1.Charakterystyka wiązań między atomami.

wiązania chemiczne - czyli konfiguracja elektronowa składników materiału.

WIĄZANIA PIERWOTNE:

Wiązanie jonowe (elektrowalencyjne, heteropolarne)(Wiązanie jest bezkierunkowe, silne, a cząsteczka jest elektrycznie obojętna, ale jest dipolem.) - wiązanie tego typu jest spowodowane dążeniem różnych atomów do tworzenia 8-elektronowych konfiguracji poprzez uwspólnienie elektronów. Wiązanie jonowe opiera się na przyciąganiu kulombowskim pomiędzy dwoma przeciwnymi ładunkami. Kryształy utworzone z takich wiązań, zwane kryształami jonowymi cechuje duża wytrzymałość i twardość oraz wysoka temperatura topnienia. Wiązania jonowe występują głównie w kryształach halogenków pierwiastków alkalicznych.

Wiązania atomowe (kowalencyjne) - powstają w wyniku dążenia atomów do tworzenia trwałych 2- lub 8-elektronowych konfiguracji gazów szlachetnych przez powstanie wspólnych par wiążących. Wiązania atomowe są najczęściej spotykane w 2-atomowych cząsteczkach gazów (wodór, chlorowce, tlen, azot), ale występują również w substancjach stałych. Wiązania atomowe są bardzo silne. Ze względu na to kryształy są bardzo twarde i cechują się na ogół wysoką temperaturą topnienia i dużą wytrzymałością mechaniczną. Nie przewodzą prądu elektrycznego lub są półprzewodnikami. Wiązanie to ma charakter kierunkowy, silny.

Rodzaje: wiązanie niespolaryzowane - w przypadku jednakowych atomów moment dipolowy jest równy 0.

Wiązanie atomowe spolaryzowane - gdy w różnych atomach występuje stały moment dipolowy.

Wiązanie metaliczne - powstaje wskutek oddziaływania jonów dodatnich (rdzeni atomowych) z elektronami walencyjnymi, które nie stanowią własności poszczególnych atomów, lecz tworzą tzw. gaz elektronowy (są własnością całej sieci krystalicznej). Wiązanie to ma charakter bezkierunkowy, silny.

WIĄZANIA WTÓRNE:

Wiązania Van der Waalsa (międzycząsteczkowe) - powstaje pomiędzy cząsteczkami na skutek występowania sił oddziaływania pomiędzy dipolami tworzącymi się na skutek chwilowych zmian rozkładu ładunku elektrycznego w cząsteczce. Wiązanie to jest słabe. Energia wiązania jest proporcjonalna do wielkości cząsteczek. Wiązanie to występuje w polimerach i w gazach w stanie skondensowanym.

Metale - właściwości:

-wysoka przewodność cieplna i ciepło właściwe.

-wysoka przewodność elektryczna malejąca ze wzrostem temp.

-nieprzezroczystość i połysk metaliczny.

-podatność na odkształcenia plastyczne.

-odporność na odkształcenia udarowe.

-wysoka podatność do krystalizacji w czasie krzepnięcia.

Ceramika - właściwości:

-wysoka twardość i kruchość.

-większa od metali odporność na działanie wysokiej temp. I agresywnego środowiska chem.

-mała przewodność i rozszerzalność cieplna.

-właściwości izolacyjne.

Polimery - właściwości:

-mała wytrzymałość mechaniczna i cieplna.

-mała gęstość.

-odporność na czynniki atmosferyczne i chemiczne.

-właściwości izolacyjne - elektryczne i cieplne.

-słabo odbijają światło - mają tendencje do przezroczystości.

2. Idealna budowa krystaliczna.

Sieć (struktura) krystaliczna - sposób wypełnienia atomami przestrzeni tak, że pewna konfiguracja atomów zwana komórką elementarną jest wielokrotnie powtarzana.

Kryształ - ciało stałe, w którym atomy lub cząstki ułożone są w sposób uporządkowany zachowując pewną symetrię.

Sieć przestrzenna - jest to model rozmieszczenia punktów (węzłów) w przestrzeni, charakterystyczny dla każdego kryształu. Węzły w przestrzeni mają identyczne otoczenie.

Komórka elementarna -to fragment sieci przestrzennej wyodrębniony przez 6 parami równoległych płaszczyzn, który poddany translacji w 3 nierównoległych kierunkach odtwarza całą sieć przestrzenną. Kształt i wymiary równoległościanu, będącego komórką elementarną sieci można opisać za pomocą 3 parametrów kątowych (alfa, beta, gamma) i 3 parametrów liniowych (a, b, c) - odległości translacyjne.

Typy komórek elementarnych:

-prymitywna P

-ściennie centrowana F

-przestrzennie centrowana I

-centr. na podstawach C

Układów krystalograficzne i typy sieci Bravais'go:

1. Regularny (α = β = γ = 90°; a = b = c; prymitywny, przestrzennie centrowany, ściennie centrowany)

2. Tetragonalny (α = β = γ = 90°; a = b ≠ c; prymitywny, przestrzennie centrowany)

3. Rombowy (α = β = γ = 90°; a ≠ b ≠ c; prymitywny, przestrzennie centrowany, centrowany na podstawie, ściennie centrowany)

4. Heksagonalny (α = β = 90°, γ = 120°; a = b ≠ c; prymitywny)

5. Romboedryczny (α = β = γ ≠ 90°; a = b = c; prymitywny)

6. Jednoskośny (α = β = 90°, γ ≠ 90°; a ≠ b ≠ c; prymitywny, centrowany na podstawie)

7. Trójskośny (α ≠ β ≠ γ ≠ 90°; a ≠ b ≠ c; prymitywny)

Liczba koordynacyjna - liczba najbliższych i równoodległych węzłów od

dowolnego węzła sieci.

Wypełnienie przestrzeni - Oblicza się dzieląc objętość zajętą przez atomy (kule)

przez objętość komórki elementarnej (równoległościanu). W sieci regularnej, prymitywnej:

Polimorfizm (alotropia) - występowanie tego samego pierwiastka w postaci dwóch lub więcej odmian krystalicznych. (diament, grafit, Fullerem C₆₀)

Anizotropia - Jest to zależność pewnych właściwości, np. mechanicznych,

fizycznych, chemicznych, od kierunku w krysztale.

Przyczyną anizotropii jest różna gęstość rozmieszczenia

atomów na różnych kierunkach i w różnych płaszczyznach.

Polikryształ - utworzony przez pozrastane ze sobą ziarna krystaliczne (monokryształy) o nieregularnym kształcie i przypadkowej orientacji. Właściwości takiego ciała są quasi-izotropowe.

Struktury krystaliczne metali:

A1 (RSC) ściennie centrowana układu regularnego: Al, Cu, Ni, Au.

Liczba koordynacyjna - 12

Liczba At. w komórce - 4

Stopień wypełnienia - 0,74

A2 (RPC) przestrzennie centrowana: W, Cr, Mo.

Liczba koordynacyjna - 8

Liczba At. W kom. - 2

Stopień wypełnienia - 0,68

A3 (HZ) heksagonalna zwarta: Mg, Zn, Be.

Liczba koord. - 12

Liczba At. W kom. - 2

Stopien wypełnienia - 0,74

3. Rzeczywista budowa krystaliczna.

Defekt - odstępstwo od idealnej budowy kryształu.

