EGZAMIN MATERIAŁOZNAWSTWO 2009

1.Stale stopowe-stal,w której oprócz C występują inne dod.stopowe zmieniające w znaczny sposób chrakt.stali.Dodaje je się by podnieść hartowność,uzyskać>wytrzymałość,zmienić pewne właść.fiz i chem.Podział wg:-struktury w stanie równowagowym-uzysuje się przez wyżarzanie stali w wys.temp.i przez b.wolne ochłodznie(stale ferrytyczne,aust.,ferrytyczno-perlit.,ledeburyczne);-struktury po normalizowaniu,tj chłodzeniu na powietrzu(np.stale bainityczne,perlityczne);-pdst zastosowania-sqd chem jest ściśle zw z zastos./(nierdzewne,żaroodporne,do pracy w obniżonych temp.,narzędziowe);-wg składników stop.(stale chromowe,chromowo-niklowe,wolframowe)

*Stale narzędziowe.1.Stale niestopowe(węglowe)narzędziowe-0,55-1,2%C ,stosowane na narzędzia pracujące w temp.do ok 200 st C.Produkowane są jako głęboko lub płytko hartujące się/2.Stale narzędziowe stopowe:-do pracy na zimno-0,55-1,2%C,stosowane w temp.do 200 st C.,wprowadzone dodatkowo dodatki polepszające hartowność,odporność na zużywania ścierne oraz ciągliwości.Dodatki te to Cr,Mn,W,Mo,V,Si;- do pracy na gorąco-0,25-0,6%C,stosowane na narzędzia do obróbki plastycznej i formy odlewnicze nagrzewające się powierzchniowo do temp 500-600st C.Dodatkowo zawierają: Mn,Si,Cl,Ni Mo,V,W;--stale szybkotnące- 0,75-1,45%C,stosowane do obróbki skrawaniem,pracujące w temp do 500 st C.Podstawowe dodatki: chrom,wolfram,wanad,molibden,krzem i kobalt.

2.Przemiana perlit-austenit.Fe+Fe3C->aust.

Przebiega powyżej temp A1; a z Fe i Fe3C; charakter dyfuzyjny; zachodzi rozpuszczanie Fe3C i równomierne rozmieszczanie C w a drogą dyfuzji; w zwykłych warunkach stosunkowo szybkiego nagrzewania stali występuje opóźnienie przemiany i konieczne jest podwyższenie temp,by przemiana zaszła w określonym czasie; p przegrzany powyżej Ac1 przemienia się w a z różną szybkością, zależnie od stopnia przegrzania; szybkość przebiegu przemiany zależy od początkowej struktury stali (stopnia dyspersji Fe3C i jego kształtu), im drobniejsze cząstki Fe3C (większa ogólna powierzchnia), tym szybciej zachodzą przemiany; jest to austenityzowanie; stuktura jednorodnego a jest najbardziej porządana (najlepsza struktura wyjściowa do wszystkich zabiegów obórbki). Zmiana wielkości ziarna a: po przekroczeniu Ac1 ziarna a są bardzo drobne, ich wymiary nie zależą od wielkości ziarn p, z którego wytworzył się a; rozdrobnienie ziaren jest związane z tworzeniem się dużej liczby zarodków nowych ziarn na powierzchni między Fe a Fe3C; dalsze nagrzewanie: rozrost ziaren i utlenianie granic (na granicach powstają tlenki i rozsadzają je; granica staje się pęknięciem, szczeliną i może wystąpić adkohezja). Stale gruboziarniste (niestopowe): po niewielkim przekroczeniu A1; zarodkowanie heterogeniczne w a niejednorodnym; jest niepożądana bo daje mniejszą wytrzymałość i udarność. Stale drobnoziarniste: dopiero po nagrzeniu do ok 1000C; mogą być niestopowe (hamowanie granic wzrostu spowodowane tlenkami v azotkami Al. (odtleniacz stali); stopowe (zawierają pierwiastki silnie węglikotwórcze: Ti,V, gdzie TiC i VC hamują rozrost ziaren). Cechy: przemiana dyfuzyjna (zarodek - jego rośnięcie); produkt: płytkowa mieszanina ferrytu i cementytu; zarodki p - na granicach ziaren a, wrastają w a; przebiega do końca; im większe przechłodzenie tym drobniejsze płytki;

3.Narysować i opisać wykres CTPi dla stali przedeutektoidalnej.Na wykresie narysować takie przebiegi obróbki plastycznej,żeby uzyskać struktury: troostytu,troostytu odpuszczania.

