Struktura materiałów wpływa na ich właściwości, właściwości na zastosowanie i recykling. Procesy technologiczne wpływają na strukturę i właściwości, a skład chemiczny również ma wpływ na strukturę i właściwości.
Wiązania: Atomowe (kowalencyjne) najsilniejsze, metaliczne, jonowe i siłami Vandeer Valsa najsłabsze.
Kowalencyjne – wspólne wiązania dla atomów.
Ściśliwe – materiał jest izolatorem, ze wzrostem temperatury maleje opór, materiały z wiązaniami jonowymi są kruche.
Siłami Van der Waalsa są najsłabsze i występują zazwyczaj w tworzywach sztucznych.
Metaliczne – możliwy jest ruch elektronów, materiał jest przewodnikiem.
Wielkość atomu, ok. 10A (anksztremów) czyli 10 do -10metra.
Nie można trwale zbliżyć dwóch atomów, można oddalić.
Nanostruktura: może być brak uporządkowania, ciało amorficzne (anizotropia właściwości, bliskiego zasięgu uporządkowanie), ciało krystaliczne( uporządkowanie dalekiego zasięgu, we wszystkich kierunkach).
Układy krystalograficzne:
Regularny, a=b=c, kąty=90*. A1 – RSC, regularna ściennie centrowana. A2 – regularna przestrzennie centrowana,
Typu diamentu = A4.
Tetragonalny, a=b =/= c, kąty = 90*. Prymitywna przestrzennie centrowana.
Romboedryczny, a=b=/= c, kąty =/= 90*. Prymitywna.
Rombowy, a =/= b =/= c, kąty równe 90*. Prymitywna, ściennie centrowana, przestrzennie centrowana i centrowana w podstawach.
Heksagonalny, a = b =/= c, alfa i beta = 90*, gamma = 120*. Prymitywna A3.
Jednoskośny, a =/= b =/= c, alfa i gamma = 90* =/= beta. prymitywna i centrowana w podstawach.
Trójskośny, a =/= b =/= c, alfa =/= beta =/= gamma =/= 90*, prymitywna.
Polimorfizm – zdolność do przebudowy sieci krystalograficznej pod wpływem zmian temperatury i ciśnienia.
Alotropia – zjawisko występowania w tym samym stanie skupienia różnych odmian tego samego pierwiastka. Nie zachodzą one jednak w ściśle określonych temperaturach, lecz są zależne od termicznej historii próbek. Powoduje to, że dany pierwiastek może występować w dwóch różnych odmianach alotropowych w tej samej temperaturze.
Regularny prymitywny: nie występuje tak żaden pierwiastek.
Regularny ściennie centrowany A1:
największe upakowanie atomów (70%), na komórkę elementarną przypadają 4 atomy, na każdej ścianie jest jeden ekstra atom, np. Cu czyli miedź.
Regularny przestrzennie centrowany A2:
68% upakowania atomów, występuje tak Cr – chrom, Mo – molibden, W – wolfram, Ta – tantal, Nb – niob.
A4 – układ regularny typu diamentu (wygląda jakby w komórca była jeszcze jedna komórka).
Sieć tetragonalna prymitywna, zazwyczaj c > a, stopień tetragonalności to ile razy c jest większe od a. (c/a)
Sieć tetragonalna przestrzennie centrowana (TPC).
Sieć heksagonalna, dla sieci heksagonalnej zwartej c/a = 1.63.
Mikrostruktura – monokrystaliczna lub polikrystaliczna. Monokryształ – ciaało zbudowane w całości z jednego kryształu, ciężko otrzymać. Ale np. polak Jan Czochralski wynalazł metodę, dzięki której można otrzymać np. monokryształ krzemu.
Zdolność rozdzielcza – najmniejsza odległość między dwoma punktami które widzimy jako oddzielne.
Makrostruktura: właściwości mechaniczne, właściwości wytrzymałościowe, właściwości plastyczne.
Statyczna próba rozciągania, podstawowa metoda badań wytrzymałościowych. Można z niej wyznaczyć:
Własności materiałów: Udarność KC(U lub V w zależności od kształtu karbu na próbce w próbie na młocie harpyego).
Naprężenia G = F/S0 [MPa].
Granica plastyczności Re [MPa].
Wytrzymałość na rozciąganie Rm [MPa].
Wydłużenie A5/A10 (w zależności od przekroju próbki) w %.
Przewężenie Z też w %.
Twardość HB, HV lub HRC – opór plastyczny materiału przeciwdziałający zagłębieniu penetratora.
twardość HB – Brinella – do materiałów raczej miękkich, penetrator to kulka z węglika spiekanego.
Twardość HRC – Rockwella – wgłębnik to stożek diamentowy z kątem 120*, 20-100HRC, 100HRC ma diament, stal hartowana ok. 60
Twardość HV – Vickersa – wgłębnik to piramidka diamentowa, HV10 – 10kg, mikrotwardość np. HV01 – 100g, HV0001 – 1g.
Mierzymy pole odcisku.
Udarność to własność plastyczna, mierzona jest praca łamania, przez pow. przełomu, na młocie Charpyego, KCU lub KCV.
Pękanie może być kruche (brak odkształceń plastycznych, trans krystaliczne(poprzez ziarna), lub w niskich temperaturach między krystaliczne (wzdłuż granicy ziaren). Pękanie plastyczne, występują odkształcenia plastyczne, potem pękanie, jest mniej niebezpieczne bo mniej nagłe.
Wytrzymałość zmęczeniowa, zmienne cykliczne obciążenie, duże znaczenie karbu. Na przełomie występuje: ognisko pęknięcia, linie spoczynkowe i przełom resztkowy/doraźny.
Wytrzymałość zmęczeniowa nieograniczona np. żelazo, a wytrzymałość zmęczeniowa ograniczona np. stopy aluminium.
Pełzanie materiału: warunki: obciążenie statyczne mniejsze od granicy plastyczności, temperatura większa od 0.4-0.6 Ttop, czas.
Właściwości fizyczne:
Gęstość ϕ – g/m3, lub g/cm3.
Najmniejszą gęstość ma lit (jest tak miękki że można go ciąć nożem) 0.53 g/cm3.
Magnez – Mg – 1.74 g/cm3.
Aluminium – Al – glin – 2.7 g/cm3.
Tytan – Ti – 4.5g/cm3.
Między 7 a 9 g/cm3 – Vanad, Fe – żelazo, Co – kobalt, Ni – nikiel, Mn – mangan.
Do najcięższych pierwiastków należy Ir – Iryd – ok. 22g/cm3.
Wytrzymałość właściwa: Stosunek Rm/do ciężaru. Torzywa sztuczne mają najmniejszą(0.9), największą ceramika (3-4).
Przewodnictwo cieplne jest to zjawisko przepływu energii cieplnej pomiędzy nierównomiernie ogrzanymi ciałami .
Przewodnictwo elektryczne jest to zjawisko skierowanego przenoszenia ładunków elektrycznych przez dodatnie lub ujemne nośniki prądu
Rozszerzalność cieplna.
Ferromagnetyzm – zdolność do namagnesowania. 770* temperatura Curie – temperatura przemiany magnetycznej, po przekroczeniu której ferromagnetyki stają się paramagnetykami (różna dla różnych pierwiastków).
Temperatura topnienia – tylko dla ciał krystalicznych. Najniższa Hg – rtęć, w temperaturze ujemnej. Al. – ok. 1000*, Fe – 1538*.
Właściwości chemiczne:
Odporność korozyjna (korozja chemiczna, elektrochemiczna, metale szlachetne nie korodują – platyna, złoto, srebro.
Zjawisko pasywacji – tworzenie się na powierzchni metalu osłonki, która nie dopuszcza tlenu i hamuje proces korozji. Np. aluminium ulega samorzutnej pasywacji, pokrywając się warstewką tlenków.
Rzeczywista budowa kryształu: błędy struktury – defekty na poziomie atomów, mogą być punktowe, liniowe, lub powierzchniowe.
Samodyfuzja – przemieszczanie się atomów we własnej sieci krystalicznej.
