2. Stale narzędziowe - stal do produkcji narzędzi, elementów przyrządów pomiarowych oraz odpowiedzialnych uchwytów. Stale narzędziowe charakteryzują się wysoką twardością, odpornością na ścieranie, niewielką odkształcalnością i niewrażliwością na przegrzanie. Cechy te osiąga się przez wysoką zawartość węgla i odpowiednią obróbkę cieplną przy narzędziach mało odpowiedzialnych oraz użycie odpowiednich dodatków stopowych połączone z odpowiednią obróbką cieplną w przypadku odpowiedzialnych narzędzi.

a) stal narzędziowa stopowa do pracy na zimno - są stosowane na narzędzia nieosiągające w czasie pracy temperatury wyższej niż 200°C. Stale stopowe do pracy na zimno w porównaniu ze stalami narzędziowymi niestopowymi wykazują podwyższoną hartowność, powodowaną głownie zwiększonym stężeniem Mn, Cr, a w niektórych gatunkach także W, V i Ni. Stale te poddawane są hartowaniu i niskiemu odpuszczaniu.

b) stal narzędziowa stopowa do pracy na gorąco - stosowana jest na narzędzia do obróbki plastycznej na gorąco i do budowy form odlewniczych narażonych na bardzo wysokie temperatury w czasie pracy. Stale te są stosowane na narzędzia pracujące w zakresie temperatury 250-700°C. Osiąga się to poprzez zastosowanie wolframu i molibdenu jako dodatków stopowych nawet do 8-10%. W stalach tych stężenie węgla jest ograniczone do ok. 0,3-0,6%. Wynika to z konieczności zapewnienia tym stalom wymaganej odporności na zmęczenie cieplne i obciążenia dynamiczne. Obróbka tych stali zaczyna się od wyżarzania zmiękczającego, później stal jest hartowana, a na końcu poddawana jest odpuszczaniu.

c) stal szybkotnąca - używana jest do wytwarzania narzędzi do obróbki skrawaniem przy dużych prędkościach skrawania. Wymaga się od nich zachowania twardości i kształtu, aż do temperatury +600°C. Cechę tę realizuje się przez zastosowanie dodatków stopowych - węgla, chromu, wolframu, wanadu, molibdenu, a w niektórych gatunkach także i kobaltu oraz odpowiednią obróbkę cieplną. Obróbka cieplna zaczyna się od odprężania w temp. ok. 600-650°C, później następuje hartowanie z kilkukrotnym podgrzewaniem, a następnie mają miejsce dwa lub więcej odpuszczania (każde trwające ok. 2h)

3. Stale stopowe do:

a) azotowania - Cechują się bardzo twardą i odporną na ścieranie warstwą wierzchnią, oraz rdzeniem o dużej wytrzymałości przy możliwe dużej ciągliwości. Obróbka cieplna stali do azotowania polega na hartowaniu i wysokim odpuszczaniu, po którym następuje szlifowanie wykończające powierzchni przewidzianych do nasycenia azotem i operacji końcowej jakim jest azotowanie.

b) nawęglania - Nawęglanie jest zabiegiem cieplnym polegającym na dyfuzyjnym nasyceniu węglem warstwy powierzchniowej stalowego elementu. Do nawęglania używa się stali niskowęglowej by podnieść twardość powierzchni. Cechują się dobrą skrawalnością, odpornością na przegrzanie, mała skłonnością do odkształceń podczas obróbki cieplnej, dużą ciągliwością rdzenia.

4. Stale o szczególnych własnościach:

a) stale żaroodporne i żarowytrzymałe - Żaroodporność to odporność stopu na działanie czynników chem. w temp. pow. 550°C. Żaroodporność jest ściśle związana ze skłonnością stali do tworzenia zgorzeliny. Zgorzelina powinna stanowić ciągłą warstwę, dokładnie przylegającą do metalicznego rdzenia, co utrudnia dyfuzję utleniacza i jonów metalu. Wymagania te spełniają niskowęglowe stale o jednofazowej strukturze ferrytu lub austenitu, o dużym stęż. Cr i Ni oraz dodatku Si i Al. Żarowytrzymałość to odporność stopu na odkształcenia, z czym wiąże się zdolność do wytrzymywania obciążeń mechanicznych w temp. pow. 550°C. Żarowytrzymałość jest uzależniona głównie od odporności na pełzanie. Dużą żarowytrzymałość wykazują stale o strukturze austenitycznej.

