5. DEFEKTY STRUKTURY KRYSTALICZNEJ,
defekty sieciowe, zakłócenia charakterystycznego dla danej substancji krystal. okresowego rozmieszczenia atomów w sieci krystalicznej; rozróżnia się defekty struktury krystalicznej:

1. Punktowe

• brak atomu w węźle sieci, zw. Luką

• atom w położeniu międzywęzłowym

• występujący w przypadku kryształów dwuskładnikowych tzw. defekt antystrukturalny, tj. atom jednego składnika w położeniu atomu drugiego składnika

• obcy atom w miejscu atomu macierzystego

Liniowe (dyslokacje) -

• krawędziowa w której wektor Burgersa jest prostop. do linii dyslokacyjnej

• śrubowa w której jest on do niej równoległy

• mieszana

• Płaskie - błędy ułożenia, będące zakłóceniami uporządkowania warstw atom. (np. zamiast ABCABC występuje ABCBCA)

Defekty struktury krystalicznej powstają podczas wzrostu kryształu, pod wpływem promieniowania, obróbki cieplnej lub odkształcenia plastycznego. Ich obecność wpływa na właściwości mech., elektr., magnet. i in. substancji.

6. Im więcej wad tym metal jest bardziej umocniony.

OBRBKA CIEPLNA

16. Pojęcie zabiegu i operacji w obróbce cieplnej

Operacja obróbki cieplnej - część procesu technologicznego; która jest wykonywana w sposób ciągły, przeważnie na jednym stanowisku roboczym. Sama operacja składa się z zabiegów:

- nagrzewania - ciągłe lub stopniowe podwyższenie temperatury elementu:

- wygrzewanie - przetrzymywanie elementu obrabianego w temperaturze docelowej lub pośredniej,

- chłodzenie - ciągłe lub stopniowe obniżanie temperatury elementu (wolno - studzenie, szybko - oziębianie)

17. Klasyfikacja obróbki cieplnej

Ze względu na czynniki , które wpływają na strukturę po obróbce cieplnej , wyróżnia się:

l - obróbka cieplna zwykła

II - obróbka cieplno - chemiczna

IIl - obróbka cieplno - mechaniczna (plastyczna)

IV - obróbka cieplno - magnetyczna

18,19. Obróbka cieplna zwykła (definicja)

Obróbka cieplna zwykła - proces technologiczny , którego celem jest zmiana właściwości mechanicznych i fizykochemicznych metali i stopów w stanie stałym przede wszystkim przez wywołanie zmian strukturalnych w wyniku oddziaływania temperatury, czasu i środowiska (odkształcenia plastycznego i pola magnetycznego).

Obróbkę cieplną zwykłą dzielimy na:

wyżarzanie

hartowanie i odpuszczanie

przesycanie i starzenie

20. OBRÓBKA CIEPLO-CHEMICZNA (DEFINICJA)

Obróbka cieplno-chemiczna, będąca dziedziną obróbki cieplnej, to zespół operacji, których celem jest wytworzenie zmian struktury ,a w konsekwencji zmian właściwości użytkowych warstwy wierzchniej metali i stopów w wyniku działania temperatury .czasu i środowiska. W tych procesach technologicznych wykorzystuje się szeroko nasycanie (stopowanie) dyfuzyjne czyli wprowadzanie w wyniku dyfuzji do warstwy wierzchniej metalu lub stopu w stanie stałym jednego lub kilku składników w celu nadania jej pożądanych właściwości mechanicznych i (lub) fizykochemicznych. Nasycenie to prowadzi się w temperaturze zapewniająca szybka dyfuzje. Obróbce cieplno-chemicznej poddaje się części maszyn i narzędzia wykonane najczęściej ze stopów żelaza, od których wymaga się zwiększonej odporności na ścieranie, korozyjne i erozyjne oddziaływania środowiska oraz zmęczenie mechaniczne i cieplne.

22.

