Materiały konstrukcyjne
Materiały:
-budowa (z budowy wynikają właściwości, a z właściwości wynika zastosowanie) skład chemiczny i fizyczny, struktura
-właściwości
-zastosowanie
Materiały-wszystkie substancje, z których wykonuje się przedmioty materialne; w pojęciu technicznym - ciała stałe o właściwościach umożliwiających ich stosowanie przez człowieka do wytwarzania produktów takich jak pojazdy, maszyny, konstrukcje, budowle itp.
Właściwości materiału-zespół cech charakteryzujących reakcję tworzywa na bodźce zewnętrzne.(np. temperaturę, naprężenie itp.); w technice wyodrębnia się właściwości chemiczne i fizyczne materiału.
Właściwości fizyczne-określają zachowanie się materiału w polu oddziaływania czynnika fizycznego, np. pole temperatury, pole elektryczne lub magnetyczne; zalicza się również właściwości mechaniczne: charakterystyczne zachowanie się materiałów poddanych działaniu naprężeń mechanicznych, np. wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności, odporność na pęknięcia itp.
Właściwości chemiczne- określają zdolność (lub jej brak) do wchodzenia materiału w reakcje chemiczne z otoczeniem (np. odporność korozyjna tworzywa); właściwości chemiczne wynikają ze struktury.
Struktura- rozmieszczenie elementów składowych oraz zespół relacji między nimi charakterystyczny dla danego układu jako całości; nadaje dla materiału charakter całości i podporządkowuje je wspólnym prawom, z których wynika że: właściwości materiału są inne niż właściwości jego elementów składowych.
W procesie wytwarzania lub użytkowania mogą zachodzić korzystne lub niekorzystne relacje.
Materiały techniczne:
-metale(technicznie czyste, stopy)
-ceramika(wlekotonażowa, specjalna, szkło)
-polimery(ogólnego zastosowania, specjalne)
Metale- materiały, które w stanie stałym mają właściwości:
-dobre przewosnictwo cieplne i elektryczne przy dodatnim temperaturowym współczynniku rezystywności
-połysk- zdolność odbijania promieni świetlnych przez wypolerowane powierzchnie
-plastyczność- zdolność do trwałych odkształceń pod wpływem naprężeń
Właściwości wynikają z wiązania metalicznego występującego między atomami oraz budowy krystalicznej. Metale stanowią najliczniejszą grupę materiałów konstrukcyjnych i narzędziowych.
Materiały ceramiczne- nieorganiczne związki metali z tlenem, azotem, borem itp., które po zaformowaniu wygrzewane są w wysokiej temperaturze; mają właściwości:
-małe przewodnictwo cieplne i elektryczne
-mała plastyczność
-niska odporność na obciążenia dynamiczne
-duża wytrzymałość, zdolność do przenoszenia obciążeń ściskających
-dobra odporność na korozję(utlenianie)
Polimery- materiały organiczne zbudowane ze związków węgla z wodorem i innymi pierwiastkami, mają właściwości:
-małe przewodnictwo cieplne i elektryczne
-duża plastyczność i odporność na obciążenia dynamiczne
-łatwość nadawania skomplikowanych kształtów
-mała gęstość
-dobra odporność korozyjna
-niska wytrzymałość mechaniczna
-niska temperatura topnienia
Kompozyty- materiały tworzone przez połączenie wymienionych wyżej materiałów w celu uzyskania materiału o odmiennych właściwościach.
Materiały:
-metalowe(stopy żelaza z węglem, miedź i stopy miedzi, aluminium, magnez, tytan, stopy żarowytzymałe, metale i stopy szlachetne)
-niemetalowe(drewno, szkło, ceramika, tworzywa sztuczne, wyroby popapiernicze, skóra, wyroby lakierowe, kity, kleje, materiały i wyroby ścienne)
-elektrotechniczne(półprzewodniki, materiały przewodzące, materiały elektroizolacyjne, materiały magnetyczne)
Skład chemiczny materiału, struktura materiału, technologia, stan powierzchni materiału i wykonanego elementu: właściwości i funkcje użyteczne materiałów.
Wszystkie materiały stosowane w technice muszą mieć właściwości:
-stabilność właściwości zapewniających funkcje użytkowe
-technologiczna możliwość wytworzenia i przetworzenia
-ekonomicznie uzasadnione wytworzenie i przetwarzanie
-ograniczenie szkodliwego wpływu środowiska w fazie wytworzenia, eksploatacji po zużyciu
Obieg materiałów w technice.
SUROWIEC-(proces hutniczy)-MATERIAŁ-(przetwórstwo)-PÓŁWYRÓB-(kształtowanie)-ELEMENT KONSTRUKCYJNY-(spajanie, obróbka powierzchniowa-PRODUKT KOŃCOWY-(zużycie)-ODPADY-
powtórny przerób do MATERIAŁU
REMINALIZACJA-(asymilacja geologiczne)-ZIEMIA-SUROWIEC
METALE
Charakteryzują się korzystnym połączeniem wysokich właściwości wytrzymałościowych i plastycznych w szerokim zakresie temperatury, dzięki czemu stanowią podstawowe tworzywo stosowane w budowie maszyn, urządzeń technologicznych i konstrukcji przemysłowych.
Wiązanie metaliczne występuje między atomami zapewnia dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne.
Do podstawowych właściwości fizycznych metali zaliczamy:
-temperatura topnienia
-gęstość
-przewodnictwo elektryczne, które można określić za pomocą oporności właściwej lub przewodności właściwej
-przewodnictwo cieplne
-moduł Younga
Podział metalu ze względu na gęstość i temperaturę topnienia:
Metale technicznie czyste:
a)lekkie: łatwo topliwe (Li, Mg, Al., Ca, Na, K)
trudno topliwe (Ti, Be, Sc)
b)ciężkie: łatwo topliwe(Zn, Cd, Sn, Pb, Hg, Bi)
trudno topliwe(Fe, Ni, Co, Cu, Cr, V, Zr, Ag)
bardzo trudno topliwe(W, Ho, To, Nb)
-miedź, aluminium znajdują zastosowanie do wyrobu przewodów elektrycznych
-złoto, srebro, platyna stosuje się do powlekania styków elektrycznych
-wolfram- elektrody świec zapłonowych, włókna żarówek oświetleniowych
Struktury krystaliczne metali:
Wszystkie metale w stanie stałym mają budowę krystaliczną, która charakteryzuje się ściśle określonym, prawidłowym rozmieszczeniem atomów (rdzeni atomowych) w przestrzeni, przy czym każdy atom sąsiaduje z taką samą liczbą atomów rozmieszczonych w jednakowych od niego odległości.
Ze względu a to, że atomy metali dążą do możliwi bliskiego zwartego ułożenia się, a gęstość metali jest większa niż niemetali.
Porządek ułożenia atomów i ich wzajemne ułożenie zależy od rodzaju materiału i warunków fizycznych - temperatury.
Przedstawienie rozmieszczenia atomów w przestrzeni w postaci schematów przestrzennych zwanych komórkami elementarnymi sieci krystalicznych, odpowiadających najmniejszym ugrupowaniom atomów, które powtarzając się wielokrotnie w przestrzeni pozwalają odtworzyć przestrzenną sieć krystaliczną.