c) odporne na ścieranie - stal ta wykazuje dobrą obrabialność i cechuje się dużą skłonnością do umocnienia w wyniku zgniotu. Ma strukturę austenityczną

d) stale typu maraging - jest to rodzaj stali, w którym podstawowym mechanizmem umacniania jest wydzielanie faz międzymetalicznych w osnowie typu martenzytycznego z końcowym procesem starzenia. Stale tego typu zachowują dobre właściwości plastyczno-wytrzymałościowe w szerokim zakresie temperatur pracy.

8. Beryl i jego stopy

Beryl wykazuje dwie odmiany alotropowe, cechuje się wysokim modułem sprężystości, małą udarnością, wysoką przewodnością elektryczną i cieplną, jest odporny na korozję i nie nadaje się do pracy w niskich temp., jego gęst. to 1,8cm³.

Stopy berylu znajdują zastosowanie w technice lotniczej i kosmicznej, lecz ze względu na dużą kruchość, głównie na elementy pracujące na ściskanie. Stosowane są na elementy silników rakietowych, w tym komór spalania i dysz pracujących w temp. do 3000°C, z jego stopów wytwarzane są systemy anten statków kosmicznych i sztucznych satelitów, stery oraz poszycia systemów ochrony cieplnej promów kosmicznych, tarcze hamulcowe.

9. Nikiel i jego stopy

Nikiel krystalizuje w sieci A1, jest podatny na obróbkę plastyczną zarówno na zimno jak i na gorąco, jest metalem ferromagnetycznym, jest odporny na korozję atmosferyczną oraz w środowisku wody morskiej i kwasów organicznych, jego gęstość wynosi 8,9g/cm³.

Stopy niklu znajdują zastosowanie w elektryce, przem. elektronicznym i chem.; na elementy, od których wymagana jest wysoka rezystywność, żarowytrzymałość i żaroodporność; złącza elementów metal-szkło, metal-ceramika.

12. Miedź i jej stopy

Miedź krystalizuje w sieci A1, cechuje się duża przewodnością cieplną i elektryczną, dobrą spawalnością, duża odpornością na korozję oraz dużą plastycznością, jej gęst, to 8,9g/cm³.

Mosiądz to stop miedzi z cynkiem. Cechują się dużą plastycznością (nawet w podwyższonych temp.), są odporne na korozję, są wytrzymałe na rozciąganie i mają duży wzrost wydłużenia. Znajdują zastosowanie w wyrobach artystycznych, ale również w kształtownikach, armaturze, drutach, prętach ogólnego zastosowania o raz na elementy ślizgowe i obrotowe.

Brązy to stopy Cu z cyną, ale również Al, Be, Si lub Mn. Brązy cechują się duża odpornością na korozję, plastycznością, duża skłonnością do pękania, wysoką odpornością na ścieranie, ma dobre własności mechaniczne. Znajdują zastosowanie w przem. chem. papierniczym i okrętowym; na maszyny narażone na wysokie temp., duże obciążenia mechaniczne, korozję i ścieranie; sprężyny, pompy i narzędzia chirurgiczne.

18. Operacje obróbki cieplnej:

b) hartowanie - jest operacją cieplną, któremu poddawany jest metal występujący w dwóch sieciach krystalograficznych, składającą się z dwóch bezpośrednio po sobie następujących faz. Pierwsza faza to nagrzewanie do temp. powyżej przemiany austenitycznej (zwykle 30°C do 50°C powyżej temp. przemiany austenitycznej) i wygrzewanie, tak długo jak to potrzebne, by nastąpiła ona w całej objętości hartowanego obiektu. Drugą fazą jest szybkie schładzanie.

c) wyżarzanie - to operacja zwykłej obróbki cieplnej polegająca na nagrzaniu stali do określonej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu w celu uzyskania struktury zbliżonej do stanu równowagi.

d) odpuszczanie - polega na nagrzaniu stali zahartowanej do temperatury niższej od Ac, wygrzaniu w tej temperaturze i ochłodzeniu do temperatury pokojowej.
20. Stopy metali nieżelaznych stosowanych w protetyce stomatologicznej.