1. WYŻARZANIE, operacja obróbki cieplnej polegająca na nagrzaniu przedmiotu z metalu lub stopu metali do określonej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze i ochłodzeniu z szybkością pozwalającą na utrzymanie struktury w określonym stopniu zbliżonej do stanu równowagi; zależnie od sposobu prowadzenia operacji oraz celu jej przeprowadzania rozróżnia się kilka rodzajów wyżarzania; najczęściej stosuje się wyżarzanie odprężające i rekrystalizujące.

WYŻARZANIE GRAFITYZUJĄCE, grafityzowanie, wyżarzanie stopów żelaza w temperaturze, w której następuje rozkład cementytu na ferryt i grafit; nadaje cementytowi postać kulek, zmniejsza twardość, zwiększa skrawalność.

WYŻARZANIE NORMALIZUJĄCE, normalizowanie, wyżarzanie prowadzone w temperaturze austenityzowania, później dość szybkie ochłodzenie; usuwa naprężenia własne, pozwala uzyskać drobnoziarnistą strukturę.

WYŻARZANIE ODPRĘŻAJĄCE, odprężanie, wyżarzanie prowadzone w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji; zmniejsza naprężenia własne.

WYŻARZANIE REKRYSTALIZUJĄCE, rekrystalizowanie, wyżarzanie prowadzone w temperaturze wyższej od temperatury rekrystalizacji; usuwa skutki zgniotu, przywraca plastyczność.

WYŻARZANIE UJEDNORODNIAJĄCE, ujednorodnianie, wyżarzanie przez nagrzanie do temperatury nieco niższej od temperatury solidusu i długotrwałe wygrzanie; zmniejsza niejednorodność składu chemicznego wyżarzanego stopu.

WYŻARZANIE ZUPEŁNE, wyżarzanie stali prowadzone w temperaturze austenityzowania, później powolne ochłodzenie; zmniejsza ciągliwość, usuwa naprężenia własne.

WYŻARZANIE ZMIĘKCZAJĄCE w zakresie temp. Ac1, zmiana cementytu płytkowego w kulkowy w osnowie ferrytu.

2. ODPUSZCZANIE

Odpuszczanie uprzednio zahartowanej stali polega na jej nagrzaniu do temperatury nieprzekraczającej Ac1, wygrzaniu w czasie od 30 minut do kilku godzin i oziębianiu. Operacja ta jest stosowana w celu zmiany struktury i właściwości materiału w kierunku poprawy ciągliwości i zmniejszenia kruchości kosztem obniżenia twardości oraz usunięcia występujących po hartowaniu naprężeń własnych.

W praktyce obróbki cieplnej stali rozróżnia się:

- odpuszczanie niskie - w zakresie temperatury do 250°C w czasie l - 3 h przy chłodzeniu z dowolną szybkością; stosowane do części maszyn, od których wymaga się dużej twardości przy możliwie małych naprężeniach własnych;

- odpuszczanie średnie - w zakresie temperatury 250 - 500°C; po odpuszczaniu w temperaturze powyżej 400 - 500°C uzyskuje się wysoką granicę sprężystości przy dostatecznej plastyczności (sprężyny, resory);

- odpuszczanie wysokie - pomiędzy temperaturą 500°C i Ac1 w czasie 2 - 3 h przy chłodzeniu powolnym lub przyspieszonym; stosowane do stali konstrukcyjnych w celu uzyskania optymalnego kompleksu właściwości mechanicznych, tj. dużych wartości Rm i Re przy dobrej plastyczności (duże wartości A, Z oraz K).

3. HARTOWANIE

Hartowanie polega na nagrzaniu stali do temperatury austenityzowania, wygrzaniu w tej temperaturze i oziębianiu w celu uzyskania struktury nierównowagowej martenzytycznej lub bainitycznej - odznaczającej się większą niż w stanie wyjściowym twardością i wytrzymałością oraz mniejszą plastycznością.