4.Cel,warunki,stale do hartowania powierzchniowego.Narysować i opisać struktury stali po hartowaniu stali przeprowadzonym prawidłowo.

Cel-sprawić,żeby stal miała dużą twardość warstw powierzchniowych,miała ciągliwy rdzeń(odporność na zużycie ścierne i obciążenia udarowe)/-Istota-nagrzanie do temp.hartowania ino warsty pow.Po oziębieniu utwardza się ino warstwa,która była nagrzana >A3,a rdzeń pozostaje niezmienieny/-Warunki-struktura wyjściowa-aust.jednorodny;-z racji dużych pow.do hartowania temp.uzyskania aust.jedno.jest >niż przy objętościowym nagrzewaniu materiału w piecach hartowniczych;-przed hartowaniem trzeba wyżarzyć normalizująco(>granicy plast.)v ulepszyć cieplnie;-przed trzeba zastos.niskie odpuszczanie w temp.<200C przez 1-2h(<naprężenia własne);-wymaha nagrzewania z dużą V,źródła ciepła muszą mieć dużą moc(hartowanie płomieniowe v indukcyjne);-trzeba nagrzać powierzchnie do wys.temp.,pn.podczas szybkiego nagrzewania wyst.opóźnienia w przebiegu przemian(nie wolno przesadzić bo nastąpi rozrost ziaren aust.);-warstwa zahartowana powierzchniowo=<20%przekroju zahartowanego elem.Prod.hartowania jest martenzyt-powstaje w obrębie granic aust.Jest gurboiglasty(kruczy i podatny na pękanie po granicach ziaren byłego aust.).Stale:-0,35-07%C;-o niskiej hartowności(przeważnie niestopowe,Ew.do 1%Cr);-można hartować żeliwa perlityczne mody,sferoidalne v z grafitem kłaczkowym.

5.Jaki skład fazowy i strukturę w temp.otoczenia ma stal zawierająca 0,3%C i 13% chromu.Jakie są możliwości obróbki cieplnej tej stali.

*bez dod.stop.-sqd fazowy-Fe+Fe3C;-struktura:Fe+perlit;*z dod.stop.-sqd faz.-Fe stopowe+węgliki chromu(CrC)

6.Jaki skład fazowy i strukturę będzie miał brąz aluminiowy w temp.otoczenia.Czy można go,a jeśli tak to podać parametry,umocnić przez hartowanie i odpuszczanie.

>=2%Al,konkurencyjne dla brązów cynowych,pn.mają lepsze właść.(<skłonność do segregacji,lepsze właść.odlewnicze,>odp.na korozję i kawitację)

Można hartować(1000-900C,powstaje M listwowy beta'-duża wytrzymałość plast.)i odpuszczać(600-400C,rozpad martenzytu na dyspersyjną mieszaninę faz Fe+aust₂-dobre skojarzenie właść.wytrzymał.iplast.)-np.Brąz CuAl10Ni5Fe4-Rm=780MPa,A₅=9% i HB=250

1.Podział żeliw.

Stop żelaza z C o zaw.C>2,11%.Podział zw wzg na:*sqd chem-niestopowe;-stopowe(>odporność na zużycie ścierne,>odporność na korozję w gazach(żeliwa żaroodporne)i w cieczach(kwasoodporne),specjalne własności,np.duża rezystywność);*formę wyst.C:-szare(C wyst.w postaci zw w osnowie metalowej,do stężenia eutektoidalnego,i wolnej tworząc wydzielenia grafitu),-białe(C w postaci zw,w strukturze obecny jest Lprzemieniony),-połowiczne[pstre](C w postaci wolnej(grafit)i zw(Fe3C),zaw.C przekracza stężenie eutektoidalne);*strukturę(w zależności od osnowy):-Fe,-Fe-P,-P-Fe,-P;*kształt wydzieleń grafitu:-niemodyf(ostro zakończone,wydłużone płatki),-modyf(stępione,krótkie płatki),-2xmodyf-sferoidalne(kulkowe),-ciągliwe(kłaczkowe wydzielenia).

