sciaaga 1 1

Materiały w pojęciu technicznym- ciała stałe o własnościach umożliwiających ich stosowanie przez człowieka do wytwarzania produktówPodział materiałów o znaczeniu technicznym:-Materiały naturalne (wymagające jedynie nadania kształtu do technicznego zastosowania)-Materiały inżynierskie (nie występujące w naturze lecz wymagające zastosowania złożonych procesów wytwórczych do ich zastosowania)PRZYKŁADY MATERIAŁÓW NATURALNYCH-Drewno, niektóre kamienie, skały i minerałyPODSTAWOWE GRUPY MATERIAŁÓW INZYNIERSKICH

-metale i ich stopy-materiały ceramiczne i szkła-polimerykompozytySzerokie zastosowanie znalazły stopy metali jak-stopy żelaza (stale i żeliwa)-stopy miedzi (brązy i mosiądze)-stopy aluminium (durale i siluminy)-stopy niklu i tytanuMateriały stosowane w technice konstrukcyjne zwielokrotniające sile ludzkich miesni, funkcjonalne zwielokrotniające możliwości umysłuMetale i ich stopy charakteryzują się dużą:-sztywnością-ciągliwością (zdolnością do odkształceń trwałych)-odpornością na obciążenia dynamiczne-dobrym przewodnictwem elektrycznym i cieplnym

-„połyskiem metalicznym”MATERIAŁY CERAMICZNE I SZKŁA Materiały ceramiczne to materiały otrzymywane z substancji nieorganiczno niemetalicznych o wysokiej trwałości termicznej. ( ceramika inżynierska, porowata i szklana, szkło i cermetale) Większość materiałów ceramicznych to tlenki lub związki chemiczne metali z takimi pierwiastkami jak: C, N, P i SPodstawowe składniki materiałów ceramicznych to tlenki:-aluminium (Al2O3)-krzemu (SiO2-magnezu (MgO)-węglik krzemu (SiC)-azotek krzemu (Si3N4)- charakteryzują się małym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym-Ich wytrzymałość, a szczególnie zdolność do przenoszenia obciążeń ściskających jest dość dobra - ich ciągliwość i odporność na obciążenia dynamiczne niska- odporne na korozję (utlenianie)-ze względu na wysokie temperatury topnienia charakteryzują się bardzo dobrą odpornością w wysokich temperaturach (temperatura topnienia Al2O3 wynosi 2020°C)Materiały ceramiczne są odporne na utlenianie,. spólną cechą metali i materiałów ceramicznych w skali atomowej to: budowa krystaliczna (regularne i powtarzalne ułożenie atomów)Wiele materiałów o składzie chemicznym materiałów ceramicznych mogą mieć również strukturę niekrystaliczną (atomy są ułożone w sposób nieregularny).Polimery – nazywane tworzywami sztucznymi lub platikami, są materiałami organicznymi, złozonymi ze związków węgla. Są tworzone przez C, H i inne pierwiastki niemetaliczne z prawego gornego rogu układu okresowego. Polimery są makrocząsteczkami i powstają w wyniku połączenia wiązaniami kowalencyjnymi w łańcuchy wielu grup atomów zwanych monomerami.Materiały kompozytowe są połączeniami 2 lub wiecej odrębnych i nierozpuszczających się w sobie faz, z których każda odpowiada innemu podstawowemu materiałowi inżynierskiemu, zapewniającymi lepszy zespół właśności i cech strukturalnych od właściwych dla każdego z materiałow składowych oddzielnie. Kompozyty są zbudowane z osnowy lub lepiszcza(faza w której są składniki wzmacniając) wzmocnienia ( wprowadzenie pod różną postacią jako wysokowytrzymały materiał zbrojeniowy) Osnowa(przenosi zewnętrzne naprężenia, decyduje o właściwościach cieplnych i chemicznych, utrzymuje wzmocnienie w określonym skladzie, wypelnia objetosc wyrobu) Materiały kompozytowe ze względu na osnowe metalowa, polimerowa i ceramiczna.WŁASNOŚCI MECHANICZNE-moduły sprężystości moduł Younga naprężenie normalne prostopadłe do przekroju poprzecznego do odkształcenia liniowego w kierunku wzdłużnym)-granica plastyczności-wytrzymałość na rozciąganie-odporność na pękanie-twardośćciągliwość Zachowanie się pod wpływem obciążeń:a)dynamicznych (udarnością)b)wytrzymałością zmęczeniową (zmieniających się cyklicznie)c)wysokich temperatur (wytrzymałość na pełzanie)WŁAŚCIWOSCI – technologiczne(podatność materialu na obróbkę), fizyczne ( o wykorzystaniu materiału w określonych warunkach) cieplne (zmiany właściwości materiału przy wzrposcie temp) elektryczne (zachowanie materiałow stos. W elektrotechnice i elektronice) magnetyczne (zach. Mat. W polu magn.) chemiczne (Zach. Mat w określonych war. Chemicznych) uzytkowe (cechy przydatności materiału do określonego zastosowania.STRUKTURA MATERIAŁÓWRozpatrywana na kilku poziomach:-najniższy poziom to struktura pojedynczego atomu lub atomówliczba i rozmieszczenie elektronów wokół jądra atomów na rodzaj wiązania chemicznego (własności elektryczne, cieplne i optyczne, w pewnym stopniu na własności mechaniczne i magnetyczne)-następny poziom dotyczy rozmieszczenia atomów w przestrzeni:w metalach i wielu materiałach ceramicznych i w niektórych polimerach atomy są ułożone względem siebie w sposób regularny i powtarzalny