Najprostszym typem komórki elementarnej jest komórka regularna prosta (sześcienna). Jej wielkość określa się długością boku sześcianu, zwaną parametrem sieci (wpływa na właściwości i dla każdego materiału ma określoną wartość).
W praktyce spotykane są sieci regularne:
-regularna prosta
-regularna przestrzennie centryczna (dodatkowy atom w środku)
-regularna płasko centryczna (zwarta)
Na ścianach komórki elementarnej- sieć regularna płasko centryczna, oznaczana A1 występuje w większości metali m.in. w żelazie, aluminium, niklu; wykazują dobrą plastyczność na gorąco, a niektóre także na zimno; są bardzo dobrymi przewodnikami prądu elektrycznego;
We wnętrzu komórki elementarnej- sieć regularna przestrzennie centryczna, oznacza się A2, m.in. chrom, wolfram; mniej ciągliwe niż metale gr. 1, nadają się przeważnie do obróbki plastycznej na gorąco.
Oprócz wymienionych sieci spotyka się jeszcze sieci:
-hekasagonalna przestrzennie centryczna- występuj m.in. w magnezie, tytanie, gorsze właściwości plastyczne niż metale o sieci regularnej
-tetragonalna- m.in. w białej cynie, galu, niska twardość i niska temp. topnienia
Budowa wewnętrzna ma bardzo duży wpływ na właściwości metalu, zarówno fizyczne jak i chemiczne.
-od właściwości chemicznych uzależniona jest odporność metalu na korozję
-od właściwości fizycznych uzależniona jest przewodność cieplna i elektryczna
-od właściwości mechanicznych zależy wytrzymałość, plastyczność, twardość.
Właściwości fizyczne metali:
-typ sieci
-parametr sieci
-temperatura topnienia
-gęstość
Defekty struktur krystalicznych:
-budowa kryształu ma odstępstwa od idelanego przedstawionego modelu- są to defekty budowy krystaliczne- decydują o właściwościach kryształu
W zależności od wielkości obszarów kryształu o zaburzonej budowie rozróżnia się defekty:
-punktowe
-liniowe
-powierzchniowe
Defekty punktowe- niewielkie wymiary we wszystkich trzech kierunkac krystalograficznych
-wakansy- puste miejsca w węzłach sieci krystalicznej
-atomy w położeniu międzywęzłowym
-atomy w położeniu różnowęzłowym
powodują odkształcenia sieci krystalicznej wywołując kontrakcję lub ekspansję, wraz ze wzrostem temperatury wzrasta liczba wakansów;
Rozróżnia się defekt Schotk'ego typowy dla metali technicznych oraz defekt Frankla występujący w strukturze metali alkalicznych.
Występowanie w strukturze krystalicznej metali defektów Schotky'ego stwarza dogodne warunki dla procesów dyfuzji polegającej na przemieszczeniu się atomów w krysztale. Ponieważ liczba defektów punktowych zwiększa się wraz z temperaturą, procesy dyfuzyjne zachodzą szybciej.
Defekty liniowe- zalicza się dyslokacje krawędziowe i śrubowe.
Dyslokacje krawędziowe- stanowi krawędź dodatkowej półpłaszczyzny atomowej zwanej ekstraplastyczną, wprowadzonej między płaszczyzny sieciowe o prawidłowej budowie krystalicznej.
Dyslokacje śrubowa- powstaje na skutek przemieszczania się jednej części kryształu w płaszczyźnie poślizgu względem drugiej równolegle do osi zwanej linią dyslokacji śrubowej.
Dyslokacje leżące w tzw. „płaszczyźnie poślizgu: (płaszczyznach sieciowych najgęściej wypełnionych atomami) mogą przemieszczać się w krysztale pod wpływem naprężeń statycznych.
Ruch dyslokacji krawędziowej odbywa się zgodnie z kierunkiem wektora Burgrensa, natomiast ruch dyslokacji śrubowej odbywa się w kierunku prostopadłym do wektora Burgensa.
Powstawanie dyslokacji:
-podczas krystalizacji
-w trakcie zrastania ziaren (kryształów i bloków)
-przez przekształcenie się skupisk wakansów w dyslokacje
-ze źródeł Franka-Reada
Jeżeli dyslokację krawędziową utwierdzoną w płaszczyźnie poślizgu działa naprężenie styczne, to dyslokacja ta wygina się do momentu utworzenia zamkniętej pętli i utworzenia nowej dyslokacji.
Defekty powierzchniowe- zalicza się błędy ułożenia oraz granice ziarn:
-nieprawidłowy układ płaszczyzn sieciowych najgęściej obsadzonych atomami, powstaje w kryształach o sieci RSC, błędy ułożenia: wewnętrzny (brak płaszczyzny sieciowej), zewnętrzny (dodatkowa płaszczyzna sieciowa)
-większość materiałów stosowanych w technice ma strukturę polikrystaliczną utworzoną z niewielkich obszarów różniących się orientacją krystalograficzną, rozdzielonych granicą ziarn; pasmo szerokości kilku średnic atomowych, w których rdzenie atomowe są rozmieszczone w sposób nieuporządkowany- podobny jak w fazie ciekłej; towarzyszy mu wzrost energii wewnętrznej:
~wąskokątowe- w miejscu zetknięcia podziarn; charakteryzują się niewielkim kątem dezorientacji krystalicznej do 16stopni; zbudowane najczęściej z dyslokacji krawędziowych; tworzące stabilne ścianki dyslokacyjne.
~szerokokątowe- charakteryzują się dużym kątem dezorientacji zairn na których styku powstaje; ich budowa jest bardzo złożona;
Kształtowanie struktury i właściwości metali.
Produkcja żelaza i jego stopów.
Żelazo produkuje się z rud tlenkowych:
-magnetytu Fe2O4- zawiera ok. 50-70% czystego Fe
-chematytu- zawiera ok. 25-60% czystego Fe
-syderytu FeCO3 - zawiera ok. 25-40% czystego Fe
Etapy produkcji:
a)przygotowanie rudy- kruszenie, sortowanie, wzbogacanie, spiekanie celem procesu jest uzyskanie surowca o możliwie dużej zawartości żelaza
b)redukcja tlenku żelaza- główny produkt- surówka zawierająca ok. 4% węgla za pośrednictwem węgla, produkty uboczne- żużel, gaz wielkopiecowy, ciekłą surówkę dostarcza się następnie do pieców stalowych, najczęściej konwertorów lub elektrycznych pieców łukowych;
c)rafinacja- zapewnia uzyskanie małej ilości gazów i wtrąceń niemetalicznych. Proces zachodzi w urządzeniach metalurgi pozapiecowej.
Wytopioną w agregatach stalowniczych stal spuszcza się do kadzi, później do form zwanych wlewnicami- celem jest nadanie jej kształtu odpowiedniego do dalszej przeróbki stal zakrzepnięta w krystalizatorze lub we wlewnicy nazywa się wlewkami.
Wytop surówki żelaznej: piec jest ładowany od góry mieszaniną rudy, koksu i kamienia wapiennego. Wdmuchiwane od dołu strumienia gorącego powietrza powodują reakcje chemiczne, w których tlenki żelaza ulegają redukcji surówka żelazna oraz żużel są zbierane oddzielnie i dołu pieca.
