza z węglem, zwiększa twardość, wytrzymałość, granicę plastyczności, krytyczną szybkość chłodzenia; obniża podatność na obróbkę plastyczną
tytan - zwiększa odporność korozyjną oraz poprawia właściwości mechaniczne, obok niobu jest pierwiastkiem o największym powinowactwie do węgla ,czyli bardzo silnie ferrytotwórczym. W stalach odpornych na korozję stabilizuje węgiel ograniczając korozję międzykrystaliczną.
krzem - stosowany jako odtleniacz, zwiększa twardość, stale zawierające krzem po ulepszeniu mają podwyższoną granicę plastyczności i sprężystości oraz większą odporność na działanie sił dynamicznych, dlatego ma szerokie zastosowanie w stalach sprężynowych i resorowych. Zmniejsza skrawalność
Fosfor - Zwiększa twardość, wytrzymałość, granicę plastyczności, skrawalność; obniża udarność,

9. Definicja i klasyfikacja biomateriałów

Biomateriał to każda substancja inna niż lek albo kombinacja substancji naturalnych lub syntetycznych, która może być użyta w dowolnym okresie, a której zadaniem jest uzupełnienie lub zastąpienie tkanek narządu, albo jego części lub spełnienie ich funkcji.
Podział
BIOCERAMIKA (obojetna, z kotrolowana reaktywnoscia, tworzywa hydroksyapatytowe),

TWORZYWA SZTUCZNE (polietylen,cementy chirurgiczne,polimery resorbowalne, metaloporfiryny, zywice sylikonowe),

TWORZYWA KOMPOZYTOWE (kompozyty C-C, metal-ceramika),

METALE I ICH STOPY (stale, stopy Co, Ti i jego stopy)

10. Definicja i klasyfikacja nanomateriałów

Nanomateriałem nazywamy substancję polikrystaliczną, złożoną z ziaren o wielkości nie przekraczającej 100 nanometrów (nm). Wielkością tą może być średnica ziarna bądź też grubość warstw wytworzonych lub naniesionych na podłożu.

Nanomateriały można podzielić na następujące trzy grupy:

• nanomateriały zerowo-wymiarowe (nanomateriały punktowe) zbudowane z osnowy, w której rozmieszczone są cząstki o wymiarach nanometrów;

• nanomateriały jedno- bądź dwuwymiarowe, np. warstwy o grubości nanometrów typu jednofazowego lub wielofazowego;

• nanomateriały trójwymiarowe (lub nanokrystaliczne), tj. złożone z krystalicznych domen i klasterów faz o wymiarach rzędu nanometrów.

11. Odlewnicze stopy żelaza, klasyfikacja, charakterystyka wybranej grupy

1. Staliwa niestopowe:

• na podstawie własności mechanicznych,

• na podstawie własności mechanicznych oraz składu chemicznego.

2. Stale stopowe

• konstrukcyjne, odporne na ścieranie, odporne na korozję, żaroodporne i żarowytrzymałe oraz narzędziowe

3. Żeliwa niestopowe

Żeliwo zawiera ok. 2÷4% węgla. W zależności od postaci, w jakiej występuje węgiel, rozróżnia się żeliwa:

- szare, w których węgiel występuje w postaci grafitu,

- białe, w których węgiel jest związany w cementycie,

- połowiczne (pstre), w których występuje zarówno cementyt, jak i grafit.

Wpływ grafitu na własności żeliw:

Grafit powoduje zmniejszenie własności wytrzymałościowych żeliwa i zmianę niektórych innych własności, a szczególnie:

- działa jako karb wewnętrzny, stanowiąc nieciągłości w metalu,

- zmniejsza skurcz odlewniczy,

- polepsza skrawalność,

- zwiększa własności ślizgowe,

- sprzyja tłumieniu drgań,

- powoduje zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej.

Wpływ domieszek na proces grafityzacji:

Istotny wpływ na proces grafityzacji wywierają domieszki i zanieczyszczenia. Spośród głównych domieszek i zanieczyszczeń – Si i P ułatwiają grafityzację, a Mn i S – przeciwdziałają jej.

WPŁYW SZYBKOŚCI CHŁODZENIA NA STRUKTURĘ I WŁASNOŚCI ŻELIW

Wraz ze zwiększeniem grubości ścianek odlewu zwiększa się ilość i grubość płatków wydzielonego grafitu, co powoduje zmniejszenie własności wytrzymałościowych. Spadkowi tych własności można zapobiec przez zmniejszenie stężenia węgla i krzemu oraz innych pierwiastków grafityzujących w żeliwie.

Żeliwo szare niestopowe (węglowe) można podzielić na trzy grupy:

• żeliwo szare zwykłe,

• żeliwo modyfikowane,

• żeliwo sferoidalne.