Defekty punktowe: brak atomu w sieci (wakans/luka), wpływa na opór elektryczny.
Obcy atom w węźle sieci (zwiększa wytrzymałość, twardość, granicę plastycznośći, pogarszają się natomiast wł. plastycze).
Obcy atom między węzłami sieci (musi być mniejszy od tych co tworzą sieć, zjawisko występujące w stopach).
Błędy liniowe:
Dyslokacje śrubowe, wektor burgera – określa w których płaszczyznach znajduje się dyslokacja, jaki ma zwrot, kierunek i jak duża jest.
Dyslokacje krawędziowe. Obecność błędów liniowych obniża wytrzymałość materiałów krystalicznych.
Defekty powierzchniowe:
Granice ziaren, im większa ilość ziaren w materiale tym większa jego wytrzymałość. Granica ziarna to zaburzenie ułożenia atomów.
Podział granic ziaren: wysokokątowe – płaszczyzny atomowe są położone pod wysokim kątem względem siebie.
Niskokątowe – 2-3* między kryształami.
Subziarna – podziarna, granica subziarna – granica dyslokacyjna.
Koherentne – brak zaburzenia atomów na granicy, obecność granic koherentnych wzmacnia materiał.
Błędy ułożenia – błędy powierzchniowe w strukturze krystalograficznej, płaszczyzny najgęściej upakowane. Np. w A1, czyli regularnej przestrzenie centrowanej jest to {1,1,1}. ABCABCABC -> błąd ułożenia -> ABCACBABC
Bliźniaki – płaszczyzny bliźniakowania, lustrzane odbicie przez płaszczyznę bliźniakowania.
Określanie wielkości ziaren – na podstawie wzorców.
Odkształcenia plastyczne:
Odkształcenia według określonych płaszczyzn poprzez poślizg(wśród większości metali, A1, A2, A3) lub bliźniakowanie. Wzdłuż płaszczyzn łatwego poślizgu lub płaszczyzny bliźniakowania. Płaszczyzny najgęściej upakowane.
Obróbka plastyczna: naprężenia większe od granicy plastyczności.
Walcowanie, kucie, tłoczenie, gięcie, przeciąganie, cięcie, wykrawanie.
Rośnie gęstość dyslokacji, magazynuje się energia w materiale -> stan niestabilny.
Efekty zależą od temperatury i stopnia odkształcenia.
Fizyczne i mechaniczne zmiany w materiale.
Temperatura rekrystalizacji – to 0.4-0.6 Ttopnienia. Poniżej Tr – trwałe zmiany -> zgniot -> obróbka plastyczna na zimno.
Powyżej Tr – obróbka plastyczna na gorąco, zmiany chwilowe. Zgniot – to umocnienie materiału.
Wyżarzanie rekrystalizujące:
Poniżej Tr – zdrowienie: zanik defektów punktowych, zanik naprężeń wewnętrznych, poligonizacja – proces tworzenia się ziaren z podziaren.
Powyżej Tr – rekrystalizacja pierwotna – zarodki rekrystalizacji, rozrost zarodków, równoosiowo niska gęstość dyslokacji, duży stopień odkształcenia.
T rekrystalizacji = a x Ttop. Metal bardzo czysty a = 0.1-02, metal czysty technicznie a = 0.4, stopy metali a = 0.6-0.8.
Po wyżarzaniu rekrystalizującym uzyskuje się bardzo duże ziarno.
Zgniot krytyczny – jest to taka wartość odkształcenia plastycznego na zimno dla którego po rekrystalizacji otrzymujemy ziarno o maksymalnych wymiarach (efekt jest niepożądany)– małe Rm, duża kruchość.
Rekrystalizacja wtórna – rozrost ziaren, obróbka plastyczna na gorąco.
Krystalizacja metali: Tworzenie się zarodków fazy stałej, rozrost zarodków.
3 stany skupienia: gazowy, ciekły i stały.
Prawo Tammana – szybkość krystalizacji i struktura stopu zależą od szybkości powstawania zarodków i szybkości wzrostu.
Szybkości chłodzenia zależą od stopnia przechłodzenia. Im większe przechłodzenie tym struktura bardziej drobnoziarnista.
Zarodek – kilkaset atomów. Zarodkowanie może być:
homogeniczne zwane też spontanicznym - w której zarodki powstają spontanicznie w czystej substancji na skutek fluktuacji gęstości substancji.
heterogeniczne - w którym pierwotnymi zarodkami są zanieczyszczenia obecne w substancji lub np. drobne rysy na ściankach naczynia. Heterogeniczne jest łatwiejsze, wymaga mniejszej energii.
Wzrost kryształów – atomy najłatwiej przylegają do schodów. Liniowa prędkość krystalizacji i topnienia wyraża równanie Arrheniusa.
Krzepnięcie dendrytyczne – ukierunkowane.
Tworzenie monokryształów, tylko jeden zarodek krystalizacji. Grubość do 4 cali, Si (krzem) i Ge (german). Stosowane w elektronice.
Cechy: małe zdefektowania, wysoka sztywność i twardość, wysoka wytrzymałość, kruchość, przeźroczystość (jonowe i kowalencyjne). izotropia właściwości, rozszczepienie i załamanie światła.
Wiskersy –monokryształ ukierunkowany, cienkie i krótkie, mają dużą wytrzymałość.
T likwidus – temperatura początku krzepnięcia i końca topnienia.
T solidus – temperatura początku topnienia i końca krzepnięcia.
Wlewek, od zewnątrz – kryształy zamrożone, kryształy kolumnowe, kryształy równoosiowe, zanieczyszczenia. Powstaje jama skurczowa w wyniku zmiany objętości.
1. Segregacja składu chemicznego (zanieczyszczenia).
2. Objętość stopu zakrzepniętego jest mniejsza od ciekłego (jama skurczowa).
3. Wydzielanie się gazów (powstają pęcherze gazowe, np. w stopach aluminium).
Duża szybkość krzepnięcia powoduje powstawanie ciała amorficznego (ciało stałe, ale tworzące je cząsteczki są ułożone chaotycznie bardziej zbliżone do cieczy).
Tg – punkt zeszklenia – powstaje szkło metaliczne – ciało amorficzne.
Dyfuzja – przemieszczanie się atomów w ciele stałym. Dyfuzja chemiczna – temperatura, czas i gradient koncentracji składników mają wpływ. Samodyfuzja – proces w którym biorą udział tylko cząstki danej substancji.
Temperatura rośnie -> Dyfuzja powierzchniowa ->rośnie temp -> dyfuzja wzdłuż granic ziaren -> rośnie temp -> dyfuzja poprzez ziarna. Wakanse dyslokacji – ułatwiają dyfuzję.
I prawo dyfuzji – prawo Ficka – Strumień dyfuzji (J) jest równy –D (współczynnik dyfuzji) razy pochodna stężenia po odległości.
Faza to część układu jednorodna pod względem chemicznym krystalograficznym, oddzielona od reszty układu powierzchnią rozdziału faz (granica międzyfazowa)
Układ – zbiór faz, 1, 2, 3 faza. Równowaga termodynamiczna faz – układ równowagi.
Składniki – substancje proste – pierwiastki, wchodzą w skład fazy, złożone – związki.
Równowaga fazowa – występuje w określonych warunkach termodynamiki, gdy stosunek ilościowy między fazami pozostaje bez zmian.
Równowaga termodynamiczna: kryterium – energia swobodna(jednoznaczna funkcja stanu, część energii układu która może być przekształcona na pracę) osiąga minimum.
Energia swobodna Helmholtza, stała temperatura i objętość – F = E + T x S (E – en. wewnętrzna, S – entropia)
Energia swobodna Gibbsa, stała temperatura i ciśnienie – G = E + pV – TS (p – ciśnienie, V – objętość, T – temp)
W warunkach równowagi potencjały chemiczne składników we wszystkich fazach są równe – nie ma przepływu składników między fazami.