Temperatura austenityzowania w przypadku stali węglowych jest o 30 - 50°C wyższa od temperatury Ac3. Zbyt wysoka temperatura austenityzowania wywołuje nadmierny rozrost ziaren austenitu, co powoduje uzyskanie struktury martenzytu gruboiglastego, powodującej zwiększenie kruchości stali.

Objętościowe

martenzytyczne zwykłe,martenzytyczne stopniowe, bainityczne zwykłe, bainityczne izotermiczne

Powierzchniowe

indukcyjne,płomieniowe,laserowe,elektronowe,kąpielowe

***Hartowanie w zależności od przebiegu chłodzenia względem zakresu przemiany: perlitycznej, bainitycznej i martenzytycznej.

*przemiana bainityczna (450-250st. C):
- charakter częściowo dyfuzyjny
- jej produktem jest bainit
-w miarę spadku temperatury zwiększ się udział przemiany bezdyfuzyjnej i twardość bainitu

*przemiana martenzytyczna (poniżej 200 st. C);

- charakter bezdyfuzyjny
- produktem jest martenzyt
- austenit szczątkowy wzrasta wraz ze stężeniem węgla w stali

*przemiana perlityczna (poniżej 727-500 st. C):

- ma charakter dyfuzyjny
- jej produktem jest perlit
- przemiana fazowa austenitu w perlit zachodząca w wyniku powolnego chłodzenia stali
- im mniejsze ziarna perlitu tym większa wytrzymaość

HARTOWANIE OBJĘTOSCIOWE - zabieg austenityzowania obejmujący cała objętość hartowanego elementu. Grubość warstwy zależy od hartowności danego materiału i intensywności chłodzenia. Hartujemy i nagrzewamy tylko warstwę wierzchnią.

HARTOWANE MARTENZYTYCZNE ZWYKŁE- oziębianie z prędkością większą od krytycznej
- stale węglowe chłodzone w wodzie
- stale stopowe chłodzone w oleju lub powietrzu- wolniej
Uzyskuje się strukturę martenzytu z austenitem szczątkowym oraz inne składniki, które nie ulegają przemianą w trakcie chłodzenia (węgliki i wytrącenia niemetaliczne).
Stale tak zahartowanie mają:
- dużą hartowność od 45-65 HRC
- dużą wytrzymałość
- dużą granicę plastyczności

• małe właściwości plastyczne i udarności.
  W efekcie szybkiego chłodzenia powstają naprężenia własne, które wywołują naprężenia hartownicze, odkształcenie, wypaczenia hartowanych przedmiotów.
  
  HARTOWANIE MARTENZYTYCZNE STOPNIOWE- oziębiamy dany element do temp. Wyższej o od 30-50 st. od Ms w oleju lub kąpieli solnej, następnie studzimy do temp. Otoczenia.
  - zapewnia uzyskanie tej samej struktury i twardości jak przy hartowaniu zwykłym przy mniejszych naprężeniach i odkształceniach
  - stosowane do drobnych elementów ze stali węglowych oraz do przedmiotów o złożonych kształtach i zmiennych przekrojach
  
  HARTOWANIE BAINITYCZNE ZWYKŁE- oziębienie z szybkością mniejszą od krytycznej
  - głównym składnikiem jest bainit przy ewentualnej obecności austenitu szczątkowego i martenzytu
  - struktura ta pozwala uzyskać: lepsze właściwości plastyczne, większą udarność i wytrzymałość zmęczeniową, niższą granicę sprężystości i plastyczności.
  
  HARTOWANIE POWIERZCHNIOWE- szybkie nagrzanie warstwy wierzchniej do temp. Austenityzowania i szybkie ochłodzenie. Jest to hartowanie cienkiej warstwy wierzchniej co pozwala uniknąć dużych naprężeń i odkształceń hartowniczych. Podział:
  - indukcyjne
  - płomieniowe
  - laserowe
  - elektronowe
  - kąpielowe
  Stosuje się do stali węglowych i niskostopowych konstrukcyjnych i stali narżedziowych niskostopowych w celu:
  - zwiększenia twardości
  - wytrzymałości zmęczeniowej z zachowaniem plastyczności rdzenia oraz zmniejszenia odkształceń.
  