niektóre materiały ceramiczne i większość polimerów nie mają jednak uporządkowanego ułożenia atomów a szereg ich zachowań jest odmiennych od kryształów MATERIAŁY KRYSTALICZNEW materiałach krystalicznych istnieją zawsze różnego rodzaju zaburzenia w rozmieszczeniu atomów- nazywane defektami sieciowymi lub struktury krystalicznejIch obecność wywiera istotny wpływ na własności, a w szczególności własności mechaniczne-Materiały krystaliczne są zwykle zbudowane z małych (najczęściej i wielkości 10-100μm) kryształów nazywamy ziarnami

-Większość materiałów składa się z więcej niż jednej fazy

WYKŁAD 2

-Elektrony otaczające jądro atomu mogą zajmować tylko ściśle określone stany energetyczneWIĄZANIA JONOWE:

Wiązania jonowe- polegają na elektrostatycznym przyciąganiu się jonów odmiennego znakuSą one rezultatem przechodzenia elektronu lub elektronów od jednego atomu do drugiegoWiązanie jonowe jako rezultat elektrostatycznego przyciągania między jonami przeciwnych znakówWIĄZANIA METALICZNEJeżeli metal przechodzi ze stanu pary w stan ciekły lub stały to słabo związane z jądrem atomu elektrony walencyjne przestają należeć do poszczególnych atomów i stają się elektronami swobodnymi

-W kryształach metali węzły sieci krystalicznej są obsadzone przez kationy, natomiast zdelokalizowane elektrony wartościowości poruszają się podobnie jak cząsteczki substancji w stanie gazowym

-Z tego powodu mówi się, że elektrony wartościowości tworzą gaz elektronowy lub chmurę elektronów

-Wysoką przewodność elektryczną metale zawdzięczają gazowi elektronowemu o dużej ruchliwości

WYKŁAD 4

Żelazo występuje w dwóch odmianach alotropowych:-do temperatury 912°C-oraz od temperatury 1394°C do temp. topnienia 1538°Ca)Gdy Struktura krystaliczna żelaza jest regularna przestrzennie centrowana (RPC, C12, A2)

To Żelazo o takiej strukturze krystalicznej: to żelazo α Roztwory na osnowie żelaza α są nazywane ferrytem i często oznaczane α b)W zakresie temp.912-1394°C struktura krystaliczna żelaza jest regularna ściennie centrowana (RSC, CF4, A1)Roztwory na osnowie żelaza o takiej strukturze krystalicznej to: austenit i oznaczane γ, zaś żelazo jest nazywane żelazem γ W stopach żelaza zarówno w przypadku ferrytu i austenitu występują dwa rodzaje roztworów:-roztworów międzywęzłowe-roztwory substytucyjne