Fazy w stopach:
Czyste metale. Stopy – materiały dwu lub więcej składnikowe z których co najmniej jeden jest metalem. Struktura – budowa wewnętrzna, może być jednofazowa lub wielofazowa. Własności zależą od: rodzaju faz, stosunków ilościowych, stopnia dyspersji, składniki chemiczne (celowo wprowadzone – dodatki, domieszki, lub zanieczyszczenia).

Fazy: 1 roztwory stałe (miękkie i plastyczne) 2 Fazy pośrednie (z reguły twarde i kruche).
1. Roztwór stały – jest fazą stałą stanowiącą mieszaninę atomów różnych składników o całkowicie przypadkowym rozmieszczeniu, ciało krystaliczne. Roztwory stałe dzielą się na różno węzłowe(substytucyjne, podstawieniowe, małe różnice w wielkościach atomów) i międzywęzłowe.
Reguła Vagarda – parametr sieci zmienia się liniowo w funkcji stężenia.
Zniekształcenie sieci zwiększa wytrzymałość. Między węzłowe – atomy B dużo mniejsze od atomów A. Znieształcenia sieci i naprężenia dużo wyższe niż w różno węzłowych.
Ze względu na rozpuszczalność:
Roztwory ciągłe o nieograniczonej rozpuszczalności. Lub graniczne.
Reguła Hume Rothery’ego: mówiąca o warunkach w których jeden pierwiastek może rozpuścić się w drugim:
1. jednakowy typ sieci obydwu składników, 2. Mała różnica wielkości atomów (do 15%), 3. Bliskie sąsiedztwo w układzie okresowym pierwiastków.
Roztwór może być pierwotny bp. B w A lub wtórny np. B w fazie pośredniej.
Ze względu na uporządkowanie:
nieuporządkowane – typowy roztwór, uporządkowane – ściśle określone miejsce w sieci.
Fazy pośrednie (składniki metalami, fazy międzymetaliczne) Faza międzymetaliczna – to faza stała, której sieć krystaliczna i właściwości są pośrednie między roztworem stałym i związkiem chemicznym. Ściśle określone pozycje atomów różno i międzywęzłowych. Ściśle określony skład chemiczny.
Wykresy równowagi fazowej: przebieg krzepnięcia stopów, skład fazy w funkcji temperatury i składu, określają stosunki ilościowe pomiędzy fazami w danej temperaturze przy danym składzie, opisują przemiany w stanie stałym.
Stopy dwuskładnikowe układy podwójne. Układy równowagi mogą być z nieograniczoną rozpuszczalnością (linie likwidus i solidus tylko) oraz z ograniczoną rozpuszczalnością A w B ( jak żelzo – cementyt).
Wydzielanie wtórne – wydzielanie składnika z roztworu stałego alfa. Linia granicznej rozpuszczalności.
Eutektyka - mieszanina dwóch lub więcej faz, przy określonym składzie, która wydziela się z roztworów ciekłych w określonej temperaturze, zwanej temperaturą eutektyczną.
Eutektoid – drobnoziarnista mieszanina dwóch lub więcej faz, o określonym składzie powstajaca w określonej temperaturze zwanej temperaturą eutektoidalną.
Układ żelazo cementyt.
Fe – żelazo, l. atomowa 26, masa atomowa 56.
C – węgiel, l. atomowa 6, masa atomowa 12.
Układ równowagi Fe-C. Gęstość żelaza ϕ = 7,8g/cm3. Żelazo alfa – Rm – wytrzymałość na rozciąganie 250MPa, Re – granica plastyczności 150MPa, twardość 54HB, A10 – 50%, KC – 250 J/cm3 (udarność).
Fe alfa -> 912*C -> Fe gamma -> 1394* -> Fe delta -> 1538* -> temp topnienia/krzepniecia.
Fe alfa – A2, układ regularny przestrzennie centrowany.
Fe gamma – A1, układ regularny ściennie centrowany.
Fe delta – A2, regularny przestrzennie centrowany.
Żelazo jest ferromagnetykiem -> 770*C – temp. Curie -> paramagnetyk.
C – grafit A9 – układ heksagonalny c/a = 2.6 (przewodzi prąd). T top – 3500*C, gęstość – 2.27g/cm3.
Diament – A4 – nie przewodzi prądu. Powstaje z grafitu pod wysokim ciśnieniem i temperaturą.
Układ równowagi Fe – Fe3C – jest to faza pośrednia, węglik żelaza, cementyt, zawartość węgla 6.67%C. Twardość ok. 700HV. Układ krystalograficzny – rombowy. Teoretyczna temperatura topnienia – 1227*C.
A1 – temperatura przemiany eutektoidalnej – TE - 727*.
A3 – temperatura przemiany alotropowej żelaza – zmiana typu sieci krystalograficznej – 727* do 912*.
Acm – linia granicznej rozpuszczalności węgla w roztworze stałym gamma.
A2 – temperatura przemiany magnetycznej żelaza – Temperatura Curie – 770*C.
Ferryt – roztwór stały węgla w Fe alfa – roztwór międzywęzłowy, maksymalna rozpuszczalność 0.02% w TE’(727*).
W temperaturze pokojowej 0.008%C. Rm = 300Mpa, twardość = 80HB, A10 = 40%, KC = 180 J/cm3.
Pierwiastki ferrytotwórcze – Si, Cr, Mo, V, W, Ti, Nb.
Austenit – roztwór stały węgla w Fe gamma (międzywęzłowy), maksymalna rozpuszczalność węgla wynosi 2.11% w temperaturze eutektycznej (TE = 1148*). Rm = 700-800Mpa, twardość = 200-220HB, A10 =40-60%, KC = 200-300 J/cm3.
Pierwiastki austenitotwórcze – Ni, Mn, Co.
Ferryt delta – roztwór stały węgla w żelazie delta – 1394*C.
Ladeburyt – mieszanina eutektyczna ferrytu i cementytu, zawiera 4.3% węgla i powstaje z austenitu w temperaturze eutektycznej – 1148*C.
Ladeburyt przemieniony – gdy w temperaturze A1,3 austenit ulegnie przemianie w perlit.
Perlit – mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu, zawiera 0.77%C i powstaje w temperaturze 727*C. Perlit ma budowę płytkową, na przemian płytki cementytu i ferrytu. W stosunku 1/7 (cementyt/ferryt). Rm = 700-800Mpa, 180-220HB, A10 =8%.
Przemiana eutektoidalna – perlityczna – przemiana austenitu w perlit o zawartości 0.77%C. Dyfuzja węgla z austenitu, zarodki przemiany zazwyczaj przy granicy ziaren, zmniejsza się zawartość węgla w austenicie, przemiana w ferryt, a węgiel który dyfunduje przechodzi w cementyt.
0,02%C – 0.77%C – stopy podeutektoidalne. 0.77% - eutektoid(perlit) 0.77-2.11%C stopy nadeutektoidalne.
2.11-4.3%C – stopy podeutektyczne, 4.3%C – eutektyka (ledeburyt), 4.3-6.67%C stopy nadeutektyczne.
Twardość rośnie wraz ze wzrostem zawartości węgla. 0% - 54HB, 0.008% - 80HB, 0.77% - 180-220HB, 2.11%C – 300HB, 4.3% - 450HB, 6.67% - 700HV.
Do 2.11% stale i staliwa, powyżej 2.11%C żeliwa – do 3.5%C (ale teoretycznie do 6.67%)
Ac – temperatura grzania (Ac1, Ac2, Ac3). Ar – temperatura chłodzenia (Ar1, Ar2, Arcm)
Stal – to stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami zawierający do 2.11%C i przerobiony plastycznie.
Staliwo – stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, zawierający do 2.11%C w postaci odlewu (bez obróbki plastyczniej)
Żeliwo – jest to stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, zawierający od 2.11%C do 6.67%C, w postaci odlewu (w praktyce od 2.11%C do 3.5%C)
Obróbka cieplna – nagrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie. Chłodzenie powolne – wyżarzanie.
Wszystkie obróbki cieplne są przeprowadzane poniżej temperatury solidus.