Technologię ciągłego odlewania stali dzieli się na:
a)konwencjonalne, polegające na odlewaniu wlewków o przekroju kwadratowym, prostokątnym lub kołowym.
b)odlewanie na wymiary bliskie wymiarom wyrobów końcowych
c)odlewanie bezpośrednio na wymiar końcowy
Obecnie ok.85% stali uzyskuje się poprzez odlewanie ciągłe.
KRYSTALIZACJA
KRYSTALIZACJA- jest to proces przejścia z stanu ciekłego w stan stały w czasie którego następuje krzepnięcie ciekłego metalu w postaci kryształów.
Aby proces krystalizacji mógł się rozpocząć, musi mu towarzyszyć zmniejszenie się energii swobodnej układu. Jest to możliwe wówczas, gdy tmp. Ciekłego metalu spadnie nieco później temperatura krystalizacji, tj. temperatura równowagi fazy ciekłej i stałej.
Temperaturę, w której praktycznie rozpoczyna się proces krystalizacji nazywamy rzeczywistą temperaturą krystalizacji.
Różnicę między teoretyczną a rzeczywistą temperaturą krystalizacji nazywamy stopniem przechłodzenia.
Krzywe chłodzenia (etapy krystalizacji).
Rozpatrując krzywe przedstawiające zmianę temperaturę w funkcji czasu podczas chłodzenia ciekłego metalu obserwujemy:
-początkowo ciągły spadek temperatury
-natomiast po osiągnięciu temperatury krystalizacji na krzywej temperatury- czas pojawia się poziomy odcinek
Oznacza to, że odpływ ciepła jest kompensowany przez wydzielające się ciepło krystalizacji.
-po zakończeniu procesu krystalizacji zakrzepły metal stygnie i temperatura ponownie zaczyna się obniżać.
W przypadku niektórych metali może wystąpić silne przechłodzenie w stanie ciekłym i w pierwszym momencie krystalizacji ciepło krystalizacji zaczyna gwałtownie się wydzielać, co powoduje podwyższenie temperatury przechłodzonego metalu, która zbliża się do temperatury teoretycznej.
Krystalizacja wlewka:
Proces krystalizacji przebiegający w warunkach rzeczywistych staje się bardziej złożony na skutek wpływu różnych czynników ubocznych, np. przy odlewaniu dużych wlewków stalowych do wlewnicy, kryształy rosną najszybciej w kierunku prostopadłym do jej ścianki, tj. w kierunku najistotniejszego doprowadzenia ciepła.
Strefy krystalizacji:
a)strefa kryształów zamrożonych- powstają na skutek nagłego zetknięcia się metalu ze ściankami wlewnicy, co powoduje raptowny spadek temp. znaczne przechłodzenie i powstanie dużej liczny zarodków.
b)strefa kryształów słupkowych- prostopadłe do ścianek, tj. w kierunku najsilniejszego odprowadzenia ciepła; są większe od zamrożonych, gdyż tworzą się w warunkach wolniejszego odpływu ciepła a więc w dłuzszym czasie
c)strefa kryształów równoosiowych- w środkowej części wlewka zaznacza się już określony kierunek odpływu ciepła, a temperatura krzepnącego metalu niemal całkowicie się wyrównuje
Wzajemne rozmieszczenie wymienionych trzech stref w objętości wlewka ma duże znaczenie praktyczne, ponieważ wzdłuż miejsc styku mogą powstawać pęknięcia.
STAL
Surowiec uzyskany w procesie metalurgicznym z fazy ciekłej, przerobiony plastycznie i obrabialny cieplny stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami.
Kryterium podziału:
-skład chemiczny- niestopowe, stopowe
-podstawowe zastosowanie- konstrukcyjne, narzędziowe, o szczególnych właściwościach
-stan kwalifikacji- surowy, zmiękczony, normalizowany i inne
-postać- lana, kuta, walcowana na gorąco, walcowana na zimno, ciągniona
-rodzaj wyrobów- blachy, pręty, druty, rury, odkuwki itp.
-sposób odtlenienia- uspokojona, półuspokojona, nieuspokojona
-sposoby wytwarzania- elektryczna, konwertowana i inne
-stopień czystości- zwykłej jakości, wyższej jakości, najwyższej jakości
Podstawowym składnikiem stali obok żelaza jest węgiel. Jego zawartość w stali nie przekracza 2,11%.
Pozostałe pierwiastki dzielimy na:
-domieszki, których ni udało się lub nie opłacało się usunąć w procesie metalurgicznym
-dodatki stopowe, wprowadzane do metalu celem uzyskania określonych zmian strukturalnych oraz odpowiednich właściwości;
Domieszki- tworzą wtrącenia niemetaliczne, głównie:
Tlenki, siarczki- pogarszają właściwości mechaniczne stali, np. tlen(obniża właściwości wytrzymałościowe i plastyczne stali), fosfor, siarka(powoduje kruchość na gorąco, pogarsza spawalność stali), wodór(powoduje intensywne pogorszenie plastyczności, wystąpienie mikropęknięć)
Podział stali ze względu na skład chemiczny:
STAL:
a)niestopowe(podstawowe, jakościowe, specjalne)
b)stopowe(jakościowe, specjalne, niskostopowe(stężenie jednego pierwiastka oprócz węgla nie przekracza 2% a suma pierwiastków łącznie nie przekracza 3,5%), średniostopowe(stężenie jednego pierwiastka oprócz węgla przekracza 2% lecz nie przekracza 8%), wysokostopowe(stężenie jednego pierwiastka przekracza 8% a suma pierwiastków nie przekracza 55%
W zależności od głównego pierwiastka lub kilki pierwiastków występujących w stalach stopowych można wydzielić następujące ich grupy:
Stale manganowe, krzemowe, niklowe, manganowo-krzemowe, chromowe, chromowo-niklowe, chromowo-molibdenowe, chromowo-manganowo-krzemowe, chromowo-niklowo-molbdenowe;
Stal o szczególnych właściwościach chemicznych i fizycznych.
Stal o specjalnych właściwościach chemicznych i fizycznych odznacza się na ogół dużą zawartością pierwiastków stopowych- których zawartość przekracza niekiedy 50%, dlatego nazywa się je stopami specjalnymi.
Znajdują one zastosowanie ze względu na następujące cechy:
-odporność na korozję
-specjalne właściwości magnetyczne, elektryczne, cieplne
-bardzo wysoką wytrzymałość i dużą odporność na ścieranie
-żaroodporność i żarowytrzymałość,
Stal odporna na korozję w zależności od składu chemicznego dzieli się na:
-stal trudno rdzewiejącą,
-stal nierdzewną chromową,
-austenityczną stal kwasoodporną,
Stal odporną na korozję, stal żaroodporną i żarowytrzymałą oznacza się literami określającymi składniki stopów i liczbami podając w % zawartość tych dodatków.
Zawartość węgla określa się liczbami całkowitymi oznaczającymi średnią zawartość tego pierwiastka w dziesiątych procentu.
Gdy zawartość węgla jest mniejsza od 0,07% na początku znaku stali podaje się ), gdy jest mniejsze od 0,03% podaje się 00- 0H13, 0H17
Gdy będzie więcej niż 0,07% podaje się 1.