Promienie atomowe żelaza i pierwiastków tworzących z żelazem roztwory międzywęzłowe są następujące: Fe-α-124pm, Fe-γ-127pm, C-77pm, N-71 pm, B- 97 pm, H- 46 pm i O – 60 pmROZTWORY MIĘDZYWĘZŁOWE I SUBSTYTUCYJNE-Pierwiastki takie jak: C, N, B, H i O tworzą z żelazem α jak i γ roztwory międzywęzłowe-Roztwory substytucyjne tworzą pozostałe pierwiastki jeżeli są rozpuszczalne w żelazie

-Ułożenie atomów w strukturze krystalicznej żelaza α jest luźniejsze niż w strukturze krystalicznej żelaza γ -Stosunek objętości atomów do objętości w jakiej się one znajdują nazywamy stopniem wypełnienia przestrzeni przez atomy:-w żelazie α=0,68-w żelazie γ=0,74 RÓŻNICE W GĘSTOŚCI UŁOŻENIA ATOMÓW W AUSTENICIE I FERRYCIE-Powoduje, ze podczas przemiany żelaza γ o większej gęstości w żelazo α o gęstości mniejszej, wzrost objętości o ok. 1%-Ze względu na gęstsze ułożenie atomów w austenicie niż w ferrycie- szybkość dyfuzji w austenicie jest mniejsza niż w ferrycie w tej samej temperaturze- współczynnik samodyfuzji żelaza w Fe-α jest około 100 razy większy niż w Fe-γ POŁOŻENIE LUK W KOMÓRKACH ELEMENTARNYCH ŻELAZA α i ŻELAZA γWNIOSKI

-W obu rodzajach struktur krystalicznych żelaza atomy pierwiastków tworzących roztwory międzywęzłowe zajmują luki oktaedryczne -W żelazie γ luki oktaedryczne są symetryczne (znajdujące się w nich atomy składnika rozpuszczonego powodują jedynie zmianę objętości komórki)-W żelazie α luki oktaedryczne nie są symetryczne (luka jest w jednym kierunku znacznie mniejsza niż w dwóch pozostałych)-Austenit stabilny w wysokiej temperaturze charakteryzuje się względnie dużą rozpuszczalnością węgla-Ferryt stabilny w niskiej i wysokiej temperaturze charakteryzuje się znacznie mniejszą rozpuszczalnością atomów międzywęzłowych (ze względu na mniejsze luki oktaedryczne między atomami żelaza w strukturze krystalicznej ferrytu)-W temperaturze przemiany eutektoidalnej (727°C) rozpuszczalność węgla w austenicie jest 35 razy większa niż w ferrycie

-Duża różnica w rozpuszczalności oraz duże zniekształcenie struktury krystalicznej RPC przez atomy międzywęzłowe ma bardzo duże znaczenie praktyczne-Podczas chłodzenia austenitu z temperatury jego stabilności do temperatury, w której przestaje być stabilny, tworzy się mechanizmem dyfuzyjnym (ferryt staje się ubogi w węgiel oraz węgliki)

-Znaczne różnice w rozpuszczalności węgla w ferrycie i w austenicie oraz bardzo duże umocnienie w roztworze ferrytu atomami węgla są wykorzystane do zwiększenia wytrzymałości stali przez obróbkę cieplną