1. Wyżarzanie: UJEDNORODNIAJĄCE, Cel – ujednolicenie składu chemicznego, usunięcie segregacji składu chemicznego. Ujednorodnia się przez dyfuzję podczas krzepnięcia. Jeżeli przebieg dyfuzji jest zbyt krótki powstaje segregacja chemiczna.
Temperatura – 1100-1300*C. Struktura – zgodna z wykresem równowagi, równe właściwości w objętości mat.
2. Wyżarzanie: NORMALIZUJĄCE, Cel – ujednorodnienie i wyrównanie wielkości ziarna. Wielkość ziarna wpływa na wytrzymałość stali oraz na udarność. Drobne ziarno zwiększa Rm, Re, KC. Temperatura – 30-50*C powyżej A3 – Acm. Wykorzystuje się to że w perlicie jest dużo zarodków przemiany, rozdrobnienie ziarna. Nagrzewanie i studzenie na powietrzu – perlit ma wyższą twardość bo jest bardziej dyspersyjny.
2a – wyżarzanie zupełne – studzenie razem z piecem (wolniejsze), mniejsze naprężenia, ale też niższa twardość (grubsze płytki cementytu).
3. Wyżarzanie SFEROIDYZUJĄCE -> kształt kulisty, dla stali nadeutektoidalnych. Cel: sferoidyzacja cementytu, ułatwienie obróbki skrawaniem, zmiękczenie. Przebieg – fragmentacja płytki cementytu, sferoidyzacja fragmentów, koagulacja (rozrost).
Temperatura – 680-700*C (poniżej A1). Struktura – cementyt sferoidalny (kulkowy) w osnowie ferrytycznej.
Czas – 10-20 lub więcej godzin. Może występować jako wyżarzanie sferoidyzujące wahadłowe, czyli raz nad A1, raz pod.
4. Wyżarzanie ZMIĘKCZAJĄCE – cel: obniżenie twardości. Temperatura – 680-700*C. Wynik: twardość spada z 300HB do ok. 180HB.
5. Wyżarzanie REKRYSTALIZUJĄCE – Cel: zlikwidowanie umocnienia powstałego w wyniku zgniotu po obróbce plastycznej na zimno. Powyżej temperatury rekrystalizacji – która stanowi 0.4-0.6 temperatury topnienia.
6. Wyżarzanie ODPRĘŻAJĄCE – cel: usunięcie naprężeń wewnętrznych, powstałych w wyniku spawania, odlewania lub ob. plast.
Temperatura – 400-500*C, pozostaje umocnienie po przeróbce plastycznej na zimno.
7. Wyżarzanie PRZECIWPŁATKOWE – Cel: usunięcie wodoru płatkowego, który powoduje kruchość wodorową. Temperatura: 200-300*C.
Chłodzenie przyspieszone:
Hartowanie stali: cel: zwiększenie twardości, wytrzymałości, kosztem właściwości plastycznych. Szybkie chłodzenie powyżej krytycznej szybkości chłodzenia. W wyniku tego nie nastąpi przemiana ferrytyczna ani eutektoidalna.
Przebieg – nagrzanie do temperatury austenityzacji, wygrzanie w tej temperaturze i chłodzenie z prędkością większą od krytycznej.
W wyniku hartowania uzyskujemy strukturę martenzytu, jest to przesycony roztwór węgla w żelazie alfa.
Przemiana martenzytyczna jest przemianą bezdyfuzyjną, temperatura austenityzowania to temperatura 30-50* powyżej A3 i Acm.
Żelazo alfa to A2 – regularna przestrzennie centrowana, martenzyt – to sieć tetragonalna przestrzennie centrowana. Stopień tetragonalnośći martenzytu zależy od zawartości węgla i wynosi od 1.02 do 1.08. Duże naprężenia mogą powodować pęknięcia hartownicze.
Temperatura przemiany martenzytycznej – Ms i Mf – początku i końca przemiany. Martenzyt ma strukturę iglastą, w wyniku zmiany sieci, następuje wzrost objętości o ok. 3%. W strukturze znajduje się tez austenit szczątkowy. Węgiel zwiększa hartowność.
Austenit szczątkowy i martenzyt to fazy metastabilne, austenit szczątkowy obniża twardość stali ale niepoplepsza właściwości plastycznych. Sposób na usunięcie: 1. Obróbka podzerowa – wymrażanie.
Wykresy CTP – czas, temperatura, przemiana. CTPi i CTPc – chłodzenie izotermiczne i ciągłe.
Krytyczna prędkość chłodzenia – prędkość chłodzenia przy której następuje całkowita przemiana austenitu w martenzyt. Zależy od zawartości węgla, im więcej węgla tym mniejsza prędkość krytyczna. Stale do hartowania zawierają powyżej 0.4%C.
Ośrodki chłodzące – około 15% NaCl w H2o (najszybciej chłodzi), woda, ośrodki polimerowe, olej, strumień gazu, na wolnym powietrzu.
Hartowność to zdolność stali do tworzenia struktury martenzytycznej. Zależy od: zawartości węgla, dodatków stopowych: Ni, Cu, Al, Si, Mn, Cr, W, Mo, V – zwiększają hartowność. Co – kobalt – zmniejsza hartowność. Wielkość ziarna austenitu – większe – h. większa.

Parametr hartowności: średnica krytyczna [mm], średnica materiału który po zahartowaniu posiada w rdzeniu strukturę półmartenztyczną.
Praktyczne wyznaczanie średnicy krytycznej: Próba Jomini’ego. 50% martenzyt w rdzeniu, 100% martenzyt na zewnątrz. Nagrzewa się próbkę znormalizowaną do temperatury austenityzacji (30-50*C powyżej A3) i chłodzi się próbkę od czoła, następnie mierzy się twardość próbki co 2mm i wyznacza krzywe hartowności.
Odpuszczanie – obróbka cieplna stosowana po hartowaniu martenzytycznym, w celu poprawienia właściwości plastycznych takich jak udarność, wydłużenie i przewężenie.
Odpuszczanie niskie – 150-250*C, w wyniku nagrzania możliwa jest dyfuzja, węgiel dyfunduje z martenzytu -> tworzy węgliki, spada twardość ale i naprężenia hartownicze. Hartowanie + niskie odpuszczanie = utwardzanie cieplne.
Odpuszczanie średnie – 250-500*C, wydziela się Cementyt, struktura Martenzytu i cementytu, jednak w 400* martenzyt przechodzi w ferryt i powstaje Sorbit (mieszanina cementytu i Ferrytu) – sorbit cechuje się wysokimi właściwościami wytrzymałościowymi i plastycznymi.
Odpuszczanie wysokie – powyżej 500*C do 650*C, rozrost cementytu, spadek twardości, rekrystalizacja osnowy. Dobre właściwości plastyczne, przy spadku twardości.
Hartowanie + odpuszczanie średnie/wysokie = ulepszanie cieplne.
Hartowanie powierzchniowe – cel: uzyskanie twardej i odpornej na ścieranie powierzchni, przy zachowaniu ciągliwego rdzenia.
Płomieniowe – wady: trudna kontrola temperatury i głębokości, zalety: bardzo prosta metoda, łatwe ogrzewanie przedmiotów o skomplikowanych kształtach, chłodzenie – woda.
Hartowanie zanurzeniowe – w roztopionych solach.
Indukcyjne – grubość regulowana częstotliwością, temperatura i szybkość nagrzewania regulowana masą prądu. Odległość od powierzchni a struktura – martenzyt, martenzyt + ferryt, ferryt + perlit. Przechodzi płynnie.
Duża szybkość grzania -> dużo zarodków przemiany w austenit -> duże rozdrobnienie ziarna -> duża twardość.
Nagrzewanie wiązką elektronów.
Nagrzewanie laserowe, pokryte czarną pastą na powierzchni, polepsza nagrzewanie. Chłodzenie jest niepotrzebne bo następuje szybkie odbieranie ciepła przez materiał, jednak nierówna twardość materiału.
