1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8. Jaki dodatek stopowy i w jakiej ilości zapewnia nierdzewności stali?
Odporność na korozję stali nierdzewnych związana jest przede wszystkim z działaniem chromu, który powiększa zdolność tzw. Pasywacji stopów żelaza. Przejście w stan pasywny, zaznacza się skokową zmianą potencjału elektrochemicznego metalu lub stopu na bardziej dodatni.
Zjawisko pasywowania się metali polega na pokrywaniu się ich powierzchni bardzo cienką, szczelnie przylegającą i odporną warstewką tlenków, która chroni metal przed korozją.
Pasywacja jest zjawiskiem zależnym od składu chemicznego stopu i od zdolności utleniana jaką mają różne środowiska. Żelazo i miękka stal pasywują się np. w stężonym kwasie azotowym i w roztworach związków silnie utleniających. Pasywacja żelaza jest jednak bardzo nietrwała. Natomiast niektóre metale o większym powinowactwie do tlenu pasywują się łatwiej, a ich stan pasywny jest znacznie trwalszy. Do takich metali należy chrom, którego odporność na korozję związana jest właśnie z łatwością pasywowania się.
Chrom ma tę własność, że przenosi skłonność do pasywacji również na stopy z innymi metalami. Stopy żelaza z chromem przy zawartości powyżej 13÷14% Cr, pasywują się pod wpływem tlenu zawartego w powietrzu, co zapewnia im odporność chemiczną w tych warunkach.
Podstawowym składnikiem wszystkich stali nierdzewnych jest więc chrom, przy czym jego zawartość winna wynosić co najmniej 12%. Oprócz chromu w skład stali odpornych na korozję często wchodzi nikiel jako drugi składnik podstawowy. Wychodząc ze składu chemicznego można najogólniej podzielić stale odporne na korozje na chromowe, i chromowo-niklowe.
9. Czym różni się żaroodporność od żarowytrzymałości?
10. Jakie dodatki stopowe podwyższają żaroodporność stali?
Stale przeznaczone do pracy w podwyższonych temperaturach winny się odznaczać odpornością na korozyjne działanie gazów, zwłaszcza utleniających się, czyli winny być żaroodporne. Od stali tych wymaga się również aby były żarowytrzymałe, tj. aby wykazywały znacznie wyższe własności wytrzymałościowe w wysokich temperaturach w porównaniu z innymi stalami.
Szybkość utleniania żelaza i stali niskostopowych wzrasta gwałtownie powyżej ok. 560ْ C na skutek tworzenia się tlenku FeO (wustynu), który umożliwia szybką dyfuzję tlenu do żelaza i dalsze jego utlenianie.
Podstawowymi pierwiastkami stopowymi, które chronią stal przed utlenianiem są: Cr, Al. I Si. Pierwiastki te mają większe powinowactwo dla tlenu aniżeli żelaza i tworzą szczelne warstewki tlenków Cr2O3Al2O3SiO2, które utrudniają dyfuzję tlenu w głąb metalu. Im wyższa temperatura pracy danego elementu, tym większa jest potrzebna zawartość pierwiastka stopowego dla zapewnienia żaroodporności.
Wzrost żarowytrzymałości, która przede wszystkim związana jest z wysoką odpornością na pełzanie, powodują dodatki stopowe podwyższające temperaturę topnienia i rekrystalizacji stali, a więc: Mo, W, C, Co oraz Ti, Cr i Si. Również bardziej korzystna jest struktura austenityczna stali, co wynika m. In. Z wyższej temperatury rekrystalizacji austenitu. Ponadto na podwyższenie żarowytrzymałości znacznie wpływa wzrost wielkości ziarna i wydzielanie faz o dużej dyspersji (utwardzanie dyspersyjne)
11. Jakie metale wchodzą w skład nadstopów?
Stopy niklu, kobaltu, żeliwowo-niklowe.
12.Jakie stale nazywamy mikroskopowymi?
13.Jaki jest zakres stosowania stali mikroskopowych?
14.Jakie dodatki stopowe są stosowane w stalach maraging?
15.Jak przebiega obróbka cieplna stali maraging?
16.Jaki jest zakres stosowania stali maraging?
17. Jaka jest różnica pomiędzy stalami a staliwami?
Stal jest stopem żelaza z węglem oraz ewentualnie z innymi pierwiastkami, zawierającymi do ok. 2% węgla, obrabianym plastycznie, otrzymanym w procesie stalowniczym w stanie ciekłym. Stopów żelaza z węglem i innymi pierwiastkami otrzymany w stanie ciastowatym lub stałym nie zalicza się do stali.
Staliwem nazywa się stal w postaci lanej otrzymanej przez odlanie skrzepnięcie w formach, bez dalszej przeróbki plastyczniej.