WYKŁAD 3

Wukładzie regularnym rozroznia się dwie odmiany złożone: siec układu regularnego przestrzennie centryczna, siec układu regularnego plasko centryczna. W układzie regularnym krystalizuje większość znanych metali ( żelazo, glin, nikiel, miedź, srebro) – plasko centryczna, METALE występujące w postaci regularnej plasko centrycznej oznaczaja się dobra plastycznością. Metale majace siec tetragonalna o podstawie kwadratowe o boku a wysokości c odznaczaja się niska temp. krzepniecia i mala wytrzymałością(cyna biała)Czysty metal podczas chłodzenia osiągnie w pewnej chwili temperaturę w której rozpocznie się krzepnięcie, powstanie wówczas pewna liczba drobnych kryształow, które w miarę upływu czasu będą się powiększać, aż wreszcie zajmą całą objętość naczynia. Pierwsze atomy, które zajęły w cieczy uporządkowwane względem siebie położenia nazywamy osrodkami krystalizacji, istnieja pewne uprzywilejowane kierunki rozchodzenia się ciepła( w tych kierunkach będą rozchodziły się kryształy) dendryty. Liczba ośrodków krystalizacji zależy od stopnia przechłodzenia cieczy w fazie chłodzenia.Podstawowym źródłem żelaza w procesie wytwarzania stali są rudy żelaza i złom stalowyW zależności od pochodzenia żelaza wyróżnia się:-huty o pełnym cyklu produkcyjnym (huty zintegrowane) gdzie żelazo pochodzi głównie z rudyżelazo w rudzie występuje w postaci tlenków (redukcja tlenków do metalicznego żelaza)redukcja tlenków do metalicznego żelaza realizowana jest przy użyciu węgla (C) w piecu szybowym (wielki piec)Źródłem węgla w wielkim piecu jest koks lub paliwo zastępczeWęgiel, który służy do redukcji tlenków żelaza jest także paliwem, prócz tego dostarcza się tlen z powietrzemPOJĘCIE SURÓWKIProduktem wielkiego pieca: surówka (zawiera więcej węgla niż stal)-Następny etap otrzymania stali z rudy to proces utleniania węgla znajdującego się w surówce- urządzenie konwektor-Do konwektora wdmuchiwany jest tlen: łączy się z węglem rozpuszczonym w ciekłej surówce oraz pierwiastkami zawartymi w surówce: P, Si, Mn oraz FeWsadem do konwektora oprócz surówki: złom stalowy-Stal ciekłą ze złomu otrzymuje się w piecu elektrycznym łukowymWSAD DO WIELKIEGO PIECAWsadem do wielkiego pieca jest:-ruda żelaza w postaci spieku, grudek lub brykietu-topniki-koksa)Rudy żelaza są surowcami kopalnymi zawierającymi związki żelaza Skład rud żelaza:-tlenki żelaza-skała płonna (składnik niepożądany)Najważniejsze rudy żelaza-magnetyt zawierający 50-70% Fe-hematyt zawierający 40-60% Fe -limonit (żelaźniak brunatny) 30-45% Fe

b)Topniki- materiały, których zadaniem jest utworzeniem z tymi składnikami łatwo topliwych żużliIlość dodawanych topników: 25% i więcej masy rudyŻużel- powstaje w procesie wytwarzania surówki i staliZadanie żużla:-powoduje, że wysokotopliwe tlenki zanieczyszczeń staja się ciekłe i oddzielają się od ciekłego metalu

-jest materiałem, z którym zanieczyszczenia łączą się chętniej niż z ciekłym metalemZadanie koksu: - jest paliwem oraz czynnikiem redukującym umożliwiającym redukcję rud żelaza do metalicznego żelazaOprócz wymienionych składników do wielkiego pieca wdmuchiwane jest od dołu powietrze o temp. ok. 1000°C (dostarczające tlenu do spalania koksu i paliwa)Koks hutniczy- otrzymywany z mieszaniny wysokogatunkowego węglaWYTWARZANIE SURÓWKI- Pierwszy etap wytwarzania stali w hutach zintegrowanych: wytwarzanie surówki w piecu szybowym ;D-Temperatura surówki podczas spustu: 1450-1525°C-Główne zanieczyszczenia ciekłej surówki:węgiel i siarka pochodząca z koksu, mangan, krzem i fosfor pochodzące z rudy-Krzem znajduje się w popiele koksu-Żużel tworzy skała płonna, topnik i popiół z koksu oraz węglaŹRÓDŁA OBECNOŚCI KRZEMU, SIARKI, FOSFORU I MANGANU W SURÓWCE-Krzem jako główny składnik skały płonnej i popiołu tworzącego się ze spalania koksu i węgla-Siarka do wielkiego pieca dostaje się głównie z koksem-Fosfor zwiększa rzadko płynność żeliwa (w surówce przeznaczonej do przerobu w konwektorze tlenowym jest niepożądany)-Mangan: większość rud zawiera niewielkie ilości tlenku manganu (max do 2%)- północnoafrykańskie KONWERTOR TLENOWY:-Produkt wielkiego pieca (surówka): zawiera dużo węgla i zanieczyszczeń-Konieczna dodatkowa operacja: celem zmniejszenia zawartości tych substancji aoperację prowadzi się w urządzeniu zwanym konwertoremTypowym urządzeniem takim urządzeniem jest konwertor tlenowy w kształcie gruszki- wyłożony zasadowym materiałem ogniotrwałymETAPY W PROCESIE KONWERTOROWYM-Ładowanie złomu-Wlewanie surówki-Tworzenie żużla-Utlenianie zanieczyszczeń-OdtlenianieUzupełnianie składu chemicznego stali-SpustCiepło w konwertorze tlenowym uzyskujemy: dzięki utlenianiu wdmuchiwanym tlenem zanieczyszczeń zawartych w surówce (C, Si, Mn, S i P) POSTĘP W TECHNOLOGII WYTWARZANIA STALI-Połączenie procesów z dmuchem dolnym i górnym stanowi nowy proces z dmuchem kombinowanym-Gazy wdmuchiwane do konwertora: od góry i od dołu