Stal trudnordzewiejąca dzieli się pod względem odporności na korozję atmosferyczną na 5 klas- 0 I II III IV
Stopień odporności na korozj atmosferyczną wyraża się liczbą określającą, ile razy mniejszych ubytków korozyjnych w porównaniu do stali o odporności 0 można oczekiwać stosując stale klasy I do IV.
Stal nierdzewna chromowa zawiera ok. 13 lub 18% Cr.
Struktura tej stali zależy przede wszystkim od zawartości węgla. Stabilność strukturalną ferrytu zwiększa się.
Zastosowanie stali chromowej:
-produkcja urządzeń do produkcji i przewozu kwasu azotowego oraz części maszyn dla przemysłu spożywczego wykonanych ze stali niskowęglowej zawierającej ok. 0,1% węgla i ok. 17% chromu, np. H17 i H17N2
Stal ta jest również odporna na działanie:
-stopionej siarki i jej par
-rozcieńczonych kwasów organicznych
-mydła
-produktów żywnościowych
-korozji naprężeniowej
Na części od których wymaga się wysokiej odporności na ścieranie zaleca się stosować stal H18 hartowaną i nisko odpuszczaną.
Austenityczna stal kwasoodporna stanowi podstawową grupę gatunków stali odpornej na korozję.
Zawartość składników stopowych jest odbierana tak, aby w temperaturze otoczenia uzyskać stabilną struktur austenityczną.
Stal austenityczna kwasoodporna !H18N9 jest odporna na korozję atmosferyczną, roztwory NH3 i słabych kwasów organicznych, działanie wody morskiej, kwasów nieorganicznych z wyjątkiem siarkowego, fluorowodorowego, solnego i kwasu mrówkowego. Stosowana jest w przemyśle chemicznym i spożywczym. Stal 1H18N9T jest odporna na korozję międzykrystaliczną.
Stal żaroodporna, czyli stal przeznaczona na elementy maszyn i urządzeń pracujących w wysokich temperaturach. Powinna mieć 2 właściwości:
-żaroodporność- odporność na korozyjne działanie gazów w wysokiej temperaturze
-żarowytrzymałość- zdolność do przenoszenia obciążeń mechanicznych w wysokiej temperaturze
Żaroodporność stali uzyskuje się przez utworzenie na jej powierzchni zwartej i dobrze przylegającej warstwy tlenków Cr2O3, Al2O3 utleniających dyfuzję tlenu do metalu.
Żarowytrzymałość stali zapewniają pierwiastki zwiększające energię wiązania atomów i sieci roztworu stałego.
Podstawowym pierwiastkiem stopowym występującym we wszystkich stalach żaroodpornych jest chrom- zawartość 5-25%, np. H5H<0,15C, <0,5Hn, <0,5Si, 5,2Cr, <0,5Ni
Stal o specjalnych właściwościach mechanicznych:
-stal o dużej odporności na ścieranie, np. stal manganowa- tzw. wadfielda oraz
-stal o dużej wytrzymałość, np. stal niskowęglowa o strukturze martenzytycznej utwardzona wydzieleniowo tzw. stal typu <medzik>
DREWNO
Surowiec otrzymywany ze ściętych drzew i ukształtowany przez obróbkę na odpowiednie asortymenty, tworzywo o budowie komórkowej, komórki zbudowane z substancji drzewnej, a wnętrze wypełnia zmienna ilość powietrza wody, porowatość drewna waha się od 10 do 50%. W przekroju poprzecznym każdego pnia drzewnego można wyróżnić: kora, łyko, miazga(stanowi tkankę rozmnażającą się z wytworzeniem łyka i drewna właściwego), właściwe drewno, składające się z bieli i twardzieli, rdzeń; najwartościowszą częścią pnia są biel i twardziel zawierające: żywicę, garbniki, olejki eteryczne decydujące o trwałości. Charakterystyczna cecha drewna- przyrost masy drzewnej, co decyduje o wyglądzie i jakości drewna. Słoje roczne są szczególnie widoczne w drzewie iglastym. Pod względem chemicznym drewno składa się z : celulozy, ligniny, hemicelulozy, wody, żywicy, cukrów, garbników, substancji mineralnych. W suchym drewnie iglastym zawartość celulozy wynosi 53-54%, liściastym 43-48%. Gęstość drewna(pozorna) jest zależna od stopnia jego wilgotności oraz porowatości. Gęstość drewna: świeżo ściętego, powietrzno-suchego, całkowicie suchego(wilgotność 0%). Elementy drewna dostrzegalne gołym okiem nazywa się makroskopową budową drewna i zalicza się do nich: rdzeń słoje rocznych przyrostów, biel, twardziel, promienie rdzeniowe. Elementy po odpowiednim powiększeniu - mikroskopowa budowa drewna: włókna drzewne, naczynia, cewki, promienie rdzeniowe, przewody żywiczne.
U wielu gatunków drewna na przekroju poprzecznym i podłużnym występują:
a)ciemniejsze zabarwienie części wewnętrznej zbudowanej z komórek martwych- twardziel
b)jaśniejsze zabarwienie strefy przyobwodowej z komórek żywych- biela
Podział drewna ze względu na zabarwienie:
a)biel(beztwardzielowe)-buk brzoza, grab lipa
b)twardziel(twardzielowe)-sosna, modrzew, dąb, jesion
Drewno jest bardzo dobrym materiałem konstrukcyjnym, zarówno w stanie naturalnym, jak i w postaci sklejek, płyt spilśnionych, wiórowych itp. Cechuje go: lekkość, trwałość, sprężystość, znaczna wytrzymałość mechaniczna, mały współczynnik rozszerzalności cieplnej, bardzo mała przewodność cieplna, łatwość obróbki. W stanie suchyym drewno ma bardzo małą przewodność elektryczną. Ujemne cechy: higroskopijność, zwiększenie wilgotności drewna prowadzi do jego butwienia ujemnie wpływa na właściwości wytrzymałościowe;
Charakterystyka ważniejszych gatunków drewna:
SOSNA: jasnożółta biel, czerwonobrunatna twardziel, silnie przesycona żywica, łatwo obrabialne, łupliwe o średnim okresie trwałości, stosowane w budownictwie, na pokłady kolejowe do produkcji papieru;
ŚWIERK: barwa biała z lekko żółtym odcieniem, słabo żywiczne i trudno obrabialne, stosowane w przemyśle papierniczym, budownictwie lądowym i wodnym, budowa wagonów kolejowych, wyrób wełny drzewnej.
BRZOZA: drewno beztwardzielowe, barwa biała o żółtym odcieniu, mało trwałe.
DĄB: duża twardość, gęstość i wytrzymałość, stosowane w budownictwie, meblarstwie, do wyrobu beczek;
GRAB: beztwardzielowe, barwa biała, odporne na ścieranie, stosowany do wyrobu części maszyn,
BUK: beztwardzielowe, barwa biała z różnymi odcieniami, wyraźne słoje, wyrób lotniczej i stolarskiej, klepki podłogowe;
JESION: jasnożółta barwa, twardy, sprężysty, trudno obrabialny, stosowany do wyrobu śmigieł lotniczych, nart
Podział drewna ze względu na pochodzenie:
DREWNO:
a)iglaste:sosna, jodła, świerk, modrzew, cedr, cis
b)liściste: miękkie:lipa, topola, osika; twarde:grab, buk;
W Polsce najpopularniejszym gatunkiem jest: sosna (75%), świerk i jodła(ok.12,5%)
Na gatunki liściaste przypada ok. 12,5%.