Aluminium nie wykazuje odmian alotropowych i krystalizuje się w sieci regularnej ściennie centrowanej typu A1. Temperatura topnienia aluminium wynosi 660,37^oC a wrzenia 2494 ^oC. gęstość aluminium wynosi 2,6989g/cm³ w 20 ^oC. aluminium może być obrabiane plastycznie na zimno i na gorąco, cechuje się wysoką przewodnością elektryczną, która ulega zmniejszeniu wraz ze wzrostem stężenia zanieczyszczeń i domieszek, głownie Fe i Si a także Cu, Zn, Ti. Pierwiastki te powodują także obniżenie plastyczności lecz zwiększenie własności wytrzymałościowych. Aluminium wykazuje dużą odporność na korozję.

Zastosowanie: przemysł spożywczy, przewody elektryczne, wymienniki ciepła.

Tytan ma 2 odmiany alotropowe Tiα w temp pokojowej krystalizujący w układzie heksagonalnym, który w temp 882,5 ^oC ulega przemianie na wysokotemperaturowy Tiβ krystalizującym w układzie regularnym. Temperatura topnienia tytanu wynosi ok. 1668 ^oC,

a wrzenia ok. 3260 ^oC. Ggęstość Ti w temperaturze pokojowej wynosi ok. 4,507 g/cm³. Tytan charakteryzuje się bardzo małą przewodnością cieplną. Tytan i jego stopy można obrabiać plastycznie. Stopy tytanu charakteryzują się kombinacją własności wyróżniającą je spośród innych materiałów: wysoką wytrzymałością względną i żarowytrzymałością w połączeniu z dobrą odpornością na korozję.

Niob ma gęstość 8,57 g/cm³, krystalizuje się w sieci regularnej przestrzennie centrowanej typu A2. jego temp topnienia wynosi 2468 ^oC a wrzenia 4927 ^oC jest stosowany w niektórych typach stali odpornych na korozję. Pierwiastek ten powodował uczulenia u niektórych ludzi i zaprzestano go stosować w stomatologii.

21. Szkło metaliczne i materiały nanostrukturalne

Szkło metaliczne, tak jak inne ciała amorficzne, ma strukturę pośrednią między stanem krystalicznym a stanem ciekłym. W szkle metalicznym są uporządkowane jedynie najbliżej sąsiadujące ze sobą atomy. Nie występuje wówczas pełne prawidłowe rozmieszczenie przestrzenne wszystkich atomów, charakterystyczne dla kryształów. Szkła metaliczne cechują się więc własnościami różnymi od kryształów metali, nie wykazując wszystkich cech dla nich charakterystycznych. Własności zbliżone do szkieł metalicznych wykazują materiały nanokrystaliczne, w których występują bardzo drobne obszary o strukturze krystalicznej.

22. Stale przeznaczone na blachy samochodowe.

Stal ferrytyczno-martenzytyczna

Stal wysokochromowa mająca strukturę ferrytyczną, ferrytyczno-martenzytyczną lub martenzytyczną jest odporna przede wszystkim na chemiczna korozję oraz na utlenianie w powietrzu, wodzie naturalnej i parze wodnej w niskiej oraz w wysokiej temperaturze, na oddziaływanie zimnych alkalicznych roztworów, rozcieńczonych soli i kwasów, z wyjątkiem jodków i chlorków oraz na reakcję ropy naftowej, olejów, alkoholi, paliw oraz środków spożywczych. Blachy te mają bardziej drobnoziarnistą strukturę oraz korzystniejsze własności mechaniczne.

b) chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) - jest to jedna z metod obróbki cieplno-chemicznej materiałów. Służy do nanoszenia cienkich powłok na obrabiany materiał w celu zwiększenia/zmiany właściwości fizycznych, chemicznych lub mechanicznych powierzchni obrabianego materiału. Polega na wprowadzaniu do komory reakcyjnej najczęściej gazowych substratów, gdzie na gorącym podłożu zachodzą odpowiednie reakcje chemiczne.