WYKŁAD 5

-Wykres fazowy żelazo-cementyt stanowi podstawę, na której opierają się wszelkiego rodzaju obróbki cieplne-Mają one za zadanie zmianę struktury i własności stali w bardzo szerokich zakresach

-Na podstawie wykresu fazowego żelazo-węgiel (Fe-Fe3C) można określić zachowanie najbardziej złożonych gatunków stali stopowychKSZTAŁTOWANIE %C I TEMPERATURY DLA CHARAKTERYSTYCZNYCH PUNKTÓW WYKRESU FAZOWEGO Fe-Fe3C:OGÓLNE UWAGI O WYKRESACH FAZOWYCHUkład jednoskładnikowy- przedstawiający zakresy występowania lodu, wody i pary wodnej we współrzędnych: ciśnienie-temperatura

a) Wykres fazowy dla lodu, wody i pary wodnej i temperatury przemian dla H2O przy ciśnieniu atmosferycznym

OMÓWIENIE WYKRESU FAZOWEGO DLA LODU, WODY I PARY WODNEJ-Dla stałego ciśnienia wykres staje się jednowymiarowy-Podczas dostarczania ciepła do układu lód topnieje przy 0°C, a woda przemienia się w parę wodną przy temperaturze 100°C -Podczas oddawania ciepła przez układ procesy przy 0 i 100°C przebiegają w kierunku odwrotnym

Układ dwuskładnikowy- dwuskładnikowe wykresy fazowe są dwuwymiarowymi mapami przedstawiającymi obszary występowania poszczególnych faz w przestrzeni temperatury i składuWspółrzędne do sporządzenia wykresów fazowych układów dwuskładnikowych ;D-Dwuskładnikowe wykresy fazowe pozwalają określić tworzące się w stopach mikrostruktury oraz zachodzące zmiany mikrostruktur pod wpływem zmian temperatury oraz składu

-Wykresy fazowe dotyczą warunków równowagi fazowej -Tworzenie się mikrostruktur w stopach rzeczywistych odbiega od warunków równowagi ( z tego względu wykresy fazowe stanowią jedynie dobrą bazę do dyskusji mikrostruktur w stopach rzeczywistych.)-Różnice miedzy mikrostrukturami wynikającymi z wykresów fazowych a mikrostrukturami stopów rzeczywistych rosną w miarę oddalania się warunków tworzenia mikrostruktur rzeczywistych od warunków równowagi