  HARTOWANIE IZOTERMICZNE- nie zachodzi przemiana martenzytyczna, nie powstaje martenzyt, lecz następuje rozpad austenitu na inne fazy:
  - bainit- daje własności jak po hartowaniu z odpuszczaniem.
  Zaletą jest brak naprężeń hartowniczych, lecz jest to proces długotrwały nawet do kilku godzin.



Azotowanie

Azotowanie - polega na nasyceniu warstwy powierzchniowej stali azotem. Przebiega ono zwykle w zakresie temperatury 500-600 st C w atmosferze zawierającej wolne atomy azotu. Azotowanie może być: krótko, średnio i długookresowe. Najczęściej stosuje się azotowanie gazowe i jarzeniowe.
-azotowanie gazowe- odbywa się najczęściej w atmosferze częściowo zdysocjowanego amoniaku. Grubość i twardość powierzchni azotowanej zależą od temp i czasu procesu, a także składu chemicznego stali i aktywności atmosfery.
-azotowanie jonizacyjne- odbywa się w atmosferze zjonizowanego azotu. Przyłożone napięcie wynosi 0,5-1,5 kV, a ciśnienie gazu jest obniżone do 10^-2 - 1 Pa. W wyniku zderzeń jonów azotu z powierzchnią obrabianego przedmiotu wydziela się ciepło, a obrabiany przedmiot nagrzewa się do temp azotowania. Warstwy wierzchnie wytworzone w tym procesie odznaczają się oprócz dużej odporności na ścieranie i wytrzymałości zmęczeniowej znacznie większą ciągliwością w porównaniu z warstwami uzyskiwanymi podczas azotowania innymi metodami.

Nawęglanie- polega na nasyceniu węglem warstwy wierzchniej elementów wykonanych ze stali węglowych i stopowych o zawartości węgla od 0,05-0,25%. Operację tę wykonuje się w temp występowanie austenitu, najczęściej w zakresie 900-930 st. C. Celem nawęglania jest wytworzenie warstwy wzbogaconej w węgiel o stężeniu na powierzchni 0,7-1,0% i o grubości 0,6-1,5mm, która po następnym zahartowaniu ma twardość powyżej 58 HRC, a rdzeń o twardości 25-45 HRC zapewnia odporność na obciążenia dynamiczne. Szybkość nawęglania zależy od temperatury, czasu trwania procesu i od aktywności ośrodka i składu chemicznego stali.

Borowanie
Borowanie polega na dyfuzyjnym nasycaniu borem warstwy wierzchniej stali w temp 900-1000 st C przez kilka do kilkunastu godzin. Proces odbywa się najczęściej w proszkach lub pasatach. Borowaniu dyfuzyjnego poddaje się części maszyn i narzędzi narażone w eksploatacji na zużycie przez tarcie. Warstwy są kruche szczególnie ich strefa przypowierzchniowa FeB. Borowaniu poddaje się szczególnie średniowęglowe (0,35-0,45% C) oraz niskostopowe stale konstrukcyjne. Borowane części są zwykle hartowane i nisko odpuszczane. Ich twardość powierzchniowa wynosi ok 2000 HV. Warstwy borowane na stalach stopowych mają grubość 0,08-0,15 mm. Warstwy te charakteryzują się również duża odpornością na korozyjną w wodnych roztworach niektórych kwasów oraz dużą odpornością na utlenianie w wysokiej temp.
WĘGLOAZOTOWANIE

Polega na jednoczesnym nasycaniu weglem i azowtwm wartsty wierzchniej w ośrodkach azotowych lub ciekłych . Dzielimy w zaleznowsci od temp :

-500-600 niskotempareturowe
-800-880- wysokotemperaturowe
weglozaotowanie niskotemperaturowe - odmiana azotowania
wykorzytuje się je głowenie w obrobce stali szybkotnacych w celu zwiekszania twardosci ii odpornosci na scieranie.