Podział defektów:

a) Punktowe -to zakłócenia budowy krystalicznej umiejscowione

wokół punktu, wyróżniamy: wakanse, atomy międzywęzłowe, atomy domieszek.

Mechanizmy tworzenia defektów:

mechanizm Schotky'ego - polega na przemieszczaniu się atomów w miejsce sąsiadującego wakansu, wskutek czego powstaje wakans w innym miejscu;

mechanizm Frenkla - polega na przemieszczaniu się atomów z pozycji węzłowej do pozycji międzywęzłowej, wskutek czego powstaje wakans i atom międzywęzłowy.

b) Liniowe (dyslokacje) -to zakłócenia budowy krystalicznej, które w jednym

kierunku mają wymiar kilku odległości atomowych, a w drugim -całego ziarna lub znacznej jego części. Występują w materiałach polikrystalicznych, pojedynczych kryształach, dzielą się na:

- dyslokacje krawędziowe (są wynikiem istnienia w strukturze krystalicznej półpłaszczyzny sieciowej. Dzielą się na dodatnią i ujemną. Dodatnia, gdy dodatkowa płaszczyzna znajduje się ponad płaszczyzną poślizgu, ujemna, gdy płaszczyzna rozpościera się pod płaszczyzną poślizgu)

- dyslokacje śrubowe (powstają w wyniku przemieszczenia się części kryształu wokół osi zwanej linią dyslokacji śrubowej. W dyslokacjach śrubowych rozróżnia się; dyslokację prawoskrętną, lewoskrętną)

- dyslokacje mieszane (powstają w wyniku oddziaływania dyslokacji krawędziowych i śrubowych).

c) Powierzchniowe

- granice ziarn (granicą nazywamy wąską strefę materiału, w której atomy są ułozone w sposób nieuporządkowany; granice ziarn dzielimy na: wąskokątowe - małego kąta, szerokokątowe - dużego kąta)

- granice faz (sprzężone, półsprzężone, niesprzężone).

-błędy ułożenia (wewnętrzny, zewnętrzny)

Mają ogromny wpływ na właściwości materiału.Bez defektów:nie istniałaby elektronika,metale byłyby silniejsze, ceramiki nie pękałyby, kryształy byłyby bezbarwne,

Wpływ defektów:

Wytrzymałość rzeczywista metali zmniejsza się wraz ze zwiększaniem liczby (gęstości) dyslokacji i innych defektów sieciowych, tylko do pewnej granicy i po osiągnięciu minimalnej wartości, przy tzw. krytycznej gęstości dyslokacji zaczyna ponownie wzrastać. Warunkiem podwyższenia wytrzymałości metalu jest albo całkowite usunięcie z niego wszelkich nieprawidłowości budowy krystalicznej, albo zwiększenie oporu ruchu dyslokacji poprzez wytworzenie w nim odpowiedniej liczby dyslokacji i innych defektów.

4. Charakterystyka mechanizmów odkształcenia plastycznego

Poślizg - polega na przemieszczeniu się względem siebie części kryształu wzdłuż określonych płaszczyzn i kierunków zwanych płaszczyznami i kierunkami poślizgu bez utraty spójności. Następuje pod warunkiem naprężeń stycznych. Płaszczyznami i kierunkami, w których poślizg zachodzi najłatwiej, są płaszczyzny i kierunki najgęściej obsadzane atomami.

Płaszczyznę poślizgu wraz z jednym kierunkiem poślizgu, leżącym w tej płaszczyźnie, nazywamy systemem poślizgu. Wyróżniamy systemy łatwego poślizgu i wtórne systemy poślizgu.

Systemy łatwego poślizgu w strukturach krystalicznych metali:

A1: 4_(pł)×3_(kier)=12 - niezależnych systemów łatwego poślizgu.

A2: 6_(pł)×2_(kier)=12 - niezależnych systemów łatwego poślizgu.

A3: 1_(pł)×3_(kier)=3 - niezależne systemy łatwego poślizgu.

W kryształach o strukturze A3 przy niekorzystnej orientacji, naprężenie styczne w płaszczyźnie łatwego poślizgu jest równe 0. W takiej sytuacji kryształ może pękać bez wyraźnych odkształceń plastycznych. Kryształy o strukturze A1 nie dają się zorientować tak, aby naprężenie styczne we wszystkich systemach łatwego poślizgu było równe 0. Pękanie kryształów o takiej strukturze jest zawsze poprzedzone odkształceniem plastycznym. W kryształach o strukturze A2 występuje znaczna liczba systemów łatwego poślizgu, ale płaszczyzny w tych systemach nie są tak gęsto obsadzone atomami jak w strukturach A1 i A3. Dlatego plastyczność metali o takiej strukturze jest zwykle pośrednia.

Bliźniakowanie - polega na jednorodnym ścinaniu kolejnych warstw atomów. Naprężenie krytyczne bliźniakowania jest zwykle większe niż naprężenie krytyczne poślizgu, dlatego w metalach o strukturze A1 bliźniakowanie praktycznie nie występuje (z wyjątkiem bardzo dużych szybkości odkształcania albo bardzo niskiej temperatury). Bliźniakowanie może wystąpić w kryształach o strukturze A2, w przypadku zablokowania poślizgu w podstawowych systemach poślizgu tej struktury. W kryształach o strukturze A3 w odróżnieniu od poślizgu podczas bliźniakowania zmienia się orientacja części kryształów, natomiast poszczególne atomy nie zmieniają swoich sąsiadów.

Wytrzymałość teoretyczna: bardzo duża wartość naprężenia potrzebna do zainicjowania poślizgu.

Mechanizm poślizgu polega na poruszaniu się dyslokacji po pewnych płaszczyznach krystalograficznych, zwanych płaszczyznami poślizgu i w pewnych kierunkach zwanych kierunkami poślizgu.

System poślizgu - płaszczyzna poślizgu wraz z jednym kierunkiem poślizgu leżącym w tej płaszczyźnie.

Krytyczne naprężenie poślizgu: to najmniejsze naprężenie styczne działające w płaszczyźnie poślizgu, które powoduje uwolnienie dostatecznie dużej liczby dyslokacji, tak aby odkształcenie plastyczne mogło być już mierzone.

5.Mechanizmy niszczenia materiałów:

6. Mechanizmy umocnienia stopów metali:

(zwiększenie krytycznego naprężenia poślizgu-ograniczenie ruchu dyslokacji)

Umocnienie roztworowe:

Kotwiczenie dyslokacji przez skupiska atomów domieszek (np. atmosfery Cottrella), zmniejszenie szybkości ruchu dyslokacji przez zwiększenie naprężenia tarcia sieci (oddziaływanie pól naprężeń).

Umocnienie dyspersyjnymi cząstkami:

Prowadzi do skrócenia swobodnej drogi dyslokacji, cząsteczki drugiej fazy, znajdując się w płaszczyznach poślizgu dyslokacji w osnowie tworzą przeszkody dla ich ruchu. Sposoby pokonywania przeszkód przez dyslokacje:

-mechanizm Orowana-omijanie cząstek,

-przecinanie cząstek.