OMÓWIENIE WYKRESU FAZOWEGO Fe-Fe3C-Linia ABCD- likwidus-Linia AHJECF- solidus

-Wykres fazowy Fe-Fe3C stanowi bazę do dyskusji nad mikrostrukturami stali -Największe zastosowanie praktyczne wykresu fazowego Fe-Fe3C ze wszystkich istniejących wykresów fazowych-Przy temp. otoczenia żelazo ma strukturę krystaliczną A2 i jest oznaczone przez Fe-α (trwała do temp. 912°C)-Od temp. 912°C do 1394°C trwałe jest żelazo o strukturze krystalicznej A1, oznaczone jako Fe-γ -Powyżej 1394°C do temp. topnienia występuje ponownie żelazo o strukturze A2- oznaczone przez Fe-α -Żelazo poniżej temperatury 768°C jest ferromagnetyczne, natomiast powyżej paramagnetyczne-Uwaga: w stopach Fe-Fe3C poszczególne fazy oraz produkty przemian przy stałych temp. Maja ściśle określone nazwy:FERRYT α: jest międzywęzłowym roztworem stałym węgla w żelazie Fe-α lub Fe-α(δ)rozpuszczalność węgla w Fe-α jest niewielka i mocno zależna od temperatury (przy temp. 20°C wynosi 0,008%, przy temp. eutektoidalnej 727°C- wynosi 0,0218%)zawartość węgla w ferrycie zmienia się wzdłuż linii QP AUSTENIT: jest międzywęzłowym roztworem stałym węgla w żelazie Fe-γ rozpuszczalność węgla w Fe-γ jest znacznie większa niż w Fe-α: zmienia się z temperatura wzdłuż linii SE

przy temp. eutektoidalnej wynosi 0,77%przy temp. eutektycznej 2,11%CEMENTYT: jest węglikiem żelaza (Fe3C) o rombowej strukturze krystalicznejzawartość węgla w cementycie jest stała i wynosi 6,67%-wydzielający się z cieczy w stopach nadeutektycznych cementyt poniżej linii DC nazywany jest pierwotnym-cementyt wydzielający się z austenitu na skutek zmniejszającej się rozpuszczalności węgla w żelazie Fe-γ wzdłuż linii ES jest nazywany wtórnym -najwięcej cementytu wtórnego wydziela się w stopie zwierającym 2,11%C i wynosi 23%-cementyt wydzielający się z ferrytu na skutek malejącej z obniżeniem temperatury rozpuszczalności węgla w żelazie Fe-α wzdłuż linii PQ jest nazywany trzeciorzędowym-najwięcej cementytu trzeciorzędowego wydziela się w stopie zawierającym 0,0218%C, ale jego ilość jest mała i wynosi tylko 0,2% PRZEMIANY W STOPACH Fe-Fe3C PRZY STAŁYCH TEMPERATURACHW stopach Fe-Fe3C zachodzą trzy przemiany przy stałych temperaturach (zero stopni swobody):-perytektyczna (1495°C):

-eutektyczna (1148°C):-eutektoidalna (727°C):PERLIT: produkt eutektoidalnej przemiany austenitu zawierającego 0,77%Czbudowany jest z na przemian ułożonych płytek ferrytu i cementytu o stosunku grubości płytek: 7:1

LEDEBURYT: produkt przemiany eutektycznej, który powstaje z cieczy zawierającej 4,3%C i składa się z austenitu i cementytu-zawartość zmniejsza się w miarę obniżenia temperatury (rozpuszczalność węgla w austenicie od 2,11 do 0,77% prowadzi do wydzielenia się cementytu wtórnego z austenitu)-względna ilość austenitu w ledeburycie przy temp. 1148°C wynosi 52%, natomiast przy przemianie eutektoidalnej tylko 40%LEDEBURYT PRZEMIENIONY: składa się z dwóch faz:ferrytu (stanowi 35% masy ledeburytu przemienionego) i cementytu Stopy żelaza z węglem o zawartości do 2,11% (1,75%C) nazywane stalami Stopy żelaza z węglem o zawartości > od 1,75% nazywane są żeliwami