Przesycanie – obróbka cieplna, której poddawana jest m.in. stal w celu stabilizacji austenitu. Uzyskanie stabilnego austenitu zwiększa odporność stali na korozję. Polega na nagrzaniu stali do temperatury, w której nastąpi przemiana austenityczna, a następnie, tak jak w hartowaniu, szybkie schładzanie. Różnica między hartowaniem a przesycaniem polega na tym, że przy przesycaniu unika się wystąpienia przemiany martenzytycznej. W związku z tym, przesycanie daje się zastosować tylko dla stali, w których początek przemiany martenzytycznej jest niższy od temperatury otoczenia, czyli dla stali wysokowęglowych lub zawierających dodatki stopowe obniżające tę temperaturę i stabilizujących austenit, takich jak chrom.
Starzenie – obróbka cieplna, której poddawany jest wcześniej przesycony stop metali (zazwyczaj stop żelaza). Proces ten powoduje poprawę właściwości wytrzymałościowych i twardości oraz pogorszenie plastyczności. Polega na nagrzaniu stopu przesyconego do temperatury poniżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu. Podczas procesu z roztworu przesyconego wydziela się składnik znajdujący się w nadmiarze w postaci faz drobnodyspersyjnych. Jeżeli proces starzenia zachodzi w temperaturze pokojowej, to nosi nazwę starzenia samorzutnego lub naturalnego.
Połączone procesy przesycania i starzenia określa się wspólną nazwą "utwardzanie wydzieleniowe".
Twardość wtórna – przyrost twardości zahartowanej stali w trakcie odpuszczania w stosunkowo wysokiej temperaturze (500-580*C), od 1 do 3 stopni w skali HRC. Przyczyna: wydzielenie się martenzytu i austenitu szczątkowego, wysokodyspersyjnych węglików stopowych oraz przemiana austenitu szczątkowego w martenzyt.
Dyslokacja – liniowe wady budowy sieci krystalograficznej polegające na nierównomiernym rozmieszczeniu węzłów wzdłuż linii, powstające zarówno podczas krystalizacji jak i w stanie stalym, podczas odkształceń plastycznyc. Krawędziowa, śrubowa, mieszana.
Dyfuzja – proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząstek lub energii w danym ośrodku będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji.
Nadplastyczność – zjawisko dużego odkształcenia plastycznego rzędu 2000% obserwowane w stopach drobnoziarnistych o składzie eutektycznym w temperaturze wyższej od 0.4 Ttopnienia.
Zgniot – zmiany właściwości fizycznych i mechanicznych metalu lub stopu wywołane jego odkształceniem plastycznym na zimno, poniżej 0.4 temp topnienia.
CHARAKTERYSTYKA MATERIAŁÓW:
1. STOPY ŻELAZA:
Tworzenie stopów żelaza, Fe występuje w tlenkach, ok. 5% skorupy ziemskiej. Ruda żelaza.
2-3tony rudy + koks (odgazowany węgiel) 1tona + 6 ton powietrza = 1 tona surówki.
Surówka kwaśna 3-4% węgla, krzem 2-3%, mangan 1-2%, siarka i fosfor 0,04%.
Surówka zasadowa 2.5-3.5% węgla, krzem 1.2%, mangan 0.5-1.5 %, siarka i fosfor – P -2.5%, S – 0.08%. Surówka -> stal, staliwo, +złom+topniki – staliwo.
Stal: to stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami zawierający do 2.11%C i przerobiony plastycznie.

Proces stalowniczy: obniżenie zawartości węgla, zawartości krzemu i manganu, tlen wiąże węgiel.
Wlewek – stal kształt półwyrobu do 2.11%C.
Zanieczyszczenia gazowe lub siarką i fosforem.
Skład chemiczny stali: Fe (żelazo) i C (węgiel) i zanieczyszczenia (S, P, O, N, H) domieszki, zanieczyszczenia metaliczne metalami niskotopliwymi (np. As, Bi).
Domieszki – wszystkie inne pierwiastki które nie są zanieczyszczeniami – pierwiastki do określonej granicy procentowej, np. Cr do 0.3%, po przekroczeniu tej granicy -> stają się dodatkami stopowymi celowo dołączonymi do stali.
Wpływ na właściwość stali:
S – siarka – powyżej 0.1% zawartości tworzy eutektykę (Fe-FeS, FeO), temp topnienia ok. 1000*C (obróbka cieplna stali zaczyna się od 1100*C) eutektyka zaczyna topić się w stali w trakcie obróbki co prowadzi do pękania materiału.
Tworzą się siarczki żelaza na granicach ziaren -> zwiększona kruchość. Skłonność do korozji.
Ograniczenie zawartości siarki: PN 75/H – do 0.05%, PN-EN 2012 do 0.045%.
Mn – 0.4-0.5%, MnS (wtrącenie niemetaliczne) – siarczki manganu tworzą się wewnątrz ziaren, mają kształt kulisty.
P – fosfor – rozpuszcza się w ferrycie do 0.25%, nie tworzy faz miedzymetalicznych tylko roztwór stały. Silne umocnienie – kruchość.
Ograniczenie zawartości fosforu: PN 0.05% PN-EN – 0.045%. Ok. 0.15% odporność korozyjna, umocnienie roztworowe.
O – tlen – obniża wszystkie właściwości, obniża odporność korozyjną, powoduje że stal ulega starzeniu (kruchość po dłuższym czasie) Obniżenie zawartośći tlenu w stali: dodanie krzemu lub aluminium, które wiążą tlen i przy przetopie będą wypływać ze stali.
N – azot – powoduje kruchość ) z powodu umocnienia roztworu stałego ferrytu lub tworzenia azotków)
H – wodór – kruchość wodorowa – pojawienie się przełomu, płatki, zanieczyszczenie. Usuwanie – wyżarzanie przeciwpłytkowe.
Sposoby na zmniejszenie ilości zanieczyszczeń: rafinacja stali, odlewanie ciągłe, obróbka plastyczna na gorąco 1100* do 900*.
1) Kucie, 2( Końcowa obróbka plastyczna: Kucie, walcowanie, przeciąganie.
Stan dostawy stali PN:
-brak – stan surowy.
-R – stan rekrystalizowany
-N – stan normalizowany
-O – stan odprężony
- J – stan ujednorodniony
- Pt – stan po wyżarzaniu przeciwpłytkowym
-Sf – stan sferoidyzowany
-M – stan zmiękczony
- H – stan hartowany
- O – odpuszczony
-T – stan ulepszony cieplnie
-P – stan przesycony
-S – stan starzony (P + starzenie)
- D – stan utwardzony wydzieleniowo (dyspersyjnie)
-V – stan po walcowaniu z kontrolowanym chłodzeniem, wielkośc ziarna 13-14 b. drobne.
Stal – podział stali. Według PN:
- węglowe – Fe + C + zanieczyszczenia, - stopowe - +domieszki + dodatki stopowe.
- konstrukcyjne - narzędziowe specjalne - zwykłej jakośći SP <0.05%, wyższej jakości SP <0.04%, najwyższej jakości SP <0.03%.
- uspokojone – nieuspokojone.
Uspokajanie stali - końcowy proces wytopu stali, polegający na odtlenianiu w celu zmniejszenia wydzielania gazów podczas krzepnięcia we wlewnicy. Stal uspokojona jest odtleniona w taki sposób, by podczas krzepnięcia proces wydzielania gazów był całkowicie wyeliminowany. Proces ten polega na dodaniu w końcowej fazie żelazo-krzemu, glinu, manganu lub krzemu.
Wg PN- EN
- niestopowe (jakościowe SP do 0.045% i specjalne SP 0.035%)
-stopowe (specjalne – narzędziowe, łożyskowe, konstrukcyjne, o spcjalnych właściwościach fizycznych.) jakościowe – drobnoziarniste i nierdzewne (żaroodporne i żarowytrzymałe)
Żaroodporność - zdolność materiału do przeciwstawienia się korozji gazowej w podwyższonych temperaturach. W celu zwiększenia żaroodporności stali stosuje się dodatki stopowe takie jak: chrom, krzem i aluminium.