Ogólny podział drewna:
a)okrągłe: okrąglaki tarczne, budowlane, kopalnione, słupy telefoniczne i telegraficzne, papierówka
b)opałowe
c)obrobione: półokrąglaki ićwiatówki, tarcice, parkiety i klepki posadzkowe, podkłady kolejowe, wyroby z drewna łupanego.
TARCICA- materiał drewniany uzyskiwany przez rozpiłowanie okrąglaków. Dzieli się na: obrzynaną, obrabianą ze wszystkich stron, o stałej grubości i szerokości, o stałej grubości i zmiennej szerokości.
Materiały produkowane z drewna:
-forniry i okleiny: cienkie płyty drewniane, wyrabiane z róznych gatunków drewna przez maszynowe skrawanie, forniry ze szlachetnych gatunków drewna- okleiny, forniry z drewna sosnowego są stosowane do wyrobu sklejki
-sklejki- płyty sklejane z nieparzystej ilości fornirów, przy czym włókna w przylegających do siebie warstwach przebiegają pod kątem prostym. Rozróżnia się sklejki iglaste i liściaste oraz cienkowarstwowe i grubowarstwowe, sklejka wykazuje lepsze właściwości mechaniczne, większą odporność na czynniki atmosferyczne, znaczna wyższa dźwiękochłonność,
-płyty pilśniowe- wytwarzane z włókien drzewnych z dodatkiem olejów schnących lub żywic krezolowych i mocznikowych; porowate- do izolacji akustycznych w budownictwie, twarde- w meblarstwie, budowa wagonów, budowa mieszkań
-płyty wiórowe, trocinowe, paździerzowe- wytwarzane przez sklejenie wiórów, trocin, paździerzy klejem mocznikowym lub mocznikowo-formaldehydowym pod ciśnieniem, stosuje się w meblarstwie, budownictwie itp.
-płyty wiórowo-cementowe- wyrabian z impregnowanych wiórów drewnianych i cementu; stosowane na wykładziny dźwiękochłonne i do budowy lekkich ścianek działowych
-drewno warstwowe- sklejanie wodoodpornym klejem syntetycznych pod ciśnieniem 20Mpa, przy czym włókno w przylegających do siebie warstwach mogą mieć dowolny kierunek, stosowane do części maszyn i konstrukcje lotnicze(śmigła)
-drewno prasowane- utwardzane przez prasowanie pod ciśnieniem 40 Mpa w temperaturze 70-160 C stosowany głównie na części maszyn
-wełna drzewna- wytwarzane z drewna okrągłego dzieli się na: zwykłą jajczarską, owocarska(artykuły spożywcze, ceramiczne), budowlana(wyrób płyt wiórowo-cementowych), tapicerstwo
Wyroby papiernicze- wyroby przemysłowe w postaci arkuszy w wstęg otrzymane z rozrobionych włókien najczęściej pochodzenia roślinnego, rzadziej zwierzęcego, dzielą się na 4 odmiany w zależności od składu:bezdrzewna (BD), półdrzewna(PP), drzewna(D), mieszana(H); W zależności od przeznaczenia: papier drukowy, do pisania i kreślenia rysunków, higieniczny, chłonny i filtracyjny, podłożowy, elektrotechniczny, przemysłowo-techniczny, pakowy
Uszlachetnianie papieru polega na jego powlekaniu, nasycaniu, laminowaniu lub drukowaniu(tapety).
PRESZPAN- wytwarzany ze szlachetnych surowców włóknistych w postaci arkuszy, przy czym bardzo grube arkusze uzyskuje się przez sklejenie kilku arkuszy; zastosowanie: jako materiał izolacyjny, w elektrotechnice, do wyrobu uszczelek, niektóre materiały budowlane;
FIBRA- otrzymane w wyniku działania chlorku cynku na celulozę lub cienkie arkusze papieru bawełnianego: warstwowa, niewarstwowa; zastosowanie: uszczelki, niektóre części maszyn. Walizki;
ELEKTROTECHNIKA
Prąd elektryczny:
-uporządkowany ruch ładunków elektrycznych
-ogół zjawisk związanych z przepływem i warunkami przepływu ładunków elektrycznych
wielkości: natężenie, napięcie(różnica potencjałów elektrycznych pomiędzy dwoma punktami), moc, energia,częstotliwość, ładunek elektryczny, natężenie pola elektrycznego,
rodzaje prądów: stałe, zmienne
rozpatrujemy w formie zmienności w czasie, zmienność w przestrzeni jest zagadnieniem teoretycznym
źródła energii elektrycznej: układy elektrostatyczne, piezoelektryki, ogniwa termoelektryczne, baterie ogniw chemicznych, baterie ogniw fotoelektrycznych, generatory lokalne, generatory energetyczne przetwarzające: energie cieplną- spalania lub przemian jądrowych, energię wodną, energię wiatrową;
wtórne źródła prądów: zasilacze- urządzenia elektroniczne zasilane z sieci energetycznej dostarczające prąd o wymaganych parametrach, przetwornice napięcia, akumulatory
prawa elektrotechniki: Ohma, Kirchoffa (suma napięć w obwodzie zamknietym równa się 0, suma prądów wpływajacych do węzła równa się 0)
połączenia impedancji: szeregowe, równoległe
rodzaje obciążeń elektrycznych: rezystancyjne- R, indukcyjne- L, pojemność C
SZKŁO
Bezpostaciowa substancja otrzymana ze stopionej mieszaniny odpowiednich materiałów(tlenków), która przy chłodzeniu ze stanu ciekłego przechodzi w stan szklisty, odpowiadający stanowi przeobrażonej cieczy przechłodzonej;
Najważniejszym materiałem wykazującym zdolności szkłotwórcze jest krzemionka (SiO2), która wchodzi w skład wszystkich szkieł znajdujących praktyczne zastosowanie.
Szkłotwórczymi są również trójtlenek boru B2O7 (stopy SiO2 i B2O3 z tlenkami potasowców i wapniowców.
Zalety szkła: taniość, mała przewodność cieplna i elektryczna, nieprzenikalność cieplna i elektryczna, nieprzenikalność dla cieczy i gazów, odporność na działanie czynników atmosferycznych, rozcieńczonych kwasów i zasad, niepalność, łatwość kształtowania w stanie plastycznym, gładkość i połysk powierzchni, przezroczystość, odporność na działanie podwyższonej temperatury;
Dzięki temu szkło znalazło zastosowanie w budownictwie, komunikacji, lecznictwie, gospodarstwie domowym, w gałęziach przemysłu i nauki.
Wady szkła: kruchość, wrażliwość na zmiany temperatury.
Podział szkła z względu na przeznaczenie: budowlane, techniczne, gospodarcze i do wyrobu opakowań;
Budowlane dzieli się na: okienne, zbrojne(płyty z wtopioną siatką metalową), na elementy budowlane(lukstery, dachówki), matowe i deseniowe oraz marbolity.
Cechą szkła budowlanego jest mały współczynnik pochłaniania dźwięku a duży współczynnik jego odbicia. Produkowane ze szkła krzemowo-sodowo-wapniowego.
Techniczne obejmuje dużą ilość gatunków, zależnie od przeznaczenia zawierających obok SiO2, określone ilości różnych tlenków.