WYKŁAD 6

Metale i ich stopy dzieli się na dwie grupy:-żelazo i jego stopy-metale nieżelazne i ich stopyMetale nieżelazne stanowią wszystkie pierwiastki metaliczne z wyjątkiem żelazaStopy żelaza są najważniejszą grupą stopów stosowanych przez człowiekaPRZYCZYNY TAK POWSZECHNEGO STOSOWANIA STOPÓW ŻELAZA-Skorupa ziemska zawiera ok. 4,2% Fe, głównie w postaci tlenków, z których łatwo można uzyskać Fe-Temperatura topnienia żelaza 1538°C umożliwia jego otrzymywanie w stanie ciekłym-Dyfuzja przy temp. otoczenia nie jest możliwa- własności stopów żelaza przy tej temp. otoczenia nie ulegają zmianie z czasem-W żelazie występują dwie przemiany fazowe w stanie stałym (co umożliwia tworzenie szerokiego zakresu temperatur)- w konsekwencji daje to duży zakres zmienności własności mechanicznych-Obecnie ponad 90% (ciężarowo) materiałów metalicznych stosowanych przez człowieka stanowią stopy żelazaPodział stopów żelaza:-stale (zawierają do 2,11% C)-żeliwa (od 2,11 do 3,8% C)Zakres stosowania stali: bardzo szeroki zakres (mosty, statki, budynki, obrabiarki, silniki spalinowe, platformy wiertnicze itp.)STAL jest przerobionym plastycznie, technicznie stopem żelaza z węglem zawierającym do 2,11% C oraz inne pierwiastki pochodzące ze surowców i paliw lub dodawane celowoPodział pierwiastków występujących w stalach:-konieczne ze względów metalurgicznych jak: mangan, krzem, niekiedy aluminium (dodawane w celu odtlenienia stali)-zanieczyszczenia: (siarka, fosfor, tlen, azot, wodór)-wprowadzone do stali celowo: dla andania określonych własności (mangan, krzem, nikiel, chrom, molibden, wolfram, wanad, miedź) zwane pierwiastkami stopowymiSKŁADNIKI ZWYKŁEPodczas wytwarzania stali w procesie stalowniczym konieczny jest nadmiar tlenu (jego ilość rośnie wraz ze zmniejszeniem się zawartości węgla w stali)W zależności od stopnia odtlenienia wyróżnia się stal:a)stal nieuspokojona: (jest odtleniona tylko w takim stopniu, aby reakcja wydzielania CO rozpoczęła się dopiero z chwilą wlania stali do wlewnicy)- występuje silna segregacja siarki, fosforu i węgla (skurcz- pęcherze)b)stal półuspokojona: (jest też odtleniona niezupełnie) – odtlenianie odbywa się przy użyciu Mn i z niewielką ilością Si oraz Al.c)stal uspokojona: (jest odtleniona w takim stopniu, aby podczas krzepnięcia nie zachodziło wydzielanie gazów)- odtlenianie przeprowadza się przy użyciu Mn, Si oraz Al.ZANIECZYSZCZENIA STALI-Siarka, fosfor, tlen, azot, wodór

-Siarka dostaje się do stali z koksu i rudy (niepożądana ze względu na pęknięcia w zakresie przełomu ciągliwego)-Górna granica zawartości siarki w stali: 0,05%-Siarka może być dodawana celowo w ilości do 0,35% do stali przeznaczonych do obróbki skrawaniem na automatach (uzyskuje się przez to krótki wiór- dobrze się obrabia)

Fosfor: dostaje się do stali z rudy (jego zawartość jest ograniczona do 0,05%, a w stali wysokiej jakości do 0,02%Tlen: występuje w stali w postaci wtrąceń tlenkowych (rozpuszczalność w stali w stanie stałym jest bardzo mała)- jest zanieczyszczeniem szkodliwym (obniżają ciągliwości i udarności stali)Azot: dostaje się do stali z otoczenia- powietrza ( w postaci wydzieleń lub może być rozpuszczony w żelazie)- niepożądany, powoduje starzenie po zgniocie, obniża ciągliwość i udarnośćWodór: bardzo szkodliwym zanieczyszczeniem stali (dostaje się z pary wodnej znajdującej się w atmosferze pieca)- powoduje tworzenie się mikropęknięć i kruchość stali

WYKŁAD 7Podstawowymi parametrami przy dobrze materiałów inżynierskich są:-ogólny koszt wytwarzania elementu-niezawodność podczas eksploatacjiPostęp w zakresie wytwarzania stali doprowadził do tego, że konkurencyjność, jakość i powtarzalność własności stali maszynowych znacznie wzrosły