Celem azatowanie i następnie hartowania jest uzyskanie sttruktury : twardej, odpornej na scieranie , podwyzszona wytrzymałosc na scieranie , zachowana ciagliwosc rdzenia.

4. Stan ulepszony cieplnie T powstaje w wyniku hartowania i wysokiego odpuszczania. Wysokie odpuszczanie w zakresie od 500°C aż do temperatury Ac₁ powoduje rekrystalizację iglastego ferrytu oraz sferoidyzację, a następnie koagulację węglików. W efekcie otrzymuje się strukturę nazwaną sorbitem. Sorbit stanowi optymalny dla większości zastosowań stali kompromis między właściwościami wytrzymałościowymi i plastycznymi. W stanie T huta dostarcza gotowe wyroby.

5. Hartowanie i niskie odpuszczanie nazywa się utwardzaniem cieplnym. Prowadzi ono do uzyskania struktury odpuszczonego martenzytu, tj. martenzytu o zmniejszonej zawartości węgla z wydzieleniami drobnych węglików.

6. Stan utwardzony wydzieleniowo D. Utwardzanie wydzieleniowe, zwane także dyspersyjnym, polega na umocnieniu roztworu stałego przez wydzielenie z przesyconego roztworu stałego drobnych faz międzymetalicznych tworzonych przez pierwiastki stopowe. W stanie D dostarcza się wysokostopowe stale martenzytyczne znane jako stale maraging. Mają one wysoki poziom właściwości wytrzymałościowych

WŁASCIWOSCI MECHANICZNE MATERIAŁOW :

1. NAPRĘŻENIE, miara sił wewn. powstających w ciele odkształcanym pod wpływem obciążenia zewn. Naprężenie w dowolnym punkcie jest wektorem o wartości
gdzie F jest siłą działającą na element powierzchni przekroju A będącego otoczeniem punktu; zwrot i kierunek naprężenia są takie same jak siły F.

7. SPRĘŻYSTOŚCI GRANICA, największa wartość naprężenia przy jednoosiowym rozciąganiu lub ściskaniu, które nie powoduje powstania w materiale trwałych odkształceń (plast.), lub, w wypadku materiałów kruchych, pęknięcia;

8. Umowna granica sprężystości- jest to naprężenie, przy którym odkształcenie trwałe osiąga pewną umowną wartość (najczęściej 0,001% pierwotnej długości rozciąganej próbki)

9. PLASTYCZNOŚCI GRANICA, wartość naprężenia w materiale, powyżej której następuje w nim przejście od stanu sprężystego do plast.; po przekroczeniu granicy plastyczności następuje w rozciąganym materiale znaczny przyrost odkształceń plast.

10. UMOWNA GRANICA PLASTYCZNOŚCI w technice jako granicę plastyczności przyjmuje się takie naprężenie rozciągające, przy którym odkształcenie trwałe osiąga 0,2% pierwotnej długości próbki pomiarowej.

11. WYTRZYMAŁOŚĆ, (wytrzymałość mechaniczna), graniczna wartość oporu stawianego przez siły spójności ciała stałego obciążeniom zewn.; wytrzymałość zależy od materiału i sposobu obciążenia; rozróżnia się wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, skręcanie i zginanie; wytrzymałość wyznacza się przeprowadzając badania → wytrzymałościowe.

12. PRZEWĘŻENIE-parametr charakteryzujący rozciąganie; wyrażony w procentach stosunek ubytku pola przekroju poprzecznego rozciąganej próbki w miejscu zerwania do pola przekroju początkowego.

13. WYDŁUŻENIE-parametr charakteryzujący rozciąganie; wyrażony w procentach, przyrost długości odniesiony do długości wyjściowej.

14. UDARNOŚĆ, techn. odporność materiału na pękanie przy obciążeniach udarowych (przy uderzaniu); udarność określa się jako iloraz energii zużytej na złamanie próbki przy zginaniu i pola przekroju poprzecznego w miejscu karbu naciętego na próbce, materiały kruche mają małą udarność, a materiały plast. — dużą.