Labolatoryjne- odporne na działąnie chemikaliów i wysokiej temperatury
Elektrotechniczne izolatorowe- duży opór właściwy, mała stratność dielektryczna, duża wytrzymałość mechaniczna
Elektropróżniowe właściwości podobne do elektrotechnicznego izolatorowego.
Optyczne jednorodność, bezbarwność, odprężone termicznie.
Kwarcowe najodporniejsze na działanie rozcieńczonych kwasów mało odporne na działanie zasad, odporne na zmiany temperatury i działanie wysokich temperatur o dużym oporze elektrycznym właściwym.
Specjalne- lustrzane, dozometryczne, ognioodporne, ochronne (pochłania promieniowanie)
Gospodarczo stosowane jest na wyroby dla gospodarstwa domowego lub przedmioty ozdobn.
-kryształowe- duży współczynnik załamania światła i pięknym dźwiękiem (lekkie, ciężkie), wadą jest skłonność do krystalizacji
-szkło na opakowania- szkło krzemowo-sodowo-wapniowe, zawierające Al2O3 i Fe2O3
-szkło krystaliczne- duża wytrzymałość, wysoka twardośći wysoka temperatura mięknięcia, dobra odporność na korozję i ścieranie, produkowane z dodatkiem złota, srebra, platyny albo TiO2
Podział szkła ze względu na skład chemiczny:
-kwarcowe- duża odporność na czynniki chemiczne, sodowo-wapniowe, borowo-krzemowe, wysokoglinowe-twarde, ołowiowe (kryształowe szkło)- duża odporność lektryczna, dobre właściwości dielektryczne, duży współczynnik załamania światła
Inne rodzaje szkła: bezpieczne(trudno tłukące się), zbrojne siatką metalową, wielowarstwoe, hartowane
Materiały szklane: piankowe(szkło), włókna szklane, wata szklana(materiał izolacyjny)
Produkcja szkła: przygotowanie surowca, mieszanie, stapianie, klarowanie, ujednorodnianie, studzenie, formowanie, odprężanie, obróbka końcowa
CERAMIKA
Wyroby formowane z plastycznych surowców ceramicznych jak: glina iłowa, kablin, glina zwykła itp. Dawniej zaliczano do niej wyroby z naturalnych glin oraz z ich mieszanin wypalane do stanu spieczenia w wysokiej temperaturze.
Podział ze względu na temperaturę wypalania:
-wyroby o czerepie porowatym- cegły, pustaki, dachówki
-wyroby o czerepie nieporowatym- porcelana(wytwarzana z czystych materiałów)
Podział porcelany ze względu na skład i temperaturę wypalania:
-miękka (wyroby artystyczne)
-twarda(wyroby elektrotechniczne, naczynia)- wytrzymała na ścieranie, działanie kwasów i soli
Rodzaje:
-porcelit- wyrób pomiędzy porcelaną a fajansem
-kamionka: gospodarcza, kanalizacyjna, elektrotechniczna, kwasoodporna, sztukateria
-klinker: budowlany, drogowy, posadzkowy
-płyty terakotowe (produkowane z gliny ogniotrwałej, stosowane do wykładania posadzek.
Materiały cerammiczne: magnetyczne, elektroizolacyjne, żaroodporne, żarowytrzymałe.
Spieki ceramiczno-metalowe- materiały uzyskiwane przez połączenie proszków ceramicznyc z metalowymi
CERAMIKA
-wyrobu o czerepie porowatym: węglarskie, garncarskie, kaflarskie
-wyroby o czerepie nieporowatym: kamionka, porcelit, klinkier, porcelana, płyty terakotowe
Etapy produkcji: przygotowanie masy, mieszanie, odpowietrzanie, formowanie, suszenie, wypalanie, studzenie
POLIMERY
Tworzywa wielocząsteczkowe, są materiałami organicznymi zbudowanymi ze związków węgla z wodorem i innymi pierwiastkami; zbudowane są z wielu identycznych, niewielkich grup atomów zwanych manomerami, tworzących łańcuchy za pomocą wiązań kowalencyjnych- prosty manomer jest cząstką etylenu C2H4, zastępując w nim atom wodoru innym atomem lub grupą atomów X otrzymuje się:
Cl polichlorek winylu
CH3 polipropylen
C6H5 polistyren
Polimery:
a)liniowe- monomery połączone liniowo w łańcuch między łańcuchami polimeru występują słabe wiązania Van der Waalsa
b)silnie usieciowane- monomery mające więcej niż dwa aktywne wiązania i w wyniku czego powstają cząstki dwu lub trójwymiarowe
c)rozgałęzione i nieznacznie usieciowione- pod względem struktury i właściwości wykazują miejsce pośrednie.
Inne polimery zawierają atomy:
-tlenu- akrylany
-azotu- poliamidy
-krzemu- silikony
-fluoru- fluoroplastiki
wszystkie atomy wodoru zastąpione fluorem politetrafluoroetylen (teflon)
Właściwości tworzyw wielocząsteczkowych można kształtować w procesie polireakcji oraz poprzez modyfikację.
Polimeryzacja- łączenie wielu cząsteczek monomeru, któremu nie towarzyszy wydzielanie małocząsteczkowych produktów ubocznych; przebiega bez zmiany składu substancji reagujących; polimer różni się od monomeru wielkością;
Polikondensacja- (polimeryzacja polikondensacyjna) polega na łączeniu się wielu cząsteczek monomerów w jedną cząsteczkę z wydzieleniem prostego związku- jako ubocznego produktu reakcji. Skład chemiczny polimeru powstającego w wyniku tego procesu nie jest identyczny ze składem monomeru, np. powstawanie
Poliaddycja- proces łączenia się cząsteczek monomeru wskutek przemieszczania ruchliwego atomu wodoru. Powoduje to powstawanie reaktywnych ośrodków w monomerze i umożliwia łączenie się jego cząstek; nie występuje wydzielanie się małocząsteczkowych produktów ubocznych, polimer ma taki sam skład jak reagent.
Tworzywa otrzymane przez:
a)polimeryzację- polietylen, polistyren, polipropylen, poliformaldehyd
b)polikondensację- fenoplasty, aminoplasty, poliestry, poliamidy
c)poliaddycję- poliuretany, tworzywa epoksydowe, poliamidy otrzymane z laktamów
Metody tworzyw wielkocząsteczkowych:
a)formowanie wytryskowe
b)wytłaczanie
c)formowani próżniowe
d)prasowanie: tłoczne, przetłoczne
e)odlewanie
Tworzywa wielocząsteczkowe:
a)elastomery: tworzywa wulkanizujące, niewulkanizujące
b)plastomery: duroplasty(tworzywa termoutwardzalne), termoplasty(tworzywa termoplastyczne)
Elastomery- polimery prawie liniowe, małe stopnie usieciowienia, wykazują odkształcenie elastyczne, zmianę właściwości elastycznych kauczuku osiąga się na drodze wulkanizacji
Elastomery wulkanizujące: Kauczuk naturalny- duża elastyczność; kauczuk silikonowy- odporność na starzenie, wysoka temperatura rozkładu.