*Własności:-szare z osnową ferrytyczną-mała wytrzymałość;-mała odp na zużycie ścierne;-dobra skrawalność;-twardość i wytrzymałość > if >udział P;-białe i połowiczne:-b.twarde i krucze;-nie obrabia się mech.przez skrawanie ino szlifować;-białe do żeliwa ciągliwego i materiały wyjściowy do stali,staliwa i żeliwa szarego.

2.Przemiana austenit-perlit-austenit, Fe+Fe3C: zachodzi w temp 500C-A1; rozpoczyna się przy pewnym przechłodzeniu, gdy energia swobodna perlitu jest mniejszsa od austenitu (im większa temp przemiany-przechłodznie tym mniejsza różnica energii swobodnych i przemiana przebiega szybciej); przemianie towarzyszy dyfuzja połączona z przegrupowaniem C(powstają dwie fazy o różniącym się %C od a -Fe(0,02%C) i Fe3C(6,67%C); szybkość dyfuzji mniejsza przy wyższej temp - spowolnienie przechłodzenia powoduje wzrost prędkości przebiegu przemiany. P w wysokich temp - grubopłytkowy, twardość 15HRC; p w małej temp-drobnopłytkowy (duża dyspersja), twardość 40HRC; przemiana rożni się w stalach podeutektoidalnych (najpierw tworzy się Fe) i nadeutektoidalnych (z a wydziela się Fe3C); obniżenie temp rozpadu a -utrudniona dyfuzja-powstająca struktura to bainit (500-200C).

3.Narysować i opisać wykres CTPi dla stali zaeutektoidalnej.Na wykresie narysować takie przebiegi obróbki plastycznej,żeby uzyskać struktury: martenzyt,martenzyt odpuszczania.

4.Stale do nawęglania,struktury po nawęglaniu i prawidłowej obróbce cieplnej.

Obróbka cieplno-chem.polegającą na dyfuzyjnym nasyceniu warstwy wierzchniej stali C podczas wygrzewania obrabianego przedmiotu w ciągu określonego czasu w ośrodku,w którym powstaje C atomowy/-Cel:-uzyskanie pow.twardej i odpornej na zużycie ścierne,przy zachowaniu rdzenia o dobrych właść plast./-Stale:-do ok0,25%C,węglowe i niskostopowe z Cr,Ni,Mo,Ti,V( poprawiają hartowność stali)/-Temperatura nawęglania: 900-950ºC(Zakres austenitu,gdyż C rozpuszcza się w aust.do~ 2%.Rozpuszczalność C w Fe~0%)/-Zawartośćwęgla w stali po naC:~0,8 %w strefie przypowierzchniowej,<w kierunku rdzenia/-Grubość naC warstwy:~1mm/-

Strukt.i twardość stali po naC: perlit(sam lub z małym udziałem Fe3C)o twardości 250-300HB na pow.,do Fe-P o twardości 100-150HB w rdzeniu.Twardość pow.bezp.po naC jest zbyt niska,aby poprawić odporność na zużycie ścierne.Z tego powodu po naC hartowanie i odpuszczanie niskie/-Strukt.i twardość pow.stali po hartowaniu i odpuszczaniu: martenzyt(sam lub z małym udziałem Fe3C)o twardości~60HRC.

*Obróbka stopów metali,podczes której następuje celowa zmiana sqdu chem,warstw pow,nazywa się obóbką cieplno-chem.Zmiana sqdu chem.tych warstw=zmiany struktury i własn.

5.Dla stopów aluminium opisać w jaki sposób obróbka cieplna poprawia właściwości.

Cel:-podwyższenie ich wytrzymałości,polega na utwardzaniu dyspersyjnym,tj.na kolejnym przeprowadzeniu operacji przesycania roztw.stałego i starzenia.Stopy umacniane wydzieleniowo(obrabiane cieplnie):