4. Żeliwa stopowe

Skład chemiczny żeliw jest dobierany tak, aby w wyniku dodania pierwiastkow stopowych nie zmienić niekorzystnie ich struktury i własności. Z tego względu należy dobierać odpowiednio dodatki o działaniu grafityzującym i zabielającym

WAŻNE: Gdy łączne stężenie dodatków stopowych nie przekracza 2,5%, staliwo jest uważane za niskostopowe, gdy jest zawarte w przedziale 2,5÷5% – za średniostopowe, a przy stężeniu większym niż 5% – za wysokostopowe.

12. Stopy metali nieżelaznych, klasyfikacja, porównanie ich zalet i wad ze stopami żelaza

Klasyfikacja stopów metali nieżelaznych

Ø stopy aluminium

- ogólna klasyfikacja (ze względu na wytwarzanie) stopów aluminium (odlewnicze i do obróbki plastycznej)

- stopy aluminium z krzemem (stanowią stopy odlewnicze zwane siluminami)

-Stopy aluminium z magnezem

-Stopy aluminium z miedzią

-Wieloskładnikowe stopy aluminium z cynkiem

-Stopy aluminium z manganem

-STOPY ALUMINIUM Z ŻELAZEM

Ø stopy miedzi

- ogólna klasyfikacja stopów miedzi (odlewnicze i do obróbki plastycznej)

- stopy miedzi z cynkiem (nazywane mosiądzem),

- stopy miedzi z cynkiem i ołowiem,

- stopy miedzi z cynkiem i niklem,

- stopy miedzi z niklem (nazywane tradycyjnie miedzioniklami),

- stopy miedzi z cyną (nazywane tradycyjnie brązami cynowymi),

- stopy miedzi z aluminium (nazywanych tradycyjnie brązami aluminiowymi),

- Stopy miedzi z berylem (nazywane tradycyjnie brązami berylowymi)

-Stopy miedzi z krzemem (nazywane brązami krzemowymi)

-Stopy miedzi z manganem (nazywane brązami manganowymi)

Ø stopy niklu

-STOPY KONSTRUKCYJNE NIKLU (najczęściej

stosowanymi monele)

-STOPY OPOROWE NIKLU (należą chromel, alumel i nichrom)

-STOPY NIKLU O SZCZEGÓLNYCH WŁASNOŚCIACH FIZYCZNYCH (np. inwar, kowarem, fernico)

-STOPY NIKLU ODPORNE NA KOROZJĘ, ŻAROWYTRZYMAŁE I ZAWOROWE (np. hastelloy)

Ø stopy kobaltu

Ø stopy tytanu

Ø stopy berylu (np .aluminium, żelazem)

Ø stopy magnezu (np. aluminium, cynk)

Ø stopy cynku (najczęściej stosowany z aluminium zwane znalami)

Ø stopy cyny (DOOBRÓBKI PLASTYCZNEJ I ODLEWNICZE)

Ø stopy ołowiu

Ø stopy o strukturze szkieł metalicznych

Ø stopy metali nieżelaznych z pamięcią kształtu

Ø stopy złota (najczęściej stosowane z miedzią i srebrem)

Ø stopy srebra (głownie stosowany z miedzą)

Ø stopy platyny (najczęściej stosowane z miedzią i niklem)

Główne zalety stopów metali nieżelaznych:

· odporność wielu z nich na korozję

· elastyczny wygląd

· dobra obrabialność

· dobra plastyczność

· dobre własności odlewnicze (wielu z nich)

Zalety stopów żelaza:

· dobre właściwości mechaniczne,

· dobra obrabialność (z wielu z nich)

· dobra spawalność i skrawalność.

· niska cena (wielu z nich)

· dobre własności odlewnicze (wielu z nich)

Wady stopów żelaza:

· większy skurcz,

· wyższa temperatura topnienia

13. Metody kształtowania własności metali i stopów

• Obróbka plastyczna na zimno i gorąco

• Obróbka cieplna

• Obróbka cieplno mechaniczna (walcowanie regulowane ze sterowaną rekrystalizacją)

• Warstwy powierzchniowe

• Obróbka cieplno chemiczna

14. Technologie inżynierii powierzchni, cele stosowania IP

Celem stosowania inżynierii powierzchni jest konstruowanie, wytwarzanie oraz badanie warstw powierzchniowych

o własnościach innych (lepszych) niż rdzeń. Dąży się do poprawy odporności na:

• korozję,

• ścieranie,

• zmęczenie

• a także w celach dekoracyjnych.