Elastomery niewulkanizacyjne: polichlorek winylu zmiękczony, polioctan winylu- plastyczność, kleistość
Plastomery- tworzywa, które w temperaturze pokojowej nie wykazują odkształceń elastycznych, pod niewielkimi obciążeniami ulegają nieznacznym odkształceniom sprężystym, natomiast przy większym obciążeniu występują w stanie szklistym lub wysokoelastycznym;
Polimery termoplastyczne- przy podgrzaniu szybko miękną i przechodzą w stan ciekły zachowując się jak lepka ciecz- formowanie
a)bezpostaciowe b)krystaliczne- nie mają określonej temperatury topnienia
Duroplasty- gęsto usieciowane przez utworzenie wiązań poprzecznych
a)termoutwardzalne- występują w stanie bezpostaciowym, uporządkowanie łańcuchów jest niemożliwe fenoplasty, aminoplasty, np. tworzywa anilinowe, melaminowe
b)chemoutwardzalne- zawierają czynne grupy funkcyjne utwardzające się przez wprowadzenie związków chemicznych zdolnych do reagowania z tymi grupami, np. epoksidy, silikony,
KOROZJA
Proces stopniowego niszczenia materiałów wskutek chemicznej lub elektrochemicznej reakcji z otaczającym środowiskiem; korozji ulegają w różnym stopniu wszystkie tworzywa, najintensywniej metale.
Rodzaje korozji:
a)chemiczna- spowodowana utlenianiem
b)elektrochemiczna- spowodowana elektrochemicznym rozpuszczeniem metalu stanowiącego anodę ogniska galwanicznego;
c)selktywna- polega na niszczeniu jednej lub kilku faz stopu ze znacznie większą szybkością od szybkości uszkodzenia
d)międzykrystaliczna- przebiega na granicach ziarn metalu powodując obniżenie jego wytrzymałości i ciągliwości
e)naprężeniowa- wywołana jednoczesnym oddziaływaniem na metal środowiska korozyjnego oraz naprężenia rozciągającego;
Korozja chemicza- polega na niszczeniu powierzchni metalu w wyniku działąnia na nią suchych gazów oraz cieczy nie będących elektrolitami
a)korozja gazowa- w wysokiej temperaturze
b)korozja tlenowa- występuje w przypadku działania tlenu na metal, w wyniku czego powstają produkty utleniania nazywane zgorzeliną; zgorzelina powstała na metalach posiada najczęściej budowę wielowrstwową;
-warstwa zewnętrzna jest z reguły zwarta
-granicząca z powierzchnią metalu- porowata
Skład chemiczny zgorzeliny zależy od reakcji chemicznych zachodzących między metalem a utleniaczem oraz termodynamicznej trwałości utworzonych związków;
Odporność metalu na agresywne działania gazów utleniających zależy od:
-właściwości metalu, właściwości ochronnych utworzonej na jego powierzchni zgorzeliny
-dobre właściwości ochronne wykazują zgorzeliny zwarte, szczelnie przylegające do powierzchni metalu
Właściwości metalu charakteryzuje jego powinowactwo chemiczne do tlenu, które wyraża się ilością ciepła tworzenia odpowiedniego tlenku.
Zestawienie ważniejszych pierwiastków według wzrastającego powinowactwa do tlenu jest następująca: Pt, Au, Ag, Ir, Cu, Ni, Mo, Fe, Cr, Mn, Si, Ti, Al., Mg, Be, Na, metale szlachetne;
Korozja elektrochemiczna- polega na niszczeniu metalu w wyniku przechodzenia jonów metalu do roztworu przewodzącego prąd elektryczny; mechanizm ten jest związany z powstawaniem ogniwa galwanicznego, w którym na anodzie następuje proces utleniania
Mechanizm korozji elektrochemicznej:
e- elektrowartościowość metalu i jednocześnie liczba elektronów
Me- metal z którego wykonana jest anoda
Reakacja anodowa: Me- Me2+ + 2e
Wynikiem tego będzie rozpuszczenie się anody i wydzielenie wodoru na katodzie.
Skłonność metalu do korozji elektrochemicznej zwiększa się ze wzrostem siły elektromotorycznej ogniwa korozyjnego. Rzeczywista aktywność jonów w równowadze z danym metalem poza standardowym potencjałem utleniającym w sposób istotny zależy od środowiska; Pewne środowiska, np. silne zasady oraz cyjanki, wpływają na obniżenie aktywności jonów w równowdze z metalem, powodując przesunięcie potencjału utleniającego do niższych, a nawet ujemnych wartości. Dla każdego roztworu można utworzyć odrębny szereg napięciowy- szereg galwaniczny.
W procesach korozji elektrochemicznej mogą tworzyć się ogniwa:
a)galwaniczne- utworzone z dwóch różnych metali zanurzonych w elektrolicie; metal zajmujący wyższe miejsce w szeregu napięciowym metali staje się zawsze anodą (żelazo pokryte cynkiem); odsłonięte żelazo będzie katodą, korozji będzie ulegać tylko pokrycie cynkowe będące anodą, przeciwnie działa pokrycie cynowe na żelazie przerw pokrycia powoduje, że żelazo staje się anodą i ulega przyspieszonej korozji; mikroogniwa tworzą się także w stopach wielofazowych oraz metalach polikrystalicznych
b)stężeniowe- tworzy się przez identyczne elektrody zanurzone w elektrolitach różniących się stężeniem; w procesach korozji metali powstają najczęściej stężeniowe ogniwa tlenowe, ogniwa stężeniowe tlenowe przyspieszają korozję w tych miejscach, w których stężenie tlenu jest mniejsze;
c)różnicowe ogniwa temperaturowe- utworzone z elektrod wykonanych z tego samego materiału o różnej temperaturze zanurzonych w elektrolicie o tym samym składzie chemicznej, ogniwa takie występują przede wszystkim w kotłach porowych grzejnikach oraz wymiennikach cieplnych;
Korozja atmosferyczna: stanowi najczęstszą przyczynę niszczenia metali, jej przebieg zależy od składu chemicznego atmosfery oraz stopnia zwilgocenia. W rejonach uprzemysłowionych powietrze jest zanieczyszczone związkami siarki (SO2, H2S), azotu (NH3, NO2) oraz różnych soli. W obszarach nadmorskich atmosfera zawiera sole, głównie NaCl. Wzrost wilgotności powietrza powyżej pewnej wartości, zwanej wilgotnością krytyczną znacznie przyspiesza procesy korozji. Podobnie zanieczyszczenie powietrza również intensyfikuje proces korozji atmosferycznej.
Korozja ziemna- obejmuje metale zakopane w ziemi, np. rurociągi, przebieg korozji ziemnej metali zależy od szeregu czynników, do najważniejszych należą: zawartość wilgoci w glebie, przepuszczalność tlenu- przez gleby piaszczyste łatwo przenikają do metali i woda, gleby gliniaste dłużej zatrzymują wilgoć oraz hamują dostęp tlenu do metali, zawartość związków chemicznych0 proces korozji przyspieszają chlorki, siarczany, azotany, a utrudniają węglany, kwasowość lub zasadowość- gleby o odczynie obojętnym (pH 5-8) wykazuje małą agresywność korozyjną, przewodność elektryczna- gleby o dobrej przewodności elektrycznej wykazują duża agresywność korozyjną.
Korozja wodna- szybkość korozji w wodzie zależy głównie od składników chemicznych i ich stężenia. Największą agresywność korozyjną wykazują wody, w których występują jony chlorkowe, korozja żelaza najszybciej następuje w 3% roztworze NaCl.