W wyższych temperaturach stopy te są jednorodnymi roztworami stałymi.Podczas starzenia wydzielają się z roztworu fazy międzymetaliczne powodujące umocnienie wydzieleniowe.Rodzaje:-Stopy Al-Cu-najpopul.,dobra wytrzymałość,mała v średnia odp. korozyjna dlatego są pokrywane ochronnymi warstwami czystego Al.Stos. w przemyśle sam.,lotniczym,maszynowym i bud./-Stopy Al-Si-duża zawartość Si,w strukt. występuje mieszanina eutektyczna.Umocnienia wydzieleniowe zapewnia dod. Mg.Stos. na tłoki i elem. maszyn pracujące w podwyższonych temp./-Stopy Al-Mg-Si-umocnienie wydzieleniowe zapewnia faza Mg2Si.Śr wytrzymałość,dobra spawalność i odp.korozyjna.Stos. w przemyśle elektrotech.,sam. Bud. i maszynowym/-Stopy Al-Zn-muszą zawierać doda.Mg i ew.Cu aby możliwe było ich umocnienie wydzieleniowe.Mają najw.wytrzymałość wśród stopów Al,są spawalne,mają dobrą odp. korozyjną.Stos. w przemyśle lotniczym,kosmicznym,zbrojeniowym,sam.-tam gdzie jest wymagana duża wytrzymałość i odp.korozyjna/-Inne stopy-do nowoczesnych stopów stos. w lotnictwie i kosmonautyce należą stopy zawierające lit.Lit jest bardzo lekkim pierwiastkiem i jego dod.<ciężar wyrobów,dodatkowo>ich sztywność/-Stopy Al-Si-w strukt.tych stopów występuje roztw. stały pdst alfa,prawie czyste Si i mieszanina eutektyczna.Efekt umocnienia zapewniają twarde kryształy Si.Siluminy mają skłonność do gruboziarnistości,przeciwdziała się jej przez szybkie chłodzenia odlewów oraz modyf stopów.Wydzielenia Si zapewniają dobrą odp. na zużycie ścierne lecz pogarszają obrabialność stopów.Stopy wieloskład. zawierające Mg i Cu można umacniać wydzieleniowo,powstają wtedy drobnodyspersyjne wydzielenia faz międzymetal.Mg2Si4 i Al2Cu.Dod.Cu poprawia właść.mech. w podwyższonych temp. i obrabialność stopów.Żaroodp. stopów zwiększa dod. Ni.Siluminy mają bdb właść. odlewnicze i i można je stosować na odlewy o skomplikowanych kształtach i cienkich ściankach.Stos. są na odlewy części dla przemysłu sam.o,lotniczego,elekt. i okrętowego.Należą do najb popul stopów odlewniczych Al.

6.Jaki skład fazowy i strukturę w temp.otoczenia ma stal zawierająca 1,1%C i 13% Mn.Jakie są możliwości obróbki cieplnej tej stali.

*bez dod.stop.-sqd fazowy-Fe+Fe3C;-struktura:perlit+Fe3C”;*z dod.stop.-sqd faz.-asut.stopowy,(Fe3Mn)3C;-odkształcenia plast.na zimno;-przesycenie i starzenie.

Przemiana austenit-martenzyt: bezdyfuzyjna przemiana alotropowa austenit -> ferryt, zachowana jest ta sama koncentracja węgla - ferryt przesycony węglem; warunek: chłodzenie z szybkością większą od krytycznej; siła napędowa: różnica F austenitu i martenzytu w temp. Ms; przebudowa sieci RSC na RPC - pojawiają się struktury iglaste (płytki lub listwy martenzytu); w ziarnie austenitu powstaje wiele płytkowych lub listwowych ziaren martenzytu (granica między nimi jest koherentna); przemiana wymaga ciągłego obniżania temp. (atermiczna); wielkość płytek m. zależy od wielkości ziaren a. (grubo, drobnoiglasty); zarodek m powstaje na granicach ziaren a - wydłużone płaskie dyski; wzrost płytki m: wielokrotne niejednorodne ścinanie przez poślizg dyslokacji i bliźniakowanie; płytki: większe zawartości węgla, listwy: mniejsze; przemiana zwykle nie zachodzi do końca; po przekroczeniu Mf (umowny koniec) zostaje niewielka ilość a nieprzemienionego - szczątkowego (ilość zależy od szybkości chłodzenia; dużo węgla: duża twardość i nieodkształcalność plastyczna. Cechy: bezdyfuzyjna, atermiczna, w stalach nieodwracalna, wymaga ciągłego chłodzenia, skoordynowane przemieszczanie atomów bez zmiany sąsiedztwa, właściwości zależą od ilości węgla i austenitu, wolne chłodzenie - więcej austenitu szczątkowego. M średnio i wysokowęglowy (twardy, odporny na ścieranie): narzędzia, ścierane części maszyn, do dalszej obróbki cieplnej na sprężyny. Niskowęglowe (ciągliwe, spawane, zgrzewane, wysoka wytrzymałość, granica plastyczności): karoserie sam.