Utwardzanie wydzieleniowe:

Utwardzanie wydzielinowe - to połączenie dwóch operacji - przesycania i starzenia. Jeśli mamy stop zawierający 4% Cu, nagrzejemy go do pewnej temperatury to uzyskamy jednorodny roztwór stały. Szybkie schłodzenie tego roztworu, zwane przesycaniem, nie zmienia jego struktury, lecz powoduje, że roztwór staje się nietrwały, gdyż zawiera więcej rozpuszczonej miedzi niż wynosi granica rozpuszczalności w temperaturze otoczenia. Stop dążąc do osiągnięcia stanu równowagi usiłuje wydzielić nadmiar rozpuszczonej miedzi w postaci cząstek bogatych w miedź. Proces ten, który następuje samorzutnie w określonym czasie, nazywamy starzeniem.

-Starzenie naturalne (samorzutne) - temperatura otoczenia

- zachodzą zwykle dwa pierwsze stadia starzenia -

umocnienie stopu jest największe,

*starzenie przyspieszone - temperatura wyższa od

pokojowej - zachodzą dalsze stadia starzenia - efekt

umocnienia stopu jest słabszy,

*przestarzenie - spadek twardości stopu po uzyskaniu

wartości maksymalnej (wydzielanie fazy równowagowej i/lub

koagulacją wydzieleń tej fazy);

Przykłady: durale (stopy Al.-Cu-Mg), nimonik (stopy Ni), stal maraging, brązy berylowe i In.

Utwardzanie dyspersyjne: dyspersyjne cząstki drugiej fazy są wprowadzane do osnowy w procesie wytwarzania metodami metalurgii proszków. Przykłady: stopy Al-Al₂O₃ (SAP), nikiel TD (Ni-ThO₂) i In.

Umocnienie przez granice ziarn: granica jest obszarem nieuporządkowanego rozmieszczenia atomów, zmiana orientacji płaszczyzny poślizgu, wytrzymałość rośnie wraz ze zmniejszającymi się rozmiarami ziarna-> empiryczne równanie Halla-Petcha.

Umocnienie odkształceniowe (umocnienie zgniotem): polega na wzajemnym blokowaniu się dyslokacji poruszających się w różnych płaszczyznach poślizgu.

7. Charakterystyka zgniotu.

Zgniot - jest to całokształt zmian mikrostruktury, stanu naprężeń i właściwości materiału wywołanych odkształceniem plastycznym na zimno. Odkształceniem plastyczne na zimno to odkształcenie zachodzące poniżej temperatury rekrystalizacji, która zależy od temperatury topnienia.

Zmiany mikrostruktury:

1. Wydłużenie ziarn.

2. Pojawia się uprzywilejowana struktura ziarn (tekstura). Skutkiem tekstury jest wykazywanie odmiennych właściwości.

3. Zwiększa się wielkość defektów struktury krystalicznej (wakansów, dyslokacji).

Odkształcenie plastyczne na zimno powoduje zmianę mikrostruktury, stanu naprężeń i właściwości metalu. Stan metalu po odkształceniu plastycznym na zimno jest stanem metastabilnym. W metalu jest zgromadzona energia we­wnętrzna nazywana energią zmagazynowaną. Wartość energii zmagazynowanej podczas odkształcenia plastycznego na zimno zależy od czynników związanych:

• z przebiegiem odkształcenia (stopień, prędkość, sposób i temperatura odkształcenia),

• z właściwościami odkształconego materiału (rodzaj materiału, czystość, mikrostruktura przed odkształceniem).

Gniot (stopień gniotu): wielkość odkształcenia plastycznego, wyrażona np. procentowym zmniejszeniem przekroju poprzecznego materiału.

Odkształcenie plastyczne na zimno to odkształcenie zachodzące poniżej temp. Rekrystalizacji, natomiast na gorąco powyżej tej temp.

Tekstura odkształcenia (zgniotu) występowanie zgodności określonego kierunku największego odkształcenia.

Umocnienie- jest wynikiem malejącej wraz z odkształceniem zdolności przemieszczania się dyslokacji na skutek hamowania ich i blokowania przez inne dyslokacje oraz inne przeszkody takie, jak: obce atomy, granice ziarn itp.

Wpływ temp. Na umocnienie: (czynniki wpływające na osłabienie stopu wraz ze wzrostem temp.)

-rozproszenie chmur atomów domieszek,

-koagulacja i rozpuszczenie cząstek fazy wtórnej,

Wspinanie dyslokacji,

-rekrystalizacja.

Charakterystyka rekrystalizacji (po zgniocie)

Podczas nagrzewania metalu odkształconego plastycznie na zimno zacho­dzą aktywowane cieplnie procesy prowadzące do powrotu metalu do stanu rów­nowagi, Procesy te, nazywane rekrystalizacją, mogą zachodzić tylko w odpo­wiednio wysokiej temperaturze.

Podczas procesu rekrystalizacji można wyróżnić następujące okresy:

• zdrowienie,

• rekrystalizację pierwotną,

• rekrystalizację równomierną (rozrost ziarn),

• rekrystalizację wtórną

Siłą napędową procesu rekrystalizacji jest energia zmagazynowana odkształcenia plastycznego (statyczna, dynamiczna).

Zdrowienie -Procesy prowadzące do zmnieszenia gęstości defektów punktowych. Proces zdrowienia polega na częściowym usunięciu skutków zgniotu zachodzące podczas wygrzewania zgniecionych materiałów w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji. Obejmuje niskotemp. aktywowane cieplnie procesy związane z częściowym uwolnieniem zmagazynowanej energii, następuje spadek naprężeń. Odnowienie takich właściwości jak: oporność elektryczna, własności magnetyczne. Następuje:

-zmniejszenie gęstości defektów punktowych (szybsza dyfuzja) 
-przegrupowanie dyslokacji oraz ich zanikanie w granicach ziarn i przez łączenie się dyslokacji 
-powstawanie tzw. podziarn- struktura a mozaikowa

Rekrystalizacja pierwotna polega na powstawaniu i rozrastaniu się zarodków nowych ziarn kosztem materiału odkształcalnego. Proces trwa, aż zniknie cały materiał odkształcony. Mikrostruktura po przekrystalizowaniu składa się ponownie z ziarn równoosiowych o znacznie zmniejszonej gęstości dyslokacji.

Wielkość ziarna po rekrystalizacji zależy przede wszystkim od:

• uprzedniego stopnia odkształcenia plastycznego na zimno,

• temperatury wyżarzania,

• czasu wyżarzania.

Zarówno szybkość tworzenia się zarodków nowych ziarn jak i szybkość ich rozrostu zwiększają się ze wzrostem stopnia zgniotu, z tym ze czynnikiem kontrolującym jest szybkość zarodkowania, jeśli szybkość jest mała to ziarno jest duże, jeśli mała to ziarno jest drobne.

Gniot krytyczny - minimalna wartość gniotu niezbędna do zajścia procesu rekrystalizacji pierwotnej (kilka lub kilkanaście %). Poniżej tej wartości energia jest zbyt mała, aby zaszła rekrystalizacja.

8. Charakterystyka faz stałych występujących w stopach metali.

Fazę stałą stanowiącą mieszaninę atomów różnych składników, o całkowicie przypadkowym rozmieszczeniu nazywamy roztworem stałym.

Roztwory stale można podzielić na dwa zasadnicze rodzaje:

1. Roztwory międzywęzłowe - powstają, gdy atomy pierwiastka stopowego mają małą średnicę i mogą w sieci krystalicznej metalu podstawowego zajmować pozycje międzywęzłowe. Pierwiastkami takimi są azot, wodór, węgiel i bor.

