Materiały konstrukcyjne

1.Jaki materiał nazywamy :

a. ceramika

b. kompozytem

i jakie wiązania w nich występują?

Odp.

1. Ceramika są to nieorganiczne związki metali z tlenem, azotem, węglem, borem i innymi pierwiastkami. Atomy są połączone wiązaniem jonowym i kowalencyjnym. Po zaformowaniu materiały ceramiczne wygrzewane są w wysokich temperaturach. Posiada wybitne właściwości takie jak: odporność na działanie wysokich temperatur, odporność na działanie czynników chemicznych, dobre właściwości mechaniczne, dobre właściwości dielektryczne i izolacyjne (nieprzewodność elektryczna), duża twardość (odporność na ścieranie, ognioodporność). Jej wadami są mała wytrzymałość na rozciąganie (podatność na gwałtowne zmiany temperatury), jest podatna na uderzenia i krucha.

B. Kompozyty są połączeniem dwóch lub więcej odrębnych nie rozpuszczających się w sobie faz, z których każda odpowiada innemu podstawowemu materiałowi inżynierskiemu zapewniającymi lepszy zespół własności i cech strukturalnych, od właściwych dla każdego z materiałów składowych oddzielnie. Jednymi z najczęściej stosowanych komponentów konstrukcyjnych są silne włókna takie jak włókno szklane, kwarc, azbest, kevlar czy włókna węglowe dając materiałowi dużą odporność na rozciąganie. Do najczęściej stosowanych lepiszczy zaliczają się żywice syntetyczne oparte na poliestrach, polieterach (epoksydach), poliuretanach i żywicach silikonowych.

2a.Czym różni się krystalizacja homogeniczna od heterogenicznej ?

Odp. W procesie krystalizacji wyróżnia się dwa zarodkowania: homogeniczne i heterogeniczne.

Zarodkowanie homogeniczne wymaga dużych przechłodzeń , w ciekłych metalach na ogół występują zbyt małe przechłodzenia. Jedynie metal rozdrobniony na bardzo małe krople można silnie przechłodzić, ponadto w czystych metalach zarodki i ciecz mają jednakowy skład chemiczny. W stopach jest inaczej, ponieważ w danej temperaturze zarodniki i roztwór ciekły różnią się znacznie składem. 
W przypadku zarodkowania heterogenicznego, powstawanie zarodków następuje na powierzchniach fazy stałej stykającej się z cieczą. Zarodkowanie następuje na powierzchniach ścian naczynia, na drobnych cząstkach stałych zawieszonych w cieczy, jak wtrącenia niemetaliczne, nie rozpuszczone zanieczyszczenia itp.

2b. Co to jest polimorfizm?

Odp. Polimorfizm (także: wielopostaciowość) jest to występowanie tej samej (pod względem składu chemicznego) substancji w dwu lub więcej odmianach krystalicznych, różniących się budową wewnętrzną i związanymi z nią postaciami krystalograficznymi, własnościami fizycznymi i niektórymi własnościami chemicznymi. Odmiany są trwałe w określonych warunkach termodynamicznych

3.Czy i jak zmieni się objętość ciekłej miedzi

a. po krystalizacji

b. po ochłodzeniu z 1500ºC do 1200ºC

4.Pręt mosiężny (Cu-Zn) przeciągnięto ze średnicy 10mm na

a. 8 mm

b. 6mm

i przecięto na pół. Jedną z połówek wyżarzono. Uzasadnij krótko czy obie części będą mieć jednakową wytrzymałość?

5.Taśmę stalową i ołowianą walcowano w temp 200ºC. Czy po tej operacji zmieni się wytrzymałość któregoś z metali (a może obu) i dlaczego?

6. Co to jest :

a. ferryt, perlit, bainit, martenzyt

b. austenit, cementyt, martenzyt, ledeburyt

Odp.A: Ferryt- składnik strukturalny stopów żelazo-węgiel, roztwór stały jednego lub więcej pierwiastków w żelazie α lub żelazie δ. Występuje w strukturze regularnej przestrzennie centrowanej (A2). Charakteryzuje się niską zawartością węgla w temperaturze pokojowej. W obecności węgla tworzy węgliki żelaza, głównie cementyt (Fe3C).Ferryt jest miękką i ciągliwą strukturą.

Perlit - jest mieszaniną eutektoidalną, składającą się z ułożonych na przemian płytek

ferrytu i cementytu, powstającą w wyniku rozpadu austenitu w temperaturze 723°C. Po wypolerowaniu i wytrawieniu przypomina masę perłową - stąd nazwa.