Technologię wytwarzania warstw powierzchniowych można podzielić na:

• ubytkowe - realizowane poprzez zmniejszenie wymiarów przedmiotu,

• bezubytkowe - bez zmniejszenia wymiarów,

• przyrostowe - realizowane poprzez zwiększenie wymiarów przedmiotu.

Warstwy powierzchniowe dzieli się na:

• warstwy wierzchnie.

• powłoki.

15. Metody badań strukturalnych materiałów, wymienić, charakterystyka jednej wybranej metody

Metody spektroskopowe (dyspersja energii):

Spektroskopia w podczerwieni (FTIR i Ramana)

•Spektroskopia UV-Vis

•Spektroskopia fluorescencyjna

•Spektroskopia fotoelektronów w tym Auger’a

•Spektroskopia rezonansów magnetycznych

•Spektroskopia Mössbauerowska

Metody dyfrakcyjne (rozpraszanie elastyczne):

•Dyfrakcja rentgenowska

•Dyfrakcja neutronowa

•Dyfrakcja elektronowa

Metody mikroskopowe (ze skanującą sondą):

•Skaningowa Mikroskopia Tunelowa

•Mikroskopia Sił Atomowych

40. Kryteria doboru materiałów na elementy konstrukcyjne maszyn oraz ocena jakości wyrobu w procesie technologicznym.

Kryteria ogólne:

• Rodzaj i wartość wymaganych własności użytkowych materiału, określonych na podstawie analizy obciążeń mechanicznych, oddziaływania fizycznego w warunkach pracy elementu,

• Właściwości technologiczne, wynikające z przyjętych technologii w procesie wytwarzania elementu(odlewanie, Obr plast, spawanie, Obr cieplna),

• Skala produkcji (jednostkowa, wielkoseryjna),

• Ekonomia możliwych rozwiązań z uwzględnieniem wszystkich kosztów

• Aspekt ekologiczny, przy wyborze materiału i technologii.

42. Statyczna próba rozciągania (w tym punkty charakterystyczne dla materiałów plastycznych i sprężystych).

Statyczna próba rozciągania jest podstawową próbą badań własności mechanicznych metali. Sposób wyznaczania wszystkich własności wytrzymałościowych i plastycznych za pomocą rozciągania ujęty jest normą. Próba taka realizuje najprostszy stan naprężeń, jaki powstaje przy prostym rozciąganiu.

Badanie wytrzymałościowe w trakcie tej próby polega na osiowym rozciąganiu próbki odpowiednio ukształtowanej na maszynie wytrzymałościowej zwanej zrywarką. Podłączony siłomierz wskazuje siłę panującą w każdej chwili w próbce, inne zaś urządzenie (np. czujnik, tensometr) umożliwia odczytanie całkowitego wydłużenia próbki. W czasie trwania próby rejestrujemy siły panujące w próbce i odpowiadające im wydłużenia całkowite próbki. Wartości te, przeniesione na układ współrzędnych, w których na osi pionowej odkładamy siłę F, a na osi poziomej wydłużenie Dl, dają tzw. wykres rozciągania.

Charakterystyczne parametry:

• granica proporcjonalności R_h – jest to naprężenie, po przekroczeniu którego materiał nie wykazuje proporcjonalności między przyrostem obciążenia i przyrostem wydłużenia.

• granica plastyczności _Re - to naprężenie, po osiągnięciu którego występuje wyraźny wzrost wydłużenia rozciąganej próbki bez wzrostu lub nawet przy spadku obciążenia.

• wytrzymałość na rozciąganie R_m – jest to stosunek największej siły F_m przenoszonej przez próbkę do początkowego pola S_o przekroju próbki. Dla stali zwykłej jakości wynosi ok. 400 Mpa.

• naprężenie rozrywające Ru – jest to stosunek siły F_u, przy której następuje zerwanie próbki, do pola S_u przekroju próbki w miejscu zerwania.

• umowna granica sprężystości R_0,05 – jest to naprężenie wywołujące w próbce wydłużenie trwałe równe 0,05% początkowej długości pomiarowej l.

• umowna granica plastyczności R_0,2 – to naprężenie wywołujące w próbce wydłużenie trwałe równe 0,2% początkowej długości pomiarowej l.

• wydłużenie jednostkowe – zależy od kształtu próbki, a szczególnie od stosunku jej długości do przekroju poprzecznego. Dla stali niskowęglowych wydłużenie wynosi ok. 25%.

• przewężenie względne – im większa jego wartość tym bardziej odkształcony jest materiał. Dla stali o małej zawartości węgla przewężenie wynosi ok. 65%.