18. Jakie cechy odróżniają żeliwa od stali?
Żeliwo różni się od stali większą zawartością węgla (w zasadzie żeliwa zawierają powyżej 2% węgla z wyjątkiem niektórych żeliw stopowych). Ponadto cechą charakterystyczną żeliwa (z wyjątkiem żeliwa białego odróżniającą je od stali jest występowanie w ich strukturze wtrąceń grafitu, a poszczególne gatunki żeliw różnią się między sobą m.in. postacią tych wtrąceń.
19. Opisz jaki kształt przyjmują wydzielenia grafitu w różnych rodzajach żeliwa
20.Jak zmienia się struktura żeliw w zależności od zawartości węgla i krzemu?
21. W jaki sposób wytwarza się żeliwa szare?
22. W jaki sposób wytwarza się żeliwa sferoidalne
Żeliwami sferoidalnymi nazywa się żeliwa, w których grafit wydziela się podczas krzepnięcia w postaci kulkowej.
Otrzymuje się je w wyniku procesu modyfikacji, który polega na wprowadzeniu do metalu - bezpośrednio przed jego odlewaniem - niewielkiego dodatku magnezu (w stopie z niklem lub miedzią).
Struktura osnowy żeliw sferoidalnych, podobnie jak struktura osnowy zwykłych żeliw szarych, może być ferrytyczna, ferrytyczno-perlityczna lub perlityczna.
23. W jaki sposób wytwarza się żeliwa ciągliwe?
Żeliwami ciągliwymi nazywa się żeliwa białe, które wskutek długotrwałego (rzędu kilkudziesięciu godzin) wyżarzania w wysokiej temperaturze (rzędu 1000ºC) ulegają określonemu uplastycznieniu, dzięki odwęgleniu lub grafityzacji lub obu tym procesom łącznie. W zależności od sposobu przeprowadzania tej obróbki otrzymuje się:
-żeliwa ciągliwe białe, przez wyżarzanie żeliw białych w środowisku utleniającym, np. w rudzie żelaza. Podczas wyżarzania znaczna część węgla zawartego w żeliwie utlenia się, a w warstwie powierzchniowej grubości 1,5 do 2 mm zachodzi zupełne odwęglenie. Przy ochładzaniu zazwyczaj nie wygrzewa się żeliwa w temperaturach poniżej temperatury przemiany, w wyniku czego w metalicznej osnowie rdzenia zachowuje się znaczna ilość perlitu. Przy powierzchni odlewu żeliwo to wykazuje matowobiałą barwę przełomu(ferryt) przechodzącą łagodnie w srebrzystą bliżej środka Ścianki odlewu (perlit).
- żeliwa Ciągliwe czarne, przez wyżarzanie żeliw białych w środowisku obojętnym. W czasie tego wyżarzania cementyt zawarty w żeliwie rozpada się, a wydzielający się z niego węgiel w postaci grafitu tworzy skupienia, zwanie węglem żarzenia. Struktura żeliwa w temp. Wyżarzania składa się wiec z austenitu i węgla żarzenia.
Kolejnym zabiegiem jest bardzo wolne chłodzenie, warunkujące zachodzenie przemian fazowych zgodnie ze stabilnym układem równowagi żelazo-grafit (z austenitu zamiast cementytu wydziela się grafit). W efekcie, w temperaturze pokojowej otrzymuje się żeliwo, którego struktura składa się ze skupień grafitu (węgla żarzenia), rozmieszczonych w ferrytycznej osnowie. Duża ilość wydzieleń grafitu wywołuje ciemną barwę przełomu.
- żeliwa ciągliwe perlityczne, przez wyżarzanie żeliw białych w środowisku obojętnym, lecz bez doprowadzania do końca procesu grafityzacji (szybsze chłodzenie poniżej temperatury przemiany, dzięki czemu w strukturze zachowuje się cześć cementytu). W wyniku uzyskuje się żeliwo o osnowie perlitycznej lub perlityczno-ferrytycznej i srebrzystej barwie przełomu.
24.Jaką właściwość stali określa krytyczna szybkość hartowania Vk
25.Jaką właściwość stali określa średnica krytyczna D0 i D50?
26. W jaki sposób są znakowane żeliwa sferoidalne?
27. W jaki sposób są znakowane staliwa węglowe?
28. W jaki sposób są znakowane staliwa stopowe?
29. Jaki jest główny składnik stopowy i jaką pełni rolę w staliwie Hadfielda?
30.Jak definiujemy obróbkę cieplno chemiczną?
Obróbka cieplno-chemiczna polega na dyfuzyjnym wprowadzeniu do przypowierzchniowej warstwy przedmiotu obcego pierwiastka, celem spowodowania odpowiednich zmian własności tej warstwy (w niektórych przypadkach właściwy efekt uzyskuje się dopiero po dodatkowej obróbce cieplnej). Ogólnie dzieli się na:
- dyfuzyjne nasycanie niemetalami (nawęglanie, azotowanie, utlenianie, siarkowanie, borowanie, krzemowanie),
-dyfuzyjne nasycanie metalami (aluminiowanie, chromowanie, cynkowanie, tytanowanie),
-dyfuzyjne nasycanie wieloskładnikowe (węgloazotowanie, węglotytanowanie, siarkowęgloazotowanie itd.)