Bainit - składnik metastabilny powstający z rozpadu austenitu w przedziale temperatur między temperaturą powstawania perlitu, a temperaturą początku pojawiania się martenzytu. Zawiera przesycony ferryt, w którym węgiel jest wydzielany w postaci węglików. Mieszanina przesyconego ferrytu i wydzielonych węglików. Termin bainit odnosi się do mikrostruktury uzyskanej wyniku przemiany austenitu w temperaturze pomiędzy przemianą austenitu w perlit, a powyżej temperatury przemiany austenitu w martenzyt, określanej mianem przemiany bainitycznej. Ma ona charakter częściowo dyfuzyjny.

Martenzyt - przesycony roztwór stały węgla w żelazie α, o tetragonalnej sieci przestrzennej i charakterystycznej mikrostrukturze, przedstawiającej igiełki przecinające się pod kątem 60°. Martenzyt otrzymuje się w wyniku gwałtownego ochłodzenia nagrzanej do temperatury austenitu stali węglowej lub niskostopowej.

Odp B: Austenit- Międzywęzłowy roztwór stały węgla Feγ o strukturze regularnej ściennie centrowanej. Stosunkowo duże rozmiary luk sieciowych umożliwiają znacznie większą rozpuszczalność węgla. Austenit charakteryzuje się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi oraz bardzo dobrymi plastycznymi.

Cementyt-metastabilny węglik żelaza o strukturze rombowej z dominującym wiązaniem metalicznym między atomami Fe i kowalencyjnym między atomami Fe i C. Jest twardą i kruchą faza, wydzielająca się w trakcie chłodzenia w różnych zakresach temperatury jako: cementyt pierwszorzędowy, drugorzędowy, trzeciorzędowy.

Ledeburyt- mieszanina eutektyczna austenitu i Fe₃C_(│) (pierwszorzędowego), powstająca podczas krzepnięcia ciekłego stopu o zawartości 4,3% węgla. Ledeburyt jest składnikiem, tzw. żeliwa białego o bardzo dużej twardości, nie obrabianego za pomocą konwencjonalnych obróbek skrawania z wyjątkiem szlifowania.

7. Na czym polega

a. starzenie stopu

Starzenie stopu polega na nagrzaniu stopu uprzednio przesyconego do temperatury poniżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu. Podczas procesu wydziela się składnik znajdujący się w nadmiarze w postaci depresyjnych faz rozmieszczonych w ziarnie. Starzenie powoduje umocnienie stop, czyli poprawę właściwości wytrzymałościowych i wzrost twardości oraz pogorszenie właściwości plastycznych

b. umocnienie wydzielinowe

Umocnienie wydzielinowe polega na wytworzeniu w ziarnach drobnych wydzieleń o odmiennej strukturze krystalograficznej niż osnowa, które blokują ruch dyslokacji i tym samym zwiększają właściwości wytrzymałościowe stopu. Umocnienie wydzielinowe składa się z dwóch etapów: przesycania i starzenia.

8.Jaki wpływ na właściwości i strukturę stali ma:

a. węgiel

b. chrom

Odp A.

Największy wpływ na strukturę i właściwości stali wywiera węgiel. Jak wiemy, od jego zawartości zależy czy stop Fe-C będzie żeliwem czy stalą podeutektoidalną, eutektoidalną czy nadeutektoidalną. To z kolei w istotny sposób wpływa na ich właściwości mechaniczne (patrz rysunek). Z wykresu widać, że wraz ze wzrostem zawartości węgla gwałtownie maleje plastyczność przy równoczesnym wzroście twardości, wytrzymałości na rozciąganie (R_m) i granicy plastyczności (R_e). Dwie ostatnie wielkości osiągają maksimum przy zawartości ok. 1%C, po czym ulegają obniżeniu ze względu na wzrost kruchości.

Zarówno granica plastyczności, jak i wytrzymałość na rozciąganie wzrastają liniowo ze wzrostem zawartości węgla, ponieważ Fe₃C działa jako faza umacniająca, a udział Fe₃C w stali wzrasta liniowo ze wzrostem stężenia węgla. Plastyczność natomiast zmniejsza się gwałtownie gdy zawartość węgla rośnie, ponieważ granice α - Fe₃C w perlicie są dobrym miejscem do zarodkowanie pęknięć.

9a. Co to jest współczynnik dyfuzji

Współczynnik określa zdolność dyfundowania cząsteczek pod wpływem gradientu stężenia. Współczynnik dyfuzji rośnie wraz ze wzrostem temperatury, co oznacza, że w wyższych temperaturach proces dyfuzji zachodzi łatwiej, a w niskich jest pomijalnie mały.

9b. Co to są drogi szybkiej dyfuzji

Przemieszczanie się różnych obcych atomów albo ruchu dyslokacji (m.in w głąb jakiegoś materiału) występują najszybciej na granicy ziaren i to właśnie granice ziaren są tymi drogami szybkiej dyfuzji

10. Jaki jest mechanizm

a. opuszczania zahartowanej stali

b. normalizacji stali

11. Dany jest układ równowagi fazowej

---