Zmniejszenie szybkości korozji żelaza przy większych stężeniach NaCl jest spowodowane obniżeniem rozpuszczalności tlenu na szybkość korozji stali węglowej.
Ochrona przed korozją:
a)elektrochemiczna(polaryzacja katodowa, anodowa)
b)nakładanie powłok ochronnych:
-metalowe(anodowe, katodowe)
-organiczne(powłoki malarskie, wykładziny z tworzyw sztucznych)
-konwersyjna(fosforanowe, chromianowe, tlenkowe)
-nieorganiczne(wykładzine ceramiczne, emalie, powłoki cementowe)
c)stosowanie tzw. inhibitorów korozji (anodowe, katodowe, o działaniu mieszanym)
Ochrona elektrochemiczna polega na polaryzacji prądem stałym konstrukcji metalowej.
Polaryzację katodową uzyskuje się przez połączenie chronionej konstrukcji z metalem o potencjale bardziej elektroujemnym, np. stali ze stopem cynku, aluminium z magnezem. Jest to tzw. ochrona protektorów. Uzyskuje się ją również przez podłączenie chronionej konstrukcji do ujemnego bieguna prądu stałego. Biegun dodatni jest podłączony do dodatkowej elektrody pomocniczej. Prąd popłynie od dodatniego bieguna do anody a następnie poprzez środowisko korozyjne do chronionej konstrukcji i dalej do bieguna ujemnego źródła prądu.
Polaryzację anodową uzyskuje się przez podłączenie chronionej konstrukcji do dodatniego bieguna zewnętrznego źródła prądu stałego do bieguna ujemnego podłączone jest elektroda pomocnicza, umożliwia to uzyskanie na powierzchni chronionej konstrukcji stanu pasywnego w którym szybkość zachodzenia procesu rozpuszczania anody ulega zahamowaniu, zastosowanie w przemyśle chemicznym do zabezpieczenia i aparatury chemicznej.
Powłoki ochronne: zabezpieczenie przed bezpośrednim działaniem środowiska korozyjnego.
Powłoki metalowe pod względem elektrochemicznym metalu (katodowa, anodowa).
Anodowe mają bardziej elektroujemny potencjał niż podłoże. Mechaniczne uszkodzenie powłoki katodowej…
Powłoki organiczne- najbardziej popularne to powłoki malarskie. Powinny one całkowicie i szczelni pokrywać osłaniane podłoże grubość ok. 150 mikrometrów. Czynnikiem decydującym o trwałości są: właściwe przygotowanie metalu, a szczególnie usunięcie płynów pozostałości, zastosowanie: ochrona przed środowiskiem silnie korozyjnym, np. w przemyśle chemicznym.
Powłoki konwersyjne: powłoki uzyskuje się dektochemicznie przez wytwarzaniu na powierzchni metali cienkiej warstwy związków chemicznych, np. fosforanów.
Powłoki nieorganiczne- wykonane z surowców pochodzenia mineralnego, emalie- są to szkliwa otrzymane przez stapianie naturalnych materiałów skalnych (piasku, kredy) z topnikami (boralis, soda)
Powłoki cementowe- uzyskuje się przez pomalowanie chronionych powierzchni wodną zawiesiną cementu (mleczkiem cementowym)
Inhibitory korozji- stanowią one substancje, które powodują zmniejszanie agresywności środowiska korozyjnego, są stosowane do zahamowania procesu korozji- w układach zamkniętych, pracujących ze stałym lub rzadko roztworem.
Inhibitory anodowe
Inhibitory katodowe- wpływają na przbieg reakcji katodowej procesu korozyjnego, zalicza się do nich substancje absorbujące tlen, np. siarczan sodowy, substancje osłaniające, które zmniejszają powierzchnię katody.
Inhibitory o działaniu mieszanym.
Właściwości mechaniczne materiałów: zdolność materiału do przenoszenia obciążeń zewnętrznych, określona jako jego wytrzymałość mechaniczna, stanowi podstawową cechę i wymóg stawiany materiałom konstrukcyjnym. Można ją określić na podstawie 4 prób: próby rozciągania, ściskania, skręcania, zginania. Rozciąganie: materiał poddany działaniu zewnętrznemu zwiększającego się obciążenia mechanicznego reaguje poprzez kolejne stadia jego zachowań: odkształcenia sprężyste, plastyczne, umocnienie i pękanie (dekohezja).
Wskaźniki określane w próbie wytrzymałościowej rozciągania:
1.Wytrzymałość na rozciąganie:
Rm- naprężenie rozciągające wyrażone w [askalach (Pa) odpowiadające największej sile obciążającej uzyskanej podczas przeprowadzanej próby.
Rm=Fm/So
Fm- największa siła osiągnięta w czasie próby
So-pole przekroju pierwotnego
2.Wyraźna próba plastyczna
Re- naprężenie rozciągające, po osiągnięciu, którego następuje wyraźny wzrost wydłużenia rozciąganej próbki zwiększeniem lub nawet nawet krótkotrwałym zmniejszenim siły obciążającej.
Re-Fe/So
3.W przypadku braku wyraźnej granicy plastyczności wyznacza się umowną granicą plastyczności.
Ro2=Ro2/So
4.Umowną granicą sprężystości Ro05 określa się tak jak granicę Ro2 przyjmują z wydłużenie trwałe 0,05%.
5.Wydłużenie próbki proporcjonalnej po rozerwaniu Ap i wyznacza stosunek wydłużenia bezwzględnego próby po zerwaniu deltaL Ro długości pomiarowej próbki Lo wyrażony w procentach.
Ap=deltaL/Lo
p-wskaźnik wielokrotności długości pomiarowej w odniesieniu do średniej lub średnicy równoważnej o przekroju nieokrągłym 1,13 S0, np. A5 oznacza wydłużenie prób o długości pomiarowej 5-krotnie.
6.Przewężenie- w miejscu rozerwania próbki, jest to stosunek zmniejszenia pola powierzchni pierwotnego przekroju próbki w miejscu rozerwania Sn do pola powierzchni jej pierwotnego przekroju So wyrażona w procentach.
Z= So-Sn/So
Wydłużenie i przewężenie określają własności plastyczne materiału, czyli zdolność do trwałych odkształceń natomiast pozostałe wskaźniki charakteryzują właściwości wytrzymałościowe.
Większość materiałów technicznych odkształca się sprężyście pod wpływem przyłożonego obciążenia. W zakresie odkształcenia sprężystego materiałów zależność między naprężeniem sigma a odkształceniem E zdefiniowane jest przez prawo Hooke'a.
Sigma:Eepsilon
Współczynnik proporcjonalności E łączący naprężenie i odkształcenie nosi nazwę modułu sprężystości wydłużającej lub moduł Youga.
Naprężenie styczne tał z odkształceniem y łączy moduł sprężystości poprzecznej.
T= Gy
Ponieważ odkształcenie jest wielkością niemianowaną modułu sprężystości mają taki sam wymiar jak naprężenie(Pd).
Dla tej samej wartości naprężenia odkształcenia materiału jest tym większa im mniejsza jest wartość modułu sprężystości. Moduły sprężystości charakteryzują sztywność materiału.
Ceramika- najbardziej trwały materiał.