15. TWARDOŚĆ, techn. zdolność materiału do przeciwstawiania się odkształceniom plast. (trwałym) przy lokalnym, statycznym lub dynamicznym, wywieraniu nacisku na małą powierzchnię materiału. Miarą twardości jest stosunek obciążenia do powierzchni odcisku lub głębokości odcisku. Przy badaniu metali stosuje się różne metody pomiaru twardości; metoda Brinella polega na wciskaniu twardej kulki stalowej w próbkę materiału, a metoda Vickersa — diamentowego ostrosłupa; w tych metodach miarą twardości (oznaczonej odpowiednio HB i HV) jest stosunek siły nacisku do pola powierzchni trwałego odcisku pozostawionego przez kulkę lub ostrosłup. W metodzie Rockwella wgłębnik (diamentowy stożek lub kulka) jest wciskany dwustopniowo (najpierw działając obciążeniem wstępnym, potem — całkowitym), a miarą twardości (HRC) jest różnica między pewną umowną wielkością i głębokością trwałego odcisku pozostawionego przez stożek lub kulkę.

16. 2. YOUNGA MODUŁ Podczas rozciągania próbek różnych materiałów nachylenie wykresu w zakresie proporcjonalności poniżej F_p jest różne dla różnych materiałów. Tg kąta jaki tworzy ten odcinek z osią odciętych, równy stosunkowi naprężenia do odkształcenia, jakie to naprężenie wywołuje, jest miarą wartości modułu E.

17. HOOKE'A PRAWO, podstawowe prawo liniowej teorii sprężystości; podaje liniową zależność między naprężeniami i odkształceniem ciała sprężystego przy odkształceniach nie przekraczających granicy → proporcjonalności. Przy rozciąganiu (ściskaniu) jednoosiowym (jednoosiowy stan naprężeń) prawo Hooke'a ma postać σ= E ε , gdzie σ oznacza naprężenie normalne, ε — odkształcenie, E — moduł Younga (moduł sprężystości podłużnej). W przypadku pręta o długości L, rozciąganego lub ściskanego siłą podłużną F, prawo Hooke'a wyraża się wzorem L = FL/Es (gdzie L — wydłużenie bezwzględne pręta, s — pole przekroju poprzecznego) lub wzorem  ε = σ /E (gdzie σ = F/s — naprężenie, ε = L/L — względne wydłużenie pręta). Przy odkształceniach postaciowych (ścinanie, skręcanie) prawo Hooke'a wyraża się wzorem  = Gγ, gdzie  — naprężenie styczne, γ — kąt odkształcenia postaciowego, G — moduł Kirchhoffa (moduł sprężystości poprzecznej).

18. 3. WYTRZYMAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWA, największa wartość naprężenia nie powodująca pęknięcia próbki materiału przy określonej liczbie (zwykle 10⁶-10⁸) cykli zmiennego obciążenia; krótkookresowa (pęknięcie próbki przed upływem 10⁴-10⁵cykli) lub długookresowa. Wytrzymałość spada wraz ze wzrostem cykli.

19. 4. BEZPOSTACIOWE CIAŁO, ciało amorficzne, ciało stałe nie wykazujące charakterystycznego dla kryształu okresowego uporządkowania atomów (cząsteczek) i wynikających z niego właściwości.

MONOKRYSTALITY- pojedynczy kryształ lub krystalit, mający w całej objętości jednolitą budowę wewn., tj. nie wykazujący zrostów, pęknięć i wrostków innych substancji;
POLIKRYSTALITY - zbudowane z obszarów krystalicznych, oddzielone granicami ziaren amorficznych

20. NANOKRYSTALITY - krystality mniejsze od 100 Nm

21. KRYSTALIT ciało stałe mające uporządkowaną sieciową budowę wewn.; krystalit różni się od kryształu tym, że jest ograniczony przypadkowymi powierzchniami, a nie naturalnymi płaskimi ścianami.

---