1. Co to jest dyfuzja, jakie są jej mechanizmy i co to są drogi ułatwionej dyfuzji? Która z dwóch próbek z identycznego materiału pierwsza o wielkości ziarna 100μm czy druga o wielkości ziarna 1mm będzie wykazywała większą dyfuzyjność i dlaczego?

Dyfuzja – proces rozprzestrzeniania się cząsteczek lub energii w danym ośrodku (np. w gazie, cieczy lub ciele stałym), będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji

między sobą i/lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka.

Mechanizmy dyfuzji:

-dyfuzja międzyatomowa( Dyfuzja międzywęzłowa)

Pomiędzy atomami w sieci krystalicznej znajdują się wolne przestrzenie – luki. Małe atomy mogą dyfundować przeciskając się pomiędzy atomami sieci, przemieszczjac się z jednej luki do innej.

-dyfuzja wakansowa gdy np. cynk dyfunduje w mosiądzu, jego atomy nie mieszczą się w lukach sieci, muszą więc czekać aż w ich sąsiedztwie pojawi się wakans i umożliwi przemieszczenie,

-dyfuzja po granicach ziaren -dyfuzja w materiałach krystalicznych może ulec przyspieszeniu wzdłuż granicy ziaren lub lini dyslokacji. Granica ziaren stanowi plaski kanal o szerokości około 2 srednic atomowych, o lokalnej szybkości dyfuzji nawet 10^6 razy większej niż w krysztale.

Z dwóch próbek , ta z wielkością ziarna 100um wykaze większą dyfuzyjność gdyż zgodnie ze wzorem szybkość dyfuzji zmienia się ze zmianą 1/d^2 , gdy d się zwiększa to dyfuzyjność rośnie.

2. Jakie są kryteria wyboru materiałow odpornych na pełzanie?

Kryteria doboru materiałow odpornych na pełzanie:

Materiał musi mieć wysoką temperaturę topnienia. Jeśli materiał będzie eksploatowany w temperaturze niższej od 0,3 temperatury topnienia (K), pełzanie nie będzie stanowiło problemu.

Projektowanie stopów metalowych odpornych na pełzanie

Gdybyśmy musieli dobrać lub zaprojektować materiał odporny na pełzanie, należałoby

postąpić w następujący sposób:

a) Wybrać materiał o wysokiej temperaturze topnienia, ponieważ dyfuzja (i szybkość

pełzania) zależą od T/TM;

b) Maksymalnie utrudnić ruch dyslokacji przez utworzenie roztworów stałych i wytworzenie

wydzieleń dyspersyjnych; wydzielenia muszą oczywiście być stabilne w temperaturze

pracy materiału;

c) Wybierać, o ile to możliwe, materiał o typie sieci krystalicznej stwarzającej największy

opór, to znaczy o wiązaniu kowalencyjnym (tak, jak to jest w większości tlenków,

w krzemianach, węgliku krzemu, azotku krzemu i podobnych związkach).

1. Co to jest pełzanie i jakie są jego mechanizmy? Który z elementów wykonanych z materiałów o temperaturze topnienia 1500 stopni C pracujący pod obciążeniem w temp. 900 stopni C: pierwszy o wielkości ziarna ok 1mm czy drugi o wielkości ziarna dwudziestokrotnie większej będzie bardziej odporny na pełzanie?

Pełzanie jest to powolne, ciągłe odkształcenie materiału w czasie, które zależy nie tylko od naprężeń , ale również od temperatury I czasu.W przeciwieństwie do pełzania odkształcenie większości metali i ceramik w temp pokojowej praktycznie nie zachodzi. Przyjęło się określać pełzanie jako proces ‘wysokotemperaturowym’ , a pozostałe (odkształcenie sprężysto plastyczne ) jako ‘niskotemperaturowe’.

Materiał o większej wielkości ziarna będzie bardziej odporny na pełzanie, ponieważ duże ziarna wydłużą czas dyslokacji oraz ograniczą mechanizm dyfuzji po granicach ziaren.

6. W materiale poddanym działaniu siły rozciągającej znajdują się dwa pęknięcia o jednakowej długości 2a, jednakowej orientacji względem osi obciążenia, których promienie krzywizny wierzchołka pęknięcia wynoszą r₁ i r₂. Które z nich i dlaczego jest bardziej niebezpieczne z punktu widzenia katastroficznego pęknięcia, jeśli wiadomo, że r₁ << r₂?

δlokalne= δ + δ$\sqrt{\frac{a}{2r}}$

Pękniecie w materiale powoduje że lokalne naprężenie w pobliżu jego krawędzi jest większe od średniego naprężenia przyłożonego do elementu. Naprężenie lokalne jest odwrotnie proporcjonalne do promienia krzywizny wierzchołka pęknięcia. Z tego wynika, że większe naprężenie lokalne będzie w pęknięciu o promieniu r2, czyli jest ono bardziej niebezpieczne.

7.W płycie ze stopu Al poddanej obciążeniu cyklicznemu znajduje się pęknięcie o długości a = 2mm, które propaguje z prędkością 2µm na cykl obciążenia. Oblicz czas do zniszczenia płyty jeśli wartość naprężenia rozciągającego jest stała i wynosi σ=100MPa, liczba cykli N=10 1/min, zaś wartości modułu sprężystości E=70GPa, a wiązkość G_c=20kJ/m²

$$\ \sigma\sqrt{\text{Πa}} = \sqrt{EG_{c}}$$

Po przekształceniu liczymy „a” przy którym płyta ulegnie zniszczeniu.

a=$\frac{EG_{c}}{\sigma^{2}\pi}$

Po podstawieniu a ≈0,446m (nie zapomnijcie o przedrostkach!)

a₁ – obecne pęknięcie

a - a₁ = 0,444 m

teraz po podzieleniu 0,444 przez 2µm wychodzi 222000 cykli

mamy 10 cykli na minutę czyli 22200 minut (zamieniamy na dni)

Płyta ulegnie zniszczeniu po około 15 dniach i 10 godzinach.

8.Jakie są cechy charakterystyczne przełomów zmęczeniowych w skali makro i mikro?

- karby (intruzja i ekstruzja),

- obecność stref zmęczeniowej i doraźnej,

- prążki zmęczeniowe,

- ogniska zmęczeniowe,

- obecność szyjki,

- wydłużenie próbki.

13. Co rozumiesz przez pękanie katastroficzne? Dlaczego materiały sprężysto- plastyczne są generalnie bardziej odporne na pękanie katastroficzne niż sprężysto kruche?

Pękanie katastroficzne jest to nagłe pękanie materiału w spowodowane wzrostem – zachodzącym z prędkością propagacji dźwięku w materiale – istniejących pęknięć, które nagle stają się niestabilne. Materiały sprężysto-plastyczne są bardziej odporne na nagłe pękani, ponieważ mają wyższą wiązkość (G_c) oraz krytyczny współczynnik intensywności naprężeń (K_c), niż materiały sprężysto-kruche.