Żarowytrzymałość - odporność stopu na odkształcenia, zdolność metali i stopów do przenoszenia krótko- lub długotrwałych obciążeń (stałych lub zmiennych) w wysokiej temperaturze.
Spawalność – zdolność stali do utrzymywania złącza spawanego o właściwościach identycznych lub bardzo zbliżonych do właściwości łączonego materiału.
1. Stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości HSLA: - drobnoziarniste, - spawalne do 0.24%C, -walcowanie kontrolowane, - blokowanie ruchu granic ziaren, - mangan umacnia roztworowo, - wyższa czystość. Równoważnik węgla – do 0.4% spawalne, 0.4-0.46% trudno spawalne, ponad 0.46% niespawalne.
2. Stale na łożyska toczne: - dobra wytrzymałość zmęczeniowa, - odporność na duże naciski, - odporność na odkształcenia sprężyste, - odporność na pękanie, - odporność na ścieranie, - stabilność wymiarowa, - drobne ziarno, - wysoka czystość, -62-65HRC, - ŁH15, ŁH15SG, -0.9-1.1%C, 1.5%Cr, 1%Mn, 0.9%Si, H830-860*C -> olej -> martenzyt + cement sf + aust szczątkowy, -O 160* -> martenzyt odpuszczony + cem. sfe + aust. szczątkowy + węglik E.
3. Stale sprężynowe: - odporne na zmienne naprężenia, - odporne na zmęczenie, - wysoka granica sprężystości, - wysoka udarność,
-0.5-0.7%C, <2.6%Si, <1%Mn, 1%Cr, 0.5-1%V. 5OSi, 6OSGH. – hartowanie 800-860*C i odpuszczanie 380-480*C na bainit.
4. Stal Hadfielda: - specjalne właściwości mechaniczne, - odporna na ścieranie, - na płytki gąsienic, elementy toczne pojazdów szynowych, - 1.2-1.4%C, 12-14%Mn, 1%Si, -Stal ta charakteryzuje się bardzo dużą skłonnością do umocnienia podczas pracy, gdyż pod wpływem zgniotu tworzą się w niej mikrobliźniaki, - 500HB, - bardzo trudna obróbka plastyczna. – X120MnSi12.
STALE NIESTOPOWE O SPECJALNYM PRZEZNACZENIU:
1. Stale na szyny kolejowe: - odporne na ścieranie, odporne na zmęczenie, - odporne na pękanie, - odporne na pękanie w niskich temperaturach, - 0.6-0.7%C, 0.04%S,P. St70P, St70PB. wyżarzanie normalizujące ->perlit + ferryt, hartowanie – martenzyt.
2.Stale na obręcze – odporność na pękanie, -odporność na ścieranie, - odporność na pękanie w niskich temperaturach, - S,P max 0.04%, C -0.57-0.65%, Mn – 0.6-0.9%, Al – 0.2%, Cr – 0.3%, V – 0.05%, Ni – 0.3% - zwiększa właściwości plastyczne, obniża temperature kruchości. – Obróbka – ulepszanie cieplne (H800-840*C, w wodzie – odpuszczanie wysokie 480-600*C., lub hartowanie izotermiczne -> sorbit -> bainit.
STALE O SPECJALNYCH WŁAŚCIWOŚCIACH:
1. Stale automatowe – dobra skrawalność, - kruchy wiór, skład: do 0.35%S, 0.11-0.15%P, 0.11-0.4%C, ok. 1%Mn, 1-2%Pb- ołów – nie tworzy roztworu stałego w żelazie, nie tworzy faz międzymetalicznych, występuje w żelazie w stanie metalicznym, podkładki, śruby, nakrętki, kołki, Najlepiej skrawalna struktura jest po wyżarzaniu sferoidyzującym. A10X, A35, A45.
2. Żelazo ARMCO, EO4J (J – Al), rodzaj technicznie czystego żelaza (miękka stal, ok. 0,1% domieszek) otrzymywanego metodą metalurgiczną. Charakteryzuje się dużą plastycznością i znaczną odpornością na korozję. Ma korzystne własności magnetyczne - dużą przenikalność magnetyczną, małe straty przez histerezę. Stosuje się go m.in. do wyrobu blach transformatorowych, uszczelek, tygli do wytopu cynku. Nazwa armco jest skrótem nazwy firmy American Rolling Mill Company, która pierwsza rozpoczęła jego produkcję.

Pierwiastki węglikotwórcze: Mn, Cr, V, Ti, Mo, Nb. Dodatki stopowe niewęglikotwórcze: W, Ta, Co, Ni, Cu, Pb, Al, Si, B.
Zanieczyszczenia: C, N, S, P.
Stale stopowe – lepsze właściwości (droższe). Rm rośnie, to konstrukcja będzie lżejsza, bo mniej materiału.
1. Stale MARAGING – stale martenzytyczne starzone, najwyższa wytrzymałość: Rm, Re, H.- dobre właściwości plastyczne, KC, A, Z.
S do 0.01%, O do 0.01%, P do 0.01%, N do 0.01%, C do 0.09%, Mn do 0.1%. Dodatki stopowe: Ni do 18%, Co do 20%, Mo do 10%, Cr do 15%, Ti do 1.6%, Al. do 0.015%., hartowane 800*C -> martenzyt niklowy przesycony dodatkami stopowymi. Bezwęglowy 29-40HRC.
Odpuszczanie 450-500*C, kilka godzin, zachodzi starzenie - wydzielenie faz międzymetalicznych z roztworu przesyconego, wzmocnienie dyspersyjne poprzez dyspersję wydzielenia faz międzymetalicznych. Wystepuje w nich czasem Prazeodym – który wiąże tlen, zamiast Si który powodowałby kruchość. Wysoka wytrzymałość, a także odporność na pracę w wysokich temperaturach, nawet do 600*C.
Stale odporne na korozję: nierdzewne, żaroodporne, żarowytrzymałe.
Korozja:
Chemiczna – utlenianie: metal + O2 -> tlenek, pasywacja(Al., Zn, Cr, ni, Ti, Cu).
Elektrochemiczna – w wyniku różnicy potencjałów. Potencjał elektrochemiczny:
Li -> Mg -> Al -> Fe -> Cr -> Ni -> Cu -> metale szlachetne (platyna, złoto, srebro)
Ochrona przed korozją:
Ochrona anodowa z warstwą Al. i Zn (stal + katoda, warstwa Al. i Zn – Anoda.)
Ochrona katodowa z warstwą Cr i Ni (Stal – anoda, warstwa Cr i Ni – katoda) Chodzi o różnice potencjałów elektrochemicznych.
STALE NIERDZEWNE:
1. Struktura jednofazowa: stale ferrytyczne, austenityczne, martenzytyczne.
2. Warstwa pasywna – Cr.
3. Wysoki potencjał elektrochemiczny – Cr, w ilości 13% znacząco wzrasta potencjał elektryczny a także ubytki korozyjne ulegają znaczącemu zmniejszeniu, powyżej 13% Cr i do 0.4%C.
1. Stale Ferrytyczne: Cr – jest ferrytotwórczy, od t. otoczenia do t. solidus – Ferryt. –niemożliwe wyżarzanie normalizujące.
np. X5Cr13 – 13%Cr, X3Cr17 -17%Cr, - odporne na utlenianie i słabe kwasy. 130-140HB.
2. Stale Martenzytyczne: 0.2-0.4%C i 13%Cr. Hartowanie w 1050*C, chłodzenie w oleju -> martenzyt do 57HRC,
O 400-500*C -> martenzyt odpuszczony do 50HRC. np. X20Cr13 lub X46Cr13

3. Stale Austenityczne, dodatki austenitotwórcze: Ni, Co, Mn.
Cr 18%, Ni 8-9%. 200-220HB. Występują węgliki stopowe typu M23C6. W 500-800*C nastepuje wydzielanie węglików, Cr dyfunduje do granic ziaren.