2. Roztwory różnowęzłowe - tworzą je wszystkie inne pierwiastki stopowe, tzn. atomy pierwiastka stopowego zajmują w sieci krystalicznej położenie węzłowe, zastępując atomy pierwiastka podstawowego. W obu przypadkach obce atomy tworzą określone defekty punktowe. Ich ilość i wielkość są funkcjami rodzaju i zawartości pierwiastka stopowego w stopie.

Składniki stopu w stanie stałym mogą tworzyć też tzw. fazę międzymetaliczną, charakteryzującą się odmienną siecią krystaliczną niż sieci krystaliczne jej składników. Z reguły sieć krystaliczna fazy międzymetalicznej jest bardzo skomplikowana, co powoduje jej dużą twardość i kruchość.

Liczba stopni swobody - określa liczbę czynników zewnętrznych (p, T) i wewnętrznych (m, c), które można zmieniać niezależnie, nie powodując zmiany liczby faz w układzie.

Segregacja dendrytyczna - Jeżeli szybkość chłodzenia jest duża to poszczególne obszary

dendrytów będą miały różny skład chemiczny.

Segregacji dendrytycznej sprzyja duża różnica temperatury

miedzy liniami likwidus i solidus oraz mała szybkosc dyfuzji składników.

9. Charakterystyka faz i składników strukturalnych w stopach żelaza z węglem.

Ferryt - jest roztworem stałym, międzywęzłowym węgla w żelazie α. (maksymalna rozpuszczalność węgla:-0,0218% w temp. 727*C, -0,09% w temp. 1495*C; twardość 80HB, RM=300MPa) Powstaje przez wchodzenie atomów węgla do luk oktaedrycznych, które są spłaszczone, i tetraedrycznych. Ferryt jako oddzielny składnik strukturalny występuje w stalach podeutektoidalnych - tzw. ferryt przedeutektoidalny, ale wchodzi również w skład perlitu i ledeburytu przemienionego. Ze względu na małą zawartość węgla własności ferrytu niewiele różnią się od własności czystego żelaza α.

Austenit - jest roztworem stałym, międzywęzłowym węgla w żelazie γ. Ze względu na typ sieci A1 ma największą gęstość spośród wszystkich faz układu. W warunkach równowagi nie może istnieć poniżej temperatury A₁ (727°C). Maksymalna rozpuszczalność węgla 2,11% w temp. 1148*C, twardość 200 HB, R_m = 700-800 MPa, Re=200MPa

Perlit - jest eutektoidem o zawartości 0,77% C. Powstaje w wyniku przemiany eutektoidalnej, która zachodzi w temperaturze 727°C. Jest zbudowany na przemian z płytek ferrytu i cementytu o stosunku grubości 7:1. Dyspersja perlitu (odległość między płytkami) jest odwrotnie proporcjonalna do wielkości przechłodzenia względem temperatury A₁. Własności mechaniczne perlitu zależą od jego dyspersji tzn. wytrzymałość i twardość rosną wraz ze wzrostem stopnia dyspersji. Perlit jest składnikiem strukturalnym stali i surówek podeutektycznych białych i surówek szarych perlitycznych.

Ledeburyt - jest mieszaniną eutektyczną austenitu i cementytu. Powstaje z roztworu ciekłego o zawartości 4,3% C. Jest składnikiem strukturalnym surówek białych. Cechuje go dość znaczna twardość i kruchość. Poniżej temperatury 727°C występuje jako ledeburyt przemieniony w wyniku przemiany austenitu ledeburycznego w perlit.

Cementyt - jest węglikiem żelaza (Fe₃C) o strukturze rombowej. Ze względu na znaczny udział wiązania metalicznego ma własności metaliczne. Punkt Curie cementytu występuje w temperaturze 210°C. Jego gęstość jest mniejsza niż żelaza. Cementyt jest składnikiem bardzo twardym, ale zarazem kruchym. W stopach żelaza z węglem może występować w różnych składnikach strukturalnych albo w postaci oddzielnych wydzieleń np. cementyt pierwotny, wtórny, trzeciorzędowy lub jako składnik eutektyki (ledeburytu) albo eutektoidu (perlitu). Zawartość węgla 6.67% C, Twardość 700-800 HB

Grafit - jest składnikiem strukturalnym surówek (żeliw) szarych i pstrych. Gęstość grafitu jest znacznie mniejsza od żelaza od żelaza. Również wytrzymałość i twardość grafitu są bardzo niskie. Jest też słabym przewodnikiem elektrycznym. Faza stabilna - występuje w stopach krzepnących zgodnie z wykresem równowagi stabilnej Fe-C (żelazo-grafit)

10. Wpływ zawartości węgla C oraz domieszek na mikrostruk i właściwości stali.

Stal jest to stop żelaza z węglem, o zawartości węgla do około 2%, oraz innymi pierwiastkami, przerobiony plastycznie i cieplnie, który uzyskany jest w procesie stalowniczym. Obrabialny cieplnie stop żelaza z węglem (i innymi pierwiastkami) o zawartości węgla około 2% otrzymywany w procesie stalowniczym ze stanu ciekłego, przeznaczony na wyroby i półwyroby przerobione plastycznie.

Zastosowanie: konstrukcyjna, maszynowa, narzędziowa, specjalna.

Stopień odtlenienia: nieuspokojona, półuspokojona, uspokojona, nie starzejąca się.

Węgiel - obniża temp topnienia, węgiel podwyższa wytrzymałość doraźną i granicę plastyczności, obniża wydłużenie i przewężenie podczas rozciągania. Umożliwia hartowanie stali, zmniejsza przewodność ciepła i gęstość, pogarsza spawalność stali, powoduje pęknięcia hartownicze. Jeżeli stal o zawartości 0.02%C jest szybko chłodzona z temp 723°C, to węgiel nie zdąży dyfundować i tworzyć Fe₃C, lecz pozostaje w roztworze przesyconym. Po pewnym czasie węgiel wydziela się z przesyconego roztworu w Feα, ale nie tworzy się przy tym faza Fe₃C, lecz tylko submikroskopowe drobne obszary wzbogacone w węgiel. Obszary te zniekształcają sieć i wywołują przez to wzrost doraźnej wytrzymałości i granicy plastyczności.

Krzem - podwyższa w stali wytrzymałość i twardość, zmniejsza jednak znacznie plastyczność podczas obróbki plastycznej na zimno. Z tego powodu głęboko ciągnione blachy nie powinny zawierać powyżej 0,2% Si. Krzem występujący już w niewielkich ilościach utrudnia spawanie, szczególnie gazowe.

Mangan - służy do odtleniania i uspokajania stali, jak również do wiązania siarki w trudno topliwy siarczek Manganu - MnS, mający większe powinowactwo do siarki niż żelazo.

Siarka - przedostaje się do stali z rud lub paliwa. Siarka zmniejsza spawalność i pracę uderzenia i jeszcze bardziej niż fosfor powoduje skłonności do segregacji. Obecność siarki w stali uniemożliwia jej obróbkę na gorąco. Zawartość siarki w stali musi być mniejsza niż 0.1%, a w stalach o wyższej jakości poniżej 0.02%, zaś w stalach transformowanych - z powodu bardzo złego wpływu na wartości magnetyczne nawet poniżej 0.01%. Wyjątkiem są stale automatowe o zawartości 0.3% Si ok. 0.8% Mn. W celu zmniejszenia szkodliwego działania siarki wprowadza się do stali mangan mający większe powinowactwo do siarki niż żelazo.