Przemiana bainityczna: zachodzi między temp Tm(550) a Ms(200); charakter bezdyfuzyjno-dyfuzyjny: mała ruchliwość atomów Fe, wystarczająca ruchliwość C (w a lub w przesyconym ferrycie krystalizują drobne cieńkie blaszki-węgliki e); to mieszanina iglastego przesyconego f i drobnych nieciągłych wydzieleń Fe3C lub węglika e; bainit górny (Tm do 350 st.), bainit dolny (350 do Ms); a zubożały w C->m->f przesycony i węgliki. A bogaty w C->węgliki i a biedny w C. Górny: cementyt jest między listwami/płytkami f; płytki f mogą się wydłużać, poszerzać; płytki cementytu - takie same ukierunkowanie jak f; ma często charakter pierzasty - jak choinka. Dolny: wzrost cząstek węglików w f bainitycznym (f staje się podobny do m przez przesycanie węglem); igły powstają na granicach i w środkach ziarn; zwiększa się ilość a szczątkowego. Cechy: następują dyfuzyjne zmiany zawartości węgla; zarodkuje w miejscach ubogich w C; wzrost bainitu kontrolowany dyfuzją węgla (temp.); miejsca bogate w C: wydzielają się węgliki; produkt to mieszanina: niskowęglowy przesycony f bainityczny, cementyt lub węglik e jako płytkowe wydzielenia. Właściwości: górny: niekorzystny, wytrzymałość i trwardość podobna do perlitycznych, słaba ciągliwość zwłaszcza pierzastego. Dolny: często wykorzystywana, wytrz i tward większa od perlitycznych, ciągliwość lepsza od górnego, podobne do martenzytu odpuszczania.

Odpuszczanie: przemiany dyfuzyjne po podgrzaniu zahartowanej na martenzyt stali; struktura wyjściowa: martenzyt hartowania; żądane zmiany struktury i właściwości. Krzywe dylatometryczne (badanie zmiany długości próbki): I stadium (do ok 200C): początek to przegrupowanie C w martenzycie bez tworzenia węglików, początek relaksacji naprężeń; potem powstają przejściowe płytkowe węgliki, maleje przesycenie f, maleją naprężenia, gęstość i rozmieszczenie dyslokacji zostaje, a szczątkowy też; struktura: martenzyt odpuszczania (przesycony iglasty ferryt, węglik, a szczątkowy); właściwości: wytrzymałość, twardość prawie tak samo wysoka, ciągliwość niewielka ale trochę wyższa niż w Mh. II stadium (do ok 200, 300C): objętość rośnie, zanika a szczątkowy; produkty jak w I; struktura: nadal martenzyt odpuszczania (mniej przesycony f, nie ma a szczątkowego); właściwości: wytrzymałość, twardość lekko maleją, udarność spada od ok 250C - nieodwracalna kruchość odpuszczania przez ciągłą otoczkę węglika. III stadium (ok 300-400): objętość maleje, zanika przesycenie f, zarodkuje cementyt; reszta nadmiaru C wydziela się z f; cementyt: zarodkowanie z nadmiaru w f i przekształcenie węglika; struktura: troostyt odpuszczania (m średnio odpuszczony, iglasty f i ziarenka cementytu): właściwości: wytrzymałość, twardość dość wysokie, ale szybko maleją; ciągliwość niska ale rośnie. IV stadium (ok 400 do A): koagulacja cementytu, rekrystalizacja zgniotu fazowego - proces zdrowienia; ruch granic f blokowany wydzieleniami cementytu; ok 650C - ruch granic, rosną nowe równoosiowe ziarna f; struktura: sorbit odpuszczania (m wysoko odpuszczony; iglasty ferryt, skoagulowany cementyt), powyżej 650: sferoid (po długim wyżarzaniu, kulkowy cementyt na tle f); właściwości so: wytrzymałość zdecydowanie wyższa, ciągliwość raczej wyższa, twardość umożliwia jeszcze skrawanie, jest najlepszy, stosowany do części maszyn.

---