Korozja międzykrystaliczna - W stopach austenitycznych w których odporność korozyjna uzyskana jest za pomocą dodatku chromu, korozja międzykrystaliczna jest często spowodowana wytrącaniem węglików chromu na granicy międzyziarnowej. Prowadzi to do powstania stref zubożonych w chrom i związany z tym lokalny spadek odporności na korozję. Dyfuzja chromu prowadząca do takiego wytrącania możliwa jest w podwyższonych temperaturach (np. w czasie spawania).
Zapobieganie korozji międzykrystalicznej:
- Obniżenie zawartości węgla do 0.03%C. – dodatek pierwiastka silnie węglikotwórczego (Ti, Nb ok. 0.5% do 1%)
- przesycenie stali 1000*C/woda – austenit bez węglików. – wyżarzanie 500-800*C – istnieją węgliki – dyfuzja Cr do strefy zubożonej.
X2CrNiMoTi25-20-2 odporna na korozję międzykrystaliczną.
STALIWA:
- niestopowe – zawierają tylko zanieczyszczenia i domieszki – duże liczby Re i Rm. Ok. 0.25%C – ferryt + perlit, Ferryt Widmanstattena, iglasty, pogorszone właściwości plastyczne -> wyżarzanie normalizujące.
Mn: 1-1.5%, Si – 0.6%, S,P – 0.035%.
Miedź:
Miedź ma gęstość 8,96 g/cm³ i temperaturę topnienia 1084,45 °C. Po wytopie i oczyszczeniu jest miękkim metalem o bardzo dobrym przewodnictwie cieplnym i elektrycznym.
Cu-Zn – mosiądze.
Roztwory różno węzłowe, faza alfa – roztwór stały cynku w miedzi A1.
Faza beta (twarda i krucha) – roztwór stały o nieuporządkowanych atomach w A2.
Faza beta’ (miękka) – roztwór stały cunku lub miedzi w fazie międzymetalicznej CuZn A2.
Brązy: Stopy miedzi z czymś innym niż cynk. np. brązy cynowe lub aluminiowe.
Aluminiowe – punkt eutektoidalny 11.8% Al.
Cu-Mn – brązy manganowe. 5-6%Mn – roztwór stały Alfa Mn w Cu. Izabelin CuMn13Al13, Manganin CuMn12Ni3.
- do obróbki plastycznej na zimno i gorąco, zawierają dodatki Ni, Si, Al.
-Stop Heuslera (tak się nazywa stopy, których składniki w czystej postaci nie wykazują ferromagnetyzmu) 20%Mn i 9%Al
-Na łopatki turbin i na śruby okrętowe CuMn13Al8Fe9Ni2.
Miedzionikle (Do 40%Ni)
- do obróbki plastycznej -> struktura roztworu Alfa. – Odporne na korozję, - na monety dwukolorowe. Np. melchia CuNi30Mn1Fe.
-Konstantan CuNi44Mn1.
Brązy berylowe (Do 2.1% Be):
-najwyższa wytrzymałość, 300HV, - Rm do 1250MPa, -odporność korozyjna, - odporność na ścieranie, - dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, - brak iskrzenia przy uderzaniu. np. CuBe2, lub CuCo2Be.
Aluminium: Aluminium krystalizuje w sieci A1, a więc cechuje się dużą plastycznością. Temperaturę topnienia 660,4 °C. Mała gęstość 2,7 g/cm3 (3 razy mniejsza niż żelaza) kwalifikuje ten metal do grupy metali lekkich. Aluminium cechuje się dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym (gorszym jednak niż miedź), stąd jego zastosowanie na przewody elektryczne. Na powietrzu pokrywa się cienką warstwą Al2O3, która chroni je przed dalszym utlenianiem (pasywacja).
-Do obróbki plastycznej: struktura Alfa + fazy międzymetaliczne, umacniane wydzieleniowo.
-Odlewnicze: eutektyka.
Beryl:
A3 -> 1250*C -> A2 -> 1287*C temp topnienia.
gęstość: 1.844 g/cm3 – zatem największa wytrzymałość właściwa.
A3 Rm: 240-300Mpa, A 1-2%.
A2 Rm: 500-700MPa, A 7-10%.
Stopy Be-Al. (24-43%Al) + Mg, Ag
Stopy Be-Ag (do 60% Ag) + Li,La.
Tytan:
gęstość: 4.5g/cm3, Rm w funkcji czystości: 250-580 MPa. O, C, N, H – podnoszą Rm.
A3 -> 882*c -> A2. –Ulega pasywacji, -odporny na korzję, -brak odporności na ścieranie.
Struktura Alfa – Ti-5Al-2.5Sn. Rm – 1000Mpa
Struktura Alfa i beta – Ti-6Al-4V.
Hartowanie 800-900*c -> Martenzyt (podobnie jak w stali, ale nie ma aż takiego znacznego umocniania), Odpuszczanie 400-500*C -> Alfa i beta dyspersyjne. Rm do 1500 MPa.
Struktura Alfa i Beta: Ti 6Al-6V.
P 800-900*C – przesycony roztwór beta. Starzenie -> B i alfa dyspersyjne, Rm do 1500MPa.

Cyna:
gęstość: 7.397g/cm3. Tt = 232*C. W temperaturze pokojowej Sn Beta -> sieć tetragonalna -> 5HB.
13.2*C – SnAlfa – A4 – krucha.
Stopy cyny:
*stopy lutownicze.
*Stopy łożyskowe (babbity) – na łożyska ślizgowe, dobre przewodnictwo cieplne, dobra smarowność -> struktura dwufazowa.
Ł83, Ł6 – cyna zastąpiona ołowiem, Ł16 – Pb + Sn + Sb(antymon) + Cu.
Ceramika: związki metal + niemetal.
-Szkło, szkło okienne (krzem + tlen) SiO2 – szkło kwarcowe, jest częściowo ciałem amorficznym.
-Struktura amorficzna; wiązania kowalencyjne – jonowe,
- kruchość, wytrzymałość na ściskanie ale nie rozciąganie. Tlenek wapnia i tlenek sodu w szkle okiennym – cel obniżenie temperatury mięknięcia, a PbO – dobre własności optyczne.
- metale: aluminium, krzem, tytan, niemetale: azot, węgiel, tlen, bor.
-Spiekanie – metalurgia proszkowa. Z ceramiki wytwarzanej w procesie spiekania wykonuje się m.in. płytki do kamizelek kuloodpornych, ogniwa paliwowe, żarna młynków, tarcze i klocki hamulcowe, zawory, ostrza i noże kuchenne, świece zapłonowe, pręty do rektorów jądrowych czy nadprzewodniki. Proszki ceramiczne (np. tlenek cyrkonu) prasuje się do żądanego kształtu i wystawia na działanie ciepła.
1. Ceramika Tlenowa (biała): oparta na Al2O3, odporność chemiczna i na wysokie temperatury, mała gęstość (3-4g/cm3), odporność na ścieranie, mała udarność, brak odporności na zmęczenie, skłonność do pękania, niska przewodność cieplna, skład: Al2O3 – odmiana alotropowa Alfa. + inne tlenki np. MgO – ograniczenie rozrostu ziarna.
2. Ceramika Azotkowa: azotek krzemu, Beta Si3N4. Może być jeszcze Y2O3 twardość 20*C – 2150HV, Tw. w 1000*C – 1380HV.
Trwałość wyższa, niż ceramika tlenkowa, lepsza przewodność cieplna, mały współczynnik rozszerzalności pielnej.
Sialon – Si, Al., O, N, na bazie Al2O3 d 60% rozpuszcza się w Beta Si3N4. Spiekanie 1750-1850*C. Tt obniżona po dodaniu tlenku itru. możliwa faza szklista – obróbka cieplna w 1400*c. Si5AlOn7 + YSiAlON (faza szklista). w tzw. sialonach (sialon= ceramika zawierajca oprócz atomów Si oraz N, dodatkowo atomy Al oraz O, tworząc związek Si2AlON3, którego litery czytane kolejno tworzą nazwę ceramiki), faza szklista na granicach ziaren ma posta wstpnie utlenioną, toteż w wysokich temperaturach, powyej 1100°C, nie może zachodzi dodatkowe utlenienie; z tego powodu moliwe jest stosowanie tej ceramiki nawet w temperatu- rach dochodzących do 1100-1300°C.