Fosfor - dostaje się do stali podobnie jak siarka z rudy. Fosfor podwyższa nieznacznie odporność na korozję i odporność na ścieranie. Niekiedy celowo wprowadza się większe ilości fosforu w celu zwiększenia kruchości wióra w stalach automatowych i polepszenia skrawalności.

Tlen - gaz bardzo szkodliwy, jego obecność silnie zmniejsza plastyczność żelaza. Stal odtlenia się wprowadzając pierwiastki o większym powinowactwie do tlenu, takie jak: Si, Mn, Al.

Azot - zawartość azotu w kilku setnych procenta powoduje kruchość stali. Obecność azotu w stali powoduje też występowanie wyraźnej granicy plastyczności i starzenia po zgniocie. W celu zmniejszenia szkodliwego działania azotu wprowadza się do stali aluminium.

Wodór - w stali jest bardzo szkodliwy, powoduje zmniejszenie ciągliwości stali. Większa zawartość może nawet spowodować pęknięcia. W celu zmniejszenia zawartości wodoru w stali należy unikać wilgoci w procesie wytapiania i odlewania.

11. Wpływ uspokojenia i przeróbki plastycznej na właściwości stali.

Aby stal uspokoić można dodać do niej oprócz manganu, np. 0,15%Si lub Al. Oba te pierwiastki maja większe powinowactwo do tlenu niż do węgla i tworzą z tlenem ciekłe lub stałe nie tworzące gazów tlenki, a stal krzepnie spokojnie-stal uspokojona. Stal uspokojoną używa się do części, których powierzchniom stawiane są wysokie wymagania przy obróbce i pracy. Zalety stali uspokojonej to nieznaczne segregacja, brak wyraźnego starzenia, lepsze własności podczas rozciągania. Zastosowanie: części głęboko tłoczone lub poddawane obróbce skrawaniem, części silnie, a szczególnie dynamicznie obciążone, najczęściej używane stale w budowie maszyn.

Wpływ przeróbki plastycznej na stal

Przeróbka plastyczna:

- na zimno; w temp. niższej od T_r; następuje umocnienie;

- na gorąco; w temp. wyższej od T_r; następuje umocnienie i natychmiastowe osłabienie przez rekrystalizacje.

-rozbicie struktury dendrytycznej 
-rozdrobnienie ziarna (rekrystalizacja) 
-zgrzanie pustek i szczelin międzykrystalicznych 
-powstanie struktury włóknistej i/lub tekstury odkształcenia-anizotropia właściwości

12. Charakterystyka odlewniczych stopów żelaza z węglem.

Żeliwa są stopami odlewniczymi na osnowie żelaza o zawartości węgla w granicach 2,0 - 3,8% oprócz węgla żeliwa zawsze zawierają dodatki krzemu i manganu oraz przeważnie więcej niż stale siarki i fosforu. Żeliwa wytapia się w specjalnych piecach zwanych żeliwiakami. Stosowane są w budowie maszyn. Posiadają zalety takie jak: łatwość odlewania, dobra wytrzymałość, duża zdolność tłumienia drgań, dobra odporność na ścieranie, niski koszt wytwarzania. Wadami żeliw są: mała ciągliwość i udarność oraz małą wytrzymałość na rozciąganie.

Żeliwo szare - (nazwę swoją zawdzięczają ciemnemu przełomowi spowodowanemu zawartością grafitu). Ten typ żeliwa jest szeroko stosowany w budowie maszyn, dzięki wielu zaletom takim jak: łatwość odlewania, dobra skrawalność, dobra wytrzymałość, duża zdolność tłumienia drgań, dobra odporność na ścieranie, niski koszt wytwarzania. Wadą tych żeliw jest ich mała ciągliwość i udarność, spowodowana płatkowym charakterem wydzieleń grafitu.

Domieszki:

Krzem- (0,5-3,5%) sprzyja grafityzacji i tworzeniu się grafitu grubopłatkowego.

Siarka- (0,08-0,12%) zwiększa gęstopłynność, skurcz i skłonność do pęknięć, przeciwdziała grafityzacji.

Mangan- (0,4-1,2%) wiąże siarkę w MnS, działa odtleniająco, przeciwdziała grafityzacji

Fosfor- (0,1-1,5%) obniża temp. Topn. I podwyższa rzadkopłynność.

Żeliwo modyfikowane - wprowadzenie do ciekłego metalu niewielkiej ilości dodatku, który powoduje zmiany struktury większe, niż wynikałoby to ze zmiany składu chemicznego. Modyfikator: FeSi lub CaSi w ilości 0,1-0,6%. Mikrostruktura: drobny grafit płatkowy równomiernie rozmieszczony w osnowie.

Żeliwa sferoidalne - uzyskuje się przez podwójną modyfikację cieczy polegającą na wprowadzeniu do ciekłego żeliwa substancji o własnościach silnie redukujących. Powoduje to zmianę kształtu grafitu na kulisty - przeciwnie do żeliwa szarego, gdzie grafit miał kształt płatkowy, co powodowało małą ciągliwość i udarność. Żeliwo sferoidalne ma pewną ciągliwość i dlatego jest stosowane jest na koła zębate, wały korbowe, walki rozrządu, korbowody, walce do walcowania metali.

Żeliwa ciągliwe - są gatunkiem żeliw o podobnych właściwościach jak żeliwa sferoidalne. Wytwarza się je w procesie obróbki cieplnej. Odlane elementy muszą mieć strukturę żeliwa białego (zawiera w strukturze ledeburyt przemieniony z cementytem pierwotnym lub perlitem). Żeliwa te są bardzo twarde, lecz kruche, można je jednie szlifować - nie skrawać.

Staliwem nazywamy stal odlaną do form i stosowaną w tym stanie bez obróbki plastycznej. Staliwo nie różni się istotnie od stali, wskazuje jedynie znaczne różnice strukturalne. Jest gęstopłynne, ma duży skurcz odlewniczy (ok.2%)
i wysoką temp. Topn.

Mikrostruktura: budowa dendrytyczna, porowatość gazowa i skurczowa, wtrącenia niemetaliczne, gruboziarnistość, wyżarzanie ujednorodniając i normalizujące, ulepszanie cieplne lub hartowanie powierzchniowe, wyżarzanie odprężające.

13. Charakterystyka przemian austenitu przechłodzonego.

Przemiana martenzytyczna - jest to bezdyfuzyjna przemiana austenitu w wyniku której powstaje metastabilna faza-> martenzyt. Martenzytem nazywamy przesycony roztwór stały węgla w żelazie α. Podczas przemiany następuje zmiana struktury krystalicznej: A1->A2, bez zmiany stężenia C w roztworze.

Warunki i cechy przemiany marteznzytycznej:

- chłodzenie z szybkością większą od krytycznej (uniknięcie przemiany dyfuzyjnej)

- rozpoczyna się w temp M_s, która nie zależy od szybkości chłodzenia, a jedynie od składu chemicznego,

- ciągłe chłodzenie w zakresie temperatur M_s-M_f (Rys. 2). Zatrzymanie chłodzenia powyżej temperatury M_f powoduje zatrzymanie przemiany marteznytycznej,

- szybkość wzrostu kryształów martenzytu jest duża (10⁴-10⁵ cm/s) i nie zależy od temp

-zależność Kurdiumowa-Sachsa: (101)_M||(111)_A i [111]_M||[101]_A,

Krytyczna szybkość chłodzenia to styczna do krzywej przemiany dyfuzyjnej austenitu

Przemiana perlityczna - zachodzi po ochłodzeniu austenitu nieznacznie poniżej temp. A₁ W jej wyniku z austenitu powstaje mieszanina eutektoidalna złożona z płytek ferrytu i cementytu zwana perlitem. Przemiana perlityczna jest przemianą dyfuzyjną. Im niższa temperatura przemiany, tym większe rozdrobnienie płytek ferrytu i cementytu w perlicie.