Obróbkę cieplno-chemiczną stosuje się dla uzyskania wysokiej twardości warstwy powierzchniowej przedmiotu, przy zachowaniu ciągliwego rdzenia. Zapewnia to dużą odporność na ścieranie i wysoką wytrzymałość na obciążenia dynamiczne, a w niektórych przypadkach zabezpiecza stal przed korozją.
31. Wymień zjawiska fizyczne zachodzące etapami podczas obróbki cieplno-chemicznej.
Obróbkę cieplno-chemiczną przeprowadza się w środowisku bogatym w składnik dyfundujący do stali. W większości przypadków stosuje się środowisko gazowe i wówczas w czasie obróbki zachodzą trzy podstawowe procesy:
a)dysocjacja - polegająca na rozkładzie cząsteczek gazu i utworzeniu aktywnych atomów pierwiastka dyfundującego, np.
2CO -> CO2+C
NH3->3H+N
b)adsorpcja - polegająca na wchłanianiu (rozpuszczaniu) wolnych atomów przez powierzchnię metalu (zachodzi tylko wtedy, gdy pierwiastek wprowadzany rozpuszcza się w obrabianym metalu),
c)dyfuzja - polegająca na przemieszczaniu się obcych atomów w sieci przestrzennej obrabianego metalu.
W wyniku tych trzech procesów powstaje warstwa dyfuzyjna, w której stężenie dyfundującego pierwiastka osiąga maksimum na powierzchni maleje w miarę oddalania się od niej.
32.Wymień reakcje chemiczne prowadzące do powstania aktywnych atomów węgla i azotu.
33. Na czym polega nawęglanie stali, określ parametry procesu.
Rozróznia się dwa rodzaje nawęglania: w proszkach i gazowe.
Nawęglanie w proszkach przeprowadza się w szczelnych skrzynkach wykonanych ze stali żaroodpornych lub stopów niklowo-chromowych, wypełniony najczęściej mieszaniną węgla drzewnego (w postaci granulek o średnicy kilku mm) i tzw. Intensyfikatorów, czyli srodków przyspieszających nawęglanie. Mieszaninę tę nazywa się proszkiem do nawęglania lub karburyzatorem.
W temperaturze nawęglania (900÷950ºC) tlen zawarty w powietrzy znajdującym się między granulkami łączy się z węglem, tworząc z powodu małej ilości tlenek węgla CO. Tlenek ten w zetknięciu z żelazem rozkłada się wg reakcji:
2CO->CO2+C
Tworząc węgiel atomowy, wchłaniany przez powierzchnę przedmiotu. Jednocześnie zachodzą reakcje:
BaCO3+C->BaO+2CO
i
2CO->Co2+C
Które uaktywniają proces nawęglania.
Proces nawęglania w proszkach jest długotrwały (czasem trwa do kilkudziesięciu godzin) i nie można go kontrolować, dlatego stosuje się go jedynie w produkcji jednostkowej i małoseryjnej.
Nawęglanie gazowe polega na wygrzewaniu obrabianych przedmiotów w komorze pieca, przez którą z określoną szybkością przepływa gaz nawęglający.
34.Jaką strukturą charakteryzuje się stal po nawęglaniu?
35.Na czy polega azotowanie stali?
Azotowaniem nazywa się dyfuzyjne nasycanie azotem przypowierzchniowych stref przedmiotu. Zależnie od celu azotowania i sposobu jego przeprowadzania rozróżnia się:
a) azotowanie utwardzające
b) azotowanie przeciwkorozyjne
W przeciwieństwie do nawęglania, azotowanie powoduje utwardzenie stref przypoierzchniowcyh bez dodatkowej obróbki cieplnej. Dltego azotowaniu poddaje się stale uprzednio ulepszone cieplnie (hartowane i wysokoodpuszczone), przy czym temperatura ich oduszczania jest nieco wyższa od temperatury azotowania utwardzającego.
Azotowanie przeprowadza Si w szczelnie zamkniętej mufi lub komorze pieca, do której z określoną szybkością dopływa amoniak. W temperaturze azotowania zachodzi dysocjacja amoniaku zgodnie z rekacją:
NH3->3H+N,
Przy czym obecność żelaza działa na tę reakcje katalitycznie. Powstający azot atomowy jest adsorbowany przez powierzchnię stali, a następnie dyfunduje w głąb. Stopień dysocjacji amoniaku zależy od temperatury, ciśnienia, szybkości przepływu gazu przez komorę pieca i wielkości wsadu (działającego na katalizator)