Pierwiastki stopowe, których niewielkie zawartości silnie wpływają na własności stali są nazywane mikrododatkami

a)WĘGIEL: nie jest pierwiastkiem stopowym ale jego obecność jest istotna- ze wzrostem zawartości węgla wzrasta wytrzymałość i twardość, natomiast spada plastyczność i spawalność, węgiel zwiększa też hartowność stalib)MANGAN: dodawany w małych ilościach (do 0,8%) w celu odtlenienia stali oraz dla związania siarki w MnS (zapobiega w ten sposób kruchości stali na gorąco)

dodawany w ilościach (1,0-1,5%) Mn dla umocnienia stali poprzez roztwór (zmniejszenia wielkości ziarna ferrytu w blachach walcowych) na gorącoKRZEM: w ilościach do 0,4% jest stosowany jako odtleniacz, natomiast dodawany w ilościach 0,5-1% dla umocnienia ferrytudodawany w większych ilościach np. 0,5-4,5% w celu zwiększenia oporu elektrycznego oraz poprawia żaroodporność staliNIKIEL: w małych ilościach (0,5-1,0%) powoduje umocnienie stali poprzez roztwór oraz zwiększa hartowność dodawany w ilościach 3-9% w celu obniżenia temperatury przejścia stali w stan kruchy większe ilości >8% są dodawane dla stabilności austenitu w stalach nierdzewnych i żaroodpornych CHROM: w ilościach 0,2-2,5% ma na celu zwiększenie hartowności duże ilości >11,5% zapewniają stali odporność na korozję oraz utlenianiechrom jest podstawowym pierwiastkiem stali nierdzewnych i żaroodpornychMOLIBDEN: w ilościach do 2,5% ma na celu zwiększenie hartowności oraz wywołanie twardości wtórnejWOLFRAM: dodawany głównie w celu utworzenia węglików M6C, zapewniając stali dobrą odporność na ścieranieWANAD: dodawany w ilościach do 0,2% w celu zwiększenia hartowności oraz umocnienia wydzieleniowego stali (większe ilości zwiększają odporność stali na ścieranie)MIEDŹ: dodawana w ilościach (0,2-0,5%) poprawia odporność stali na korozję atmosferycznąPODZIAŁ Stali STALE KONSTRUKCYJNE-Stale konstrukcyjne węglowe zawierają do 0,7% C i wśród nich wyróżnia się:-stale konstrukcyjne węglowe zwykłej jakości-stale konstrukcyjne węglowe wyższej jakości-Znak stali konstrukcyjnych zwykłej jakości składa się z liter St i liczb od 0 do 7 (litera x na końcu oznacza stal nieuspokojoną, litera Y- półuspokojoną, s- spawalną, V- o ograniczonej zawartości C, P i S) np. St3Vx-Znak stali wyższej jakości składa się z liczby dwucyfrowej o znaczącej średniej zawartości węgla w setnych częściach procentaZNAKOWANIE STALI KONSTRUKCYJNYCH STOPOWYCHZnak stali konstrukcyjnych stopowych składa się z cyfr i liter (dwie cyfry na początku znaku oznaczają średnią zawartość węgla w setnych częściach procenta). Litery znajdujące się za cyframi oznaczają pierwiastek stopowy

STRUKTURA KRYSTALICZNA Fe (żelaza)- WYMIARY LUK W STRUKTURACH ŻELAZA

Struktura krystaliczna Fe Rodzaj luki Promień luki
Wyrażony przez ułamek promienia atomu Fe
RSC, cF4, A1 Oktaedryczna 0,414
Tetraedryczna 0,225
RPC, cI2, A2 Oktaedryczna 0,155
tetraedryczna 0,291
Ozn. A B C D E G H J N P S Q
% C 0 0,53 4,30 6,67 2,14 0 0,09 0,16 0 0,022 0,76 ~10-8
T °C 1538 1493 1147 1252 1147 912 1493 1493 1394 727 727 20

SKŁAD CHEMICZNY TYPOWEJ SURÓWKI W %

C Si S P Mn
4,5-4,7 0,3-0,8 0,02-0,06 0,06-0,08 0,3-0,8

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Sciaaga biomedyka
sciaaga2 Staszica
koło ćwiczenia 2 sciaag, Uczelnia, Konstrukcje metalowe
Biotechnologia-sciaaga1, Studia, Biotechnologia
sciaaga, AWF, Antropologia
sciaaga otz

więcej podobnych podstron