Przemiana bainityczna - fazowa przemiana termiczna w bainit, pośrednia między przemianą perlityczną a przemianą martenzytyczną, łączy w sobie cechy przemiany bezdyfuzyjnej i dyfuzyjnej, polegająca na przechłodzeniu austenitu do temperatury z zakresu 500-300°C, w której nie zachodzi już dyfuzja pierwiastków metalicznych, zachodzi zaś jeszcze dyfuzja węgla. Przemiana ta wykorzystywana jest w procesie hartowania izotermicznego (bainitycznego)

14. Ulepszanie cieplne stali.

Hartowanie jest to zabieg cieplny polegający na nagrzaniu przedmiotu do tem­peratury austenityzowania, wygrzaniu w niej, z następnym szybkim chłodzeniem celem otrzymania struktury martenzytycznej lub bainitycznej.

Wygrzewanie stali w wysokiej tem­peraturze wpływa na powstanie gruboziarnistego austenitu, co określa się również pojęciem przegrzania, a po oziębieniu powstaje martenzyt gruboziarnisty zwany także gruboiglastym oraz austenit szczątkowy. Im wyższa temperatura przegrza­nia, tym ilość austenitu szczątkowego większa.

Martenzyt - jest fazą metastabilną. Podczas jego nagrzewania zachodzą, więc zmiany pozwalające na powrót materiału do stanu równowagi termodynamicznej. Przemiany te można podzielić na kilka etapów:

- 80 - 200°C następuje wydzielenie węgla z roztworu przesyconego w postaci dyspersyjnego węglika ε, zawartość węgla w martenzycie zmniejsza się do ok. 0,3%;

- 170-300°C następuje dalsze wydzielanie węgla z martenzytu oraz przemiana austenitu szczątkowego w martenzyt, przesycenie roztworu zmniejsza się do ok. 0,15 - 0,2 %C;

Mikrostrukturę otrzymaną na tym etapie procesu nazywamy martenzytem odpuszczonym.

- 290 - 400°C następuje całkowite wydzielenie węgla z roztworu przesyconego oraz przemiana węglika ε w cementyt;

- 400 - 650°C następuje koagulacja wydzieleń cementytu oraz zdrowienie i rekrystalizacja osnowy.

Mikrostrukturę otrzymaną w tym zakresie temperatur złożoną z drobnych wydzieleń cementytu w osnowie ferrytycznej nazywamy sorbitem.

Twardość martenzytu, czyli od zawartości węgla w martenzycie, objętości względnej martenzytu, czyli od szybkości chłodzenia w odniesieniu od szybkości krytycznej.

Odpuszczanie - proces polegający na zmianie właściwości zahartowanej stali. W zależności od zakresu temperatury odpuszczanie dzieli się na:

- niskie (100 - 250 °C) - poddawane są głównie narzędzia, które powinny cechować wysoka twardość i odporność na ścieranie.

- średnie (250 - 450 °C) - nadaje obrabianym elementom wysokiej granicy sprężystości przy jednoczesnym polepszeniu ich właściwości plastycznych np. sprężyny i resory.

- wysokie (450 - 600 °C) - własności wytrzymałościowe maleją, plastyczne wzrastają.

Zwiększa ciągliwość stali, celem jest wydzielenie węgla z roztworu przesyconego.

Połączenie zabiegu hartowania z wysokim lub średnim odpuszczaniem nazywamy

ulepszaniem cieplnym stali.

Sorbit - mikrostruktura złożona z kulistych cząstek Fe₃C w osnowie ferrytu powstająca w wyniku odpuszczania w zakresie temp. 500-600*C (twardość 350-400 HB)

Wyżarzanie zmiękczające: minimalna twardość przy niezmienionym składzie fazowym.

15. Charakterystyka stali stopowej narzędziowej.

Stale narzędziowe stopowe dzielimy, w zależności od warunków ich pracy, na trzy grupy:

Stal narz. do pracy na zimno Znak stali: N- Stal narz. do pracy na zimno do 200, W na Gorąco. Dodatki stopowe: Cr, Mn, W, V. Ze względu na zawartośc C stal tę dzieli się na: *Średniowęglową (0,4 do 0,55% węgla) i *wysoko węglową (0,55 do 2,1% C). Obróbka cieplna. Stal tę poddaje się hartowaniu i niskiemu odpuszczaniu. Temp. austenityzowania jest związana z rodzajem i zawartością pierwiastków węglikotwórczych w stali, im większe stężenie pierw. stopowych tym wyższa temp. austenityzowania. Po hartowaniu ma mikrostrukturę skład. się z martenzytu listwowego, austenitu szczątkowego i nierozpuszczalnych węglików. Odpuszczanie 150-260st. Obróbka cieplna dużych narzędzi do pracy na zimno w piecach z atmosferami ochronnymi a małe w kąpieli solnej.

Stal narz. do pracy na gorąco stos. na narzędzia pracujące w tem 250-700st. Dodatki stopowe: Cr, V, W, Mo, powodujące efekt twardości wtórnej podczas odpuszczania, oraz Si, Ni i Mg. Wymagania dla tych stali to: -wytrzymałość, -twardość, -odporność na ścieranie w wys. temp. Obróbka cieplna: Po obróbce skrawaniem hartowanie i wysokie odpuszczanie. Temp. austenityzowania zawarta w zakresie 840-1140. Po austenityzowaniu i hartowaniu stal ma mikrostruk. martenzytu listwowego z węglikami pierwotnymi, i austenitem szczątkowym. Podczas odpuszczania przemiana austenitu szczątkowego i wydzielające się węgliki stopowe typu M4C3, M2C, M7C3 powodują efekt twardości wtórnej.

STAL SZYBKOTNACA: np. SW18 stos. na narzędzia wieloostrzowe. Wykazuje dużą twardość i odporność na ścieranie w temp do 650st. Wymagania: -duża hartownośc i efekt twardości wtórnej. Dodatki stopowe: Cr, W, V, Mo w wielu gatunkach również Kobalt. Obróbka cieplna: hartowanie z temperatury bliskiej solidusu 1200-1270 i wysokie odpuszczanie. Mikrostruk. stali szybkotnącej po odlaniu jest ledeburytyczna. Po wyżarzaniu ujednorodniającym przeprowadza się obróbkę plastyczną ok.1100st w celu rozbicia siatki ledeburytu i rozdrobnienia węglików oraz wyżarzanie zmiękczające. W tej stali w stanie wyżarzonym wyst. węgliki typu M6C, M23C6, MC. Mikrostruktura stali szybkotnącej po hartowaniu składa się z martenzytu listwowego i austenitu szczątkowego ok20% oraz nierozpuszczonych węglików pierwotnych. Podczas odpuszczania z osnowy wydzielają się dyspersyjne węgliki M4C3 a niekiedy M2C i następuje przemiana martenzytyczna austenitu szczątkowego.