3. Ceramika Węglikowa (czarna) – materiały supertwarde, twardość do 6000HV, krystalizuje w sieci diamentu A4, lite materiały do fi 38mm, diament – odmiana alotropowa węgla krystalizująca w sieci A4, naturalny rzadko, częściej synetyczny, kryształy w osnowie metalowej np. na tarczach diamentowych. Ceramika wglikowa SiC jest wytwarzana z krzemionki w atmosferze wgla (pocho- dzi z przerobu ropy naftowej) w temperaturze z zakresu 1600-2500°C. Otrzymany po zmieleniu proszek SiC – o wielkoci ziarna na ogół poniej 1 µm – wraz z dodatkiem ok. 1% wglika boru (B4C), jest spiekany cinieniowo (tzw. ceramika HPSiC).
POLIMERY:
niska gęstość, od 0.92-2 g/cm3. Odporność korozyjna, izolatory prądu i ciepła, niska wytrzymałość, brak odpornośći na wysokie temperatury.
Termoplasty - tworzywo sztuczne, które w określonej temperaturze i ciśnieniu zaczyna mieć własności lepkiego płynu. Tworzywa termoplastyczne można kształtować przez tłoczenie i wtryskiwanie w podwyższonej temperaturze a następnie szybkie schłodzenie do temperatury użytkowej. Można je przetwarzać kilkakrotnie w przeciwieństwie do duroplastów.
Duroplasty – termoutwardzalne, chemoutwardzalne.
Elastomery - to polimerowe tworzywa sztuczne lub naturalne, które cechuje zdolność do odwracalnej deformacji pod wpływem działania sił mechanicznych, z zachowaniem ciągłości ich struktury. Elastomery to szersza grupa materiałów niż gumy, które stanowią tylko jedną z klas elastomerów.
1. Polimeryzacja – łączenie monomerów tej samej substancji: temperatura + ciśnienie + katalizator.
2. Poliaddycja – łączenie różnych monomerów: temperatura + ciśnienie + katalizator.
3. Polikondensacja – łączenie monomerów + produkt uboczny (np. woda, metanol).
Generalnie ciała amorficzne, posiadające procent krystaliczności. Wiązania atomowe są silne, jednak wiązania siłami Van Der Waalsa między łańcuchami są słabe.
Sieciowanie – uporządkowanie atomów i wiązań atomowych. Wzrost Rm – wytrzymałości na rozciaganie.
Polietylen: twardy i miękki.
twardy: Rm: 20-40 MPa, A – 15-130%, gęstość: 0.96g/cm3, Tt 137*C
miękki: Rm: 5-20MPa, A – 50-800%, gęstość: 0.92g/cm3, Tt 115*C.
PVC – polichlorek winylu.
Rm – 35-60MPa, A 2-100%, gęstość: 1.4g/cm3, Ttop – 200*C.
Polistyren – Rm 22-55MPa, A – 1-60%, gęstość 1.06g/cm3.
Poliglas – Rm 40-80MPa, A – 2-5%, gęstość 1.22g/cm3.
Teflon – Rm 15-50MPa, A – 100-400%, gęstość 2.7g/cm3, Ttop 327*c.
Kompozyty:
2 materiały o różnych właściwościach, metal – metal, metal –ceramika, metal –polimer, ceramika – polimer, ceramika-ceramika, polimer-polimer.
Zbrojenie – mat. o wysokich właściwościach wytrzymałościowych i osnowa – mat. o wysokich właściwościach plastycznych.
Istotny jest kształt zbrojenia, kompozyty umocnione włóknami, cząstkami lub kompozyty warstwowe (laminaty).
Anizotropia w wzmacnianych włóknami i warstwowych.
Izotropia we wzmacnianych cząstkami.
1. Włókno szklane: 2. Włókno grafitowe 3. Włókno węglowe”
Rm 1500MPa, 2.55g/cm3. Rm 2150MPa, 1.5g/cm3 3000MPa.
4. Włókno boru: 5. Kevlar:
Rm 3000Mpa, 2.36g/cm3 2640MPa, 1.44g/cm3
Grafit ma stałą wytrzymałość rzeczywistą, reszcie spada wraz z temperaturą.
cząstki o wysokiej twardości, miękka osnowa np. SiC – stop Al, BeO – Be, Al2O3 – stal nierdzewna ferrytyczna,
Dyspersyjne – zwiększają twardość.
Dodatek stopowy - metal lub inna substancja dodana w niewielkich ilościach do stopu w celach modyfikacji pewnych jego charakterystyk. o najczęściej stosowanych dodatków w stalach zalicza się:
nikiel
Obniża temperaturę przemiany austenitycznej oraz prędkość hartowania. W praktyce ułatwia to proces hartowania i zwiększa głębokość hartowania. Nikiel rozpuszczony w ferrycie umacnia go, znacznie podnosząc wytrzymałość na uderzenie. Dodatek niklu w ilości 0,5% do 4% dodaje się do stali do ulepszania cieplnego, a w ilościach 8% do 10% do stali kwasoodpornej. W symbolach stali dodatek niklu oznacza się literą N.
chrom
Powoduje rozdrobnienie ziarna. Podwyższa hartowność stali. Zwiększa jej wytrzymałość. Stosowany w stalach narzędziowych, konstrukcyjnych i specjalnych (nierdzewnych lub żaroodpornych). W tych ostatnich nawet w ilościach do 30%. W symbolach stali dodatek chromu oznacza się literą H.
mangan
Obniża temperaturę przemiany austenitycznej, a przy zawartości powyżej 15% stabilizuje i umożliwia uzyskanie struktury austenitycznej w normalnych temperaturach. Już przy zawartościach 0,8% do 1,4% znacznie podwyższa wytrzymałość na rozciąganie, uderzenie i ścieranie. W symbolach stali dodatek manganu oznacza się literą G.
wolfram
Zwiększa drobnoziarnistość stali, powiększa wytrzymałość, odporność na ścieranie. Duży dodatek wolframu 8% do 20% zwiększa odporność stali na odpuszczanie. W symbolach stali dodatek wolframu oznacza się literą W.
molibden
Zwiększa hartowność stali. Podnosi wytrzymałość i zmniejsza kruchość, oraz podnosi odporność na pełzanie. W symbolach stali dodatek molibdenu oznacza się literą M.
wanad
Zwiększa drobnoziarnistość stali i znacznie powiększa jej twardość. Zwiększa hartowność stali. Tworzy trwałe węgliki typu MC. W symbolach stali dodatek wanadu oznacza się literą V (F).
kobalt
Zwiększa drobnoziarnistość stali i znacznie powiększa jej twardość. Jako jedyny pierwiastek zmniejsza hartowność. Nie tworzy węglików. W symbolach stali dodatek kobaltu oznacza się literą K.
krzem
Normalnie traktowany jako niepożądana domieszka, zwiększa kruchość stali. Staje się pożądanym składnikiem w stalach sprężynowych. Ze względu na fakt, że zmniejsza energetyczne stany prądowe w stali, dodaje się go w ilościach do 4% do stali transformatorowej. W symbolach stali dodatek krzemu oznacza się literą S.

tytan
W symbolach stali dodatek tytanu oznacza się literą T Dodatek do stali kwasoodpornych.
niob
Stosuje się jako mikrododatek w stali. Tworzy węgliki typu MC. W symbolach stali dodatek niobu oznacza się literą Nb.
glin (aluminium)
Odtlenia stal i zawsze znajduje się w stali uspokojonej. W symbolach stali dodatek aluminium oznacza się literą A.
miedź
Posiada podobne właściwości fizyczne jak czyste żelazo, lecz jest znacznie bardziej odporna na korozję. Miedź jest pożądany
dodatkiem i jej zawartość systematycznie wzrasta, wraz z użyciem stali złomowej przy wytapianiu nowej stali. W symbolach stali dodatek miedzi oznacza się literą Cu.