24. Materiały inteligentne na bazie żelaza

Materiał inteligentny - materiał zmieniający swoje własności w kontrolowany sposób w reakcji na bodziec otoczenia. Materiał taki łączy w ramach jednej struktury własności czujnika z własnościami aktywatora. Materiały tego typu konstruuje się zwykle wykorzystując zjawiska piezoelektryczne, elektrostrykcyjne lub magnetostrykcyjne, a także zjawiska pamięci kształtu obserwowane w niektórych stopach metali.

stopy metali z pamięcią kształtu, ceramiczne materiały piezoelektryczne, materiały magnetostrykcyjne, ciecze reologiczne oraz inteligentne polimery i kompozyty polimerowe

Materiały inteligent można podzielić na:

-materiały zmieniające kolor

-materiały emitujące światło

-materiały zmieniające swój kształt lub wielkość

-materiały zmieniające temperaturę

-ciecze zmieniające swoja gęstość

-materiały samogrupujące się

-materiały samonaprawiające się

b) wady liniowe

- dyslokacja krawędziowa - dyslokacja krawędziowa stanowi krawędź ekstrapłaszczyzny, tj. półpłaszczyzny sieciowej umieszczonej między nieco rozsuniętymi płaszczyznami sieciowymi kryształu o budowie prawidłowej. W zależności od położenia dodatkowej półpłaszczyzny dyslokacje mogą być dodatnie lub ujemne. Wokół dyslokacji krawędziowej występuje jednocześnie postaciowe i objętościowe odkształcenie kryształu.

28. Odkształcenia plastyczne metali:

a) na zimno

- poślizg dyslokacyjny - polega na wzajemnym przemieszczaniu się jednej części kryształu względem drugiego w płaszczyznach poślizgu w wyniku ruchu dyslokacji w kierunku poślizgu. Budowa krystaliczna obu części kryształu pozostaje niezmieniona

- bliźniakowanie - polega na jednorodnym ścinaniu o wektor bliźniakowania kolejnych warstw atomów w płaszczyźnie bliźniakowania. Zbliźniaczona część kryształu ulega skręceniu względem części nieodkształconej w taki sposób, że ich struktury krystaliczne są symetryczne osiowo względem płaszczyzny bliźniakwoania.

b) na gorąco

- pełzanie dyfuzyjne - proces ten zachodzi za pośrednictwem dyfuzyjnego ruchu masy po granicach ziarn i przez ziarna pod działaniem naprężeń normalnych

- pełzanie dyslokacyjne - w procesie tym mają miejsce dynamiczne procesy aktywowane cieplnie, usuwające częściowo lub niemal całkowicie skutki umocnienia zgniotowego

- poślizg po granicach ziarn - proces ten polega na przesuwaniu się i obrotach ziarn wzdłuż ich granic szerokątowych

8. Wykresy izotermiczne

Na wykresach izotermicznych są podawane linie początku i końca przemiany austenitu w perlit, bainit i martenzyt w zależności od czasu τ przy stałej temperaturze przemiany t.

Schematyczne wykresy przemian austenitu przechłodzonego stali węglowej podeutektoidalnej

a) CTPi przy chłodzeniu izotermicznym, b) CTPc przy chłodzeniu ciągłym;

γ - austenit, α - ferryt, P - perlit, B - bainit, M - martenzyt

OPIS:A1

- 14 rdzeni atomowych (8 z nich znajduje się na narożach a 6 w geometrycznych środkach ścian bocznych sześcianu) - liczba koordynacyjna dla atomów

sieci A1 wynosi 12 - liczba rdzeni atomowych przypadających na jedną komórkę

sieciową wynosi 4

OPIS: A2

- 9 rdzeni atomowych (8 z nich znajduje się na narożach sześcianu a 1 w jego geometrycznym środku) - liczba koordynacyjna dla atomów sieci A2 wynosi 8 - liczba rdzeni atomowych przypadających na jedną komórkę sieciową wynosi 2

OPIS: A3

- 17 rdzeni atomowych (12 z nich znajduje się na narożach prostopadłościanu o podstawie sześciokąta foremnego, 2 w środkach geometrycznych podstaw, a 3 pozostałe są usytuowane symetrycznie

we wnętrzu elementarnej komórki sieciowe)

- liczba koordynacyjna dla atomów

sieci A3 wynosi 12

- liczba rdzeni atomowych

przypadających na jedną komórkę

sieciową wynosi 2

---