16. Stal stopowa odporna na korozje.

Podstawowym pierwiastkiem stopowym zapewniającym odporność na korozję stali jest chrom, którego minimalna zawartość wynosi ok. 13%. Ze względu na skład chemiczny wyróżniamy stal:

- chromową (ferrytyczna ~0,0% C - nie można stosować hartowania; półferrytyczna - do 0,2% C; martenzytyczna - od 0,2% C);

- chromowo - niklową (18% Cr, 8% Ni; nie można poddawać hartowaniu; można poddawać przesycaniu; starzenie zwiększa wytrzymałość; charakteryzuje się lepszą odpornością na korozję od stali chromowej, zwłaszcza w środowiskach kwaśnych; wszystkie gatunki tej stali mają małą wytrzymałość i bardzo dużą plastyczność. Można je umacniać gniotem, kształtować plastycznie i obrabiać skrawaniem).

O SZCZEGÓLNYCH WŁAŚCIWOŚCIACH:

ŻAROODPORNA: Ni i Mn zapewnia strukturę austenityczną, W, Mo, V właściw. mech. w wys temp.

Żaroodporność- odporność stali na działanie gazów utleniających w wys. temp. Stal żaroodp. Ogólnego przezn. stos się na piece przemysłowe, paleniska, kotły. Specjalne grupy tworzą gat. na zawory i stopy do wyrobu oporów grzewczych.

By nadać stali żaroodporność wprowadza się Cr, Si, Al, które utleniając się wytwarzają na pow. stali warstwę tlenków, chroniących metal przed dalszym utlenianiem. Stal tę wg. PN-71/H-86022 dzieli się na: 1. ferrytyczna stal chromowo-aluminiowa. 2. ferrytyczną stal chromowo - krzemowa, 3.Austenityczna stal chromowo- niklowa. (każda ma graniczną temp. Powyżej której traci żaroodporność)

ZAWOROWA: temp. pracy wlot 500st wylot 900st, środowisko pracy: tlenki wanadu, ołowiu, związki siarki. Wymagania:

-odporność na korozję gazową w wys. temp, -odp. na ścieranie, -mała rozszerzalność / duża przewodność cieplna, -wytrzymałość na pełzanie i udar. Na zawory stos się gatunki: (a) martenzytyczne (H9S2, H10S2M) hartowane z temp. 1050st i odpuszczane 750-800st

(b) austenityczne (50H21G9N4) przesycane w temp. 1000-1100st i starzone w temp. 700-800st przez kilkanaście godzin.

STAL O SZCZ. WŁAŚC. MAGNETYCZNYCH: Wyróżnia się: stal magnetycznie miękką, twardą i niemagnetyczną.

Materiały magnetycznie miękkie: czyste żelazo, stal niskowęglowa, stal krzemowa oraz stopy żelaza z niklem. Najprostszy mat. magnet. miękki to technicznie czyste żelazo (E005Pr, E008Pr) stos. na rdzenie elektromagnesów i przekaźników. Zgodnie z zastosowaniem blachy elektrotechniczne dzielimy na 2 grupy: a) blachy prądnicowe o zawartości 0,4-3,4% Si. b) transformatorowe o zawartości 3,7 - 4,2% Si.

Stal Magnetycznie Twarda: stos na magnesy trwałe. Dzieli się na grupy: 1) stal węglowa o zaw. 1,0-1,5% C, stosowana w stanie zahartowanym. Na małe magnesy ze względu na małą hartowność. 2) Stal stopowa (PN-75/H-84038), ok. 1%C + dodatki: W, Cr, Kobalt.

Hartowana do uzyskania struktury martenzytycznej która jest najkorzystniejsza do wyrobu magnesów trwałych. Po hartowaniu stosuje się obróbkę podzerową w temp. -70st (wymrażanie) by usunąc austenit szczątkowy. A także się odpuszcza.

Stal niemagnetyczna: ma strukturę austenityczną, jest to stal: Cr-Mi-Mn (H12N11G6) lub stal Mn-Cr (G18H3). Obróbka cieplna stali niemagnetycznej polega na przesycaniu. Jej właściwości polepsza się przez odkształcenie plastyczne na zimno.

Korozja międzykrystaliczna

Istotnym problemem stali nierdzewnych jest korozja międzykrystaliczna, gdyż zachodzi nierównomiernie i na dużych głębokościach. Jeśli zawartość chromu w stali spadnie poniżej 12%, ulega ona korozji jak zwykła stal. Korozji międzykrystalicznej można zapobiec przez:

- ograniczenie zawartości węgla do 0,02 - 0,03%,

- stosowanie przesycania stali, przez co uzyskuje się równomierne rozłożenie węgla w roztworze,

- unikanie nagrzewania stali do temperatury 500-800°C, przy której wydzielają się węgliki chromu.

17. Żaroodporność, żarowytrzymałość stali oraz czynniki umożliwiające ich zwiększanie.

Żaroodporność to odporność na korozyjne działanie gorących gazów lub powietrza o temperaturze wyższej niż 500°C. Wiąże się ona z powstawaniem na powierzchni materiału tzw. zgorzeliny - czyli warstwy tlenków lub innych związków chemicznych, która chroni materiał przed dalszym utlenianiem poprzez zmniejszenie szybkości dyfuzji tlenu z atmosfery do materiałów jak i z żelaza na zewnątrz. Warstwa ta powinna być szczelna i przylegać ściśle do podłoża oraz powinna być sprężysta tak, aby nie pękała przy zmianach częstych temperatury. O żaroodporności stali decyduje jej skład chemiczny, a szczególnie zawartość Al, Si i Cr. Struktura stali nie wpływa na jej odporność. Mikrostruktura nie jest istotna- nie powinny zachodzić w stali przemiany alotropowe połączone ze zmianą objętości.

Żarowytrzymałość zdolność do przenoszenia w wysokiej temp. (powyżej 600°C) znacznych obciążeń przez długi okres czasu przy możliwie najmniejszych odkształceniach (odporność stali na pełzanie). Na żarowytrzymałość stali wpływają następujące czynniki:

- skład chemiczny, zawartość Cr, V, W, Mo,

- mikrostruktura austenityczna zapewniająca większą żarowytrzymałość od mikrostruktury ferrytycznej,

- rozmiar ziarn - mikrostruktura gruboziarnista zapewnia lepszą żarowytrzymałość.

Pełzanie - zjawisko powolnego, ciągłego, trwałego odkształcania materiału przy stałym obciążeniu. (nawet poniżej granicy plastyczności przy temp. zwykle wyższej od 0,4T_t).

wolfram, molibden, wanad i kobalt podnoszą energię wiązań atomów w roztworze stałym oraz temperaturę rekrystalizacji.

Nikiel i mangan - stabilizują strukturę austenityczną o większej żarowytrzymałości (wolniejsza dyfuzja).

Rozmiar ziarna - większy rozmiar ziarna ogranicza dyfuzje i poślizg po granicach ziarn.

18. Charakterystyka stopów aluminium:

Aluminium- wykazuje dobrą lejność, podatnośc na przeróbkę plastyczną na zimno i gorąco, dobrą spawalność. Właść. mechaniczne w stanie wyżarzonym: R_m=60-100MPa, R_o,2=20-30MPa, twardość 15-20 HB, A₅=30-50%, Z=80-95%. Zależą one głównie od czystości, wielkości odkształcenia i temp. wyżarzania. Odporne na korozje atmosferyczną (na powierzchni tworzy się cienka przylegająca wartwa tlenku Al₂0₃). Nie koroduje pod działąniem wodoru, chloru, bromu, jodu, fluoru i większości związków.