43. Techniki łączenia stosowane w budowie maszyn i rodzaje połączeń elementów maszyn.

Połączenia w budowie maszyn wiążą elementy składowe tak, że mogą wspólnie się poruszać oraz przenosić obciążenia. Połączenia dzielą się na:

• Połączenia nierozłączne w połączeniu takim elementy są złączone na stałe. Próba ich rozłączenia zawsze wiąże się ze zniszczeniem elementu łączącego oraz często samych elementów łączonych.

• Połączenia rozłączne w których rozłączenie jest możliwe i nie wiąże się z niebezpieczeństwem zniszczenia elementów łączonych.

Połączenia nierozłączne dzielą się na: połączenia spawane, połączenia lutowane, połączenia zgrzewane, połączenia klejone, połączenia wciskowe, połączenia nitowe,

Połączenia rozłączne dzielą się na: połączenia klinowe, połączenia wpustowe, połączenia wielowpustowe, połączenia sworzniowe, połączenia kołkowe, połączenia gwintowe, połączenia sprężyste, połączenia rurowe,

Połączenia rozłączne dzielą się także na:

spoczynkowe w których łączone elementy pozostają unieruchomione względem siebie
ruchowe w których elementy mogą się względem siebie przemieszczać w pewnym zakresie

44. Zjawiska zmęczeniowe konstrukcji.

Proces zmęczenia rozwijający się w materiałach konstrukcyjnych pod wpływem długotrwałych

obciążeń cyklicznych jest ciągle istotnym problemem współczesnej techniki. Naprężenia

zmieniające się oscylacyjnie powodują skrócenie czasu eksploatacji elementów konstrukcyjnych,

ponieważ ich zniszczenie może nastąpić przy naprężeniach o wartościach znacznie niższych od statycznej wytrzymałości materiału, z którego są wykonane. Takie obniżenie wytrzymałości materiału nazywane jest ogólnie wytrzymałością zmęczeniową, którą definiuje się w następujący sposób:

Zmęczenie materiału jest procesem powstawania i rozwoju uszkodzeń w materiale na skutek wielokrotnych zmiennych (cyklicznych) obciążeń.

Zmęczenie jest powszechną przyczyną przedwczesnego zniszczenia konstrukcji i w związku z tym termin ten oznacza w praktyce skończoną liczbę cykli obciążenia jaką dany materiał jest w stanie przenieść. Istnieje wiele czynników, które mają bezpośredni wpływ na ten limit cykli. Nalezą do nich między innymi :

· charakter obciążeń,

· sekwencja obciążeń,

· czas trwania obciążeń.

45. Zużycie elementów maszyn (korozyjne, cierne i erozyjne).

Zużywanie ścierne

to proces niszczenia warstw wierzchnich elementów współpracujących ze sobą w wyniku skrawającego, bruzdującego, rysującego i ścinającego oddziaływania nierówności powierzchni lub cząstek ciał obcych (ścierniwa) oraz produktów zużywania znajdujących się między tymi powierzchniami. Proces ten wywołują: mikroskrawanie, rysowanie, ścinanie, i odrywanie nierówności oraz bruzdowanie.

Zużywanie ścierne to zjawisko typowe dla tarcia suchego. Jego intensywność jest bardzo duża. W czystej formie występuje rzadko - np. w przegubach gąsienic pojazdów gąsienicowych lub podczas tarcia elementów roboczych maszyn ziemnych o skrawany grunt. Powierzchni tarcia przypomina powierzchnię po szlifowaniu zgrubnym - jest czysta, nie ma śladów sczepień ani głębokiego wyrywania. Warstwa wierzchnia jest zazwyczaj odkształcona jedynie sprężyście.

Zużywanie erozyjne

(odmiana zużywania korozyjno-erozyjnego) to proces niszczenia warstwy wierzchniej elementów maszyn, polegający na powstawaniu ubytków w wyniku oddziaływania cząstek ciał stałych, cieczy i gazów o dużej energii kinetycznej lub prądu elektrycznego. Występuje przede wszystkim w maszynach przepływowych i wynika z przemieszczania się z duża prędkością czynnika roboczego (w dyszach silników rakietowych, silnikach helikopterów, filtrach cyklonowych, instalacjach do przeróbki ropy naftowej) oraz w maszynach elektrycznych. Charakter zużywania erozyjnego zależy od warunków, w jakich występuje ubytek materiału.

Zużywanie korozyjne - Korozja

to niszczenie metalu pod wpływem chemicznej lub elektrochemicznej reakcji z otaczającym środowiskiem. Przebiega ona z różną intensywnością, zależną od warunków eksploatacji metalu oraz jego składu i struktury. Korozji ulegają prawie wszystkie metale, dlatego niszczenie korozyjne towarzyszy eksploatacji wszystkich maszyn i urządzeń, a straty nim spowodowane niekiedy wielokrotnie przewyższają skutki zużywania mechanicznego.