Zwiększenie zanieczyszczeń powoduje: wzrost gęstości, obniżenie temp. topnienia i wrzenia, zmniejszenie przwodności cieplnej i elektrycznej.

Zanieczyszczenia wpływające na właściwości fiz. i mech. Al:

-żelazo- nie rozpuszcza się w Al, tworzy kruchą faze Al₃Fe (tworzy eutektykę Al₃Fe+Al., w której Al ulega koalescencji),

-krzem- występuje w postaci wolnej, z żelazem może tworzyć fazy międzymetaliczne α (AlSiFe) i β, wydzielające się na granicach ziarn i silnie zmniejszające plastyczność i odporność na korozję.

Stopy aluminium dzielą się ze względu na:

1. skład chemiczny:

*dwuskładnikowe,

* wieloskładnikowe.

2. technologię przetwarzania:

*odlewnicze- stopy Al z krzemem, miedzią i magnezem. Otrzymywane przez odlewanie do form piaskowych, kokil oraz wtryskiwanie pod ciśnieniem. Przykłady to: Al-Si (siluminy), Al-Cu, Al-Mg, Al-Mn itp

*do przeróbki plastycznej- dzielimy na stopy: Al-Mn, Al-Mg, Al-Cu-Mg (durale), Al-Cu-Mg-Zn (durale cynkowe), stopy żarowytrzymałe.

*stopy typu SAP i SAS - otrzymywane są metodą metalurgii proszków.

Utwardzanie wydzieleniowe- tworzenie przez składniki stopu faz międzymetalicznych prowadzących do umocnienia stopu. Po przesycaniu stop posiada jednofazową mikrostrukturę przesyconego roztworu stałego miedzi w aluminium, fazę metastabilną. Po starzeniu- zostają wydzielone fazy z roztworów przesyconych.

19.Charakterystyka stopów miedzi:

Miedź- jest metalem o gęstości 8,96 g/cm3 i temperaturze topnienia 1083°C. Można ją przerabiać plastycznie na zimno i na gorąco, ale w przypadku przeróbki na zimno następuje utwardzenie metalu (w wyniku zgniotu), które usuwa się przez wyżarzenie rekrystalizujące (w temp. 400-600°C). Przeróbkę plastyczną na gorąco przeprowadza się w temp. 650-800°C. Cennymi własnościami miedzi są wysoka przewodność elektryczna i cieplna oraz odporność na korozję. W stopach miedzi zawartość dodatków stopowych przekracza 2%. Miedź techniczna czysta zawiera od 0,01 do 1,0% zanieczyszczeń, zależnie od sposobu wytwarzania i oczyszczania. Większość domieszek silnie zmniejsza przewodność elektryczną (fosfor, żelazo, kobalt, krzem, arsen). Domieszki utrudniają również przeróbkę plastyczną na gorąco, jak np. bizmut i ołów - nie rozpuszczające się w miedzi i tworzące niskotopliwe eutektyki czy też siarka tworząca niskotopliwą eutektykę z siarczkiem Cu₂S.

Obróbka cieplna miedzi: Można ją przerabiać plastycznie na zimno i na gorąco, ale w przypadku przeróbki na zimno następuje utwardzenie metalu (w wyniku zgniotu), które usuwa się przez wyżarzenie rekrystalizujące (w temp. 400-600°C). Przeróbkę plastyczną na gorąco przeprowadza się w temp. 650-800°C. 

Podział ze względu na główny dodatek stopowy:

1) mosiądze- stop miedzi i cynku zawierający do 40% tego metalu. Mosiądze mogą zawierać także dodatki takich metali jak ołów, aluminium, cyna , mangan, żelazo i chrom oraz krzem. Stop ten jest odporny na korozję, ciągliwy, łatwy do obróbki plastycznej. Posiada dobre właściwości odlewnicze. 
 Podział:  Ze względu na skład mosiądze dzieli się na:
·Mosiądze dwuskładnikowe - M95 (CuZn5), M90 (CuZn10),

·Mosiądze ołowiowe - zawierające dodatki ołowiu. Ołów dodawany jest w celu polepszenia skrawalności materiału. Np.MO64 (CuZn34Pb3), oraz także odlewnicze MO60 (CuZn38Pb1.5), MO59 (CuZn39Pb2). 
Obróbka cieplna mosiądzów-można je obrabiać cieplnie. W stanie lanym występuje struktura dendrytyczna, która charakteryzuje się niejednorodnym rozmieszczeniem miedzi w stopie. Rdzenie dendrytów są bogatsze w miedź niż osnowa. Wyżarzanie  ujednorodniające prowadzone przy temperaturze 800-500°C prowadzi do pewnego wyrównania składu chemicznego stopu wcześniej odlanego. Innym rodzajem obróbki cieplnej jest wyżarzanie rekrystalizujące prowadzone po uprzednim odkształceniu na zimno mosiądzu. Wykonuje sieje celem usunięcia efektów zgniotu i likwidacji utwardzenia przez zgniot. Na strukturę mosiądzów przejściowych można w pewnym stopniu wpływać poprzez przesycanie znane również jako hartowanie mosiądzów.
Korozja mosiądz: dobra odporność na korozję atmosferyczną i w wodzie (w normalnych warunkach). W miękkiej, zawierającej chlor wodzie podlega procesowi odcynkowania. Narażony jest na mechanizm korozji zwany sezonowym pękaniem. 

2) Miedzionikle- głównym dodatkiem stopowym jest nikiel o stężeniu do 40%, zawierające także 1-2% krzemu, aluminium, żelaza lub manganu. Nikiel powoduje poprawę właściwości mechanicznych, odporności na korozje odporności elektrycznej właściwej oraz siły termoelektrycznej miedzioniklu. Miedzionikle charakteryzują się dobrą wytrzymałością, żaroodpornością i odpornością na korozję. Posiadają dobre własności oporowe. Dostarczane są jako wyroby po obróbce plastycznej. Mamy dwie grupy miedzioniklu: odporne na korozje, oporowe. 
3) Brązy- stopy miedzi z innymi metalami i ewentualnie innymi pierwiastkami, w których zawartość miedzi zawiera się w granicach 80-90%.  Mają dobre własności wytrzymałościowe, są łatwo obrabialne. Brązy wysokostopowe poddają się także hartowaniu. Posiadają dobre właściwości przeciwcierne, są odporne na wysoką temperaturę i korozję.  Brązy dzieli się na brązy do obróbki plastycznej (wyroby hutnicze -blachy, pasy, taśmy, pręty itp.) oraz brązy odlewnicze (sztaby, kęsy). Głównym dodatkiem stopowym może być np. cyna, aluminium, beryl, krzem, mangan, ołów. Miedź tworzy z cynkiem dwa roztwory stałe graniczne: α o strukturze A1 i η o strukturze A3 oraz trzy fazy międzymetaliczne typu elektronowego: β, γ, ε.

Każde z tych 3 grup możemy podzielić na dwu- lub wieloskładnikowe (zależy od tego czy zawierają inne pierw. stopowe).

Podział ze względu na technologię wytwarzania:

1) odlewnicze

2) do przeróbki plastycznej.

20. Ogólna charakterystyka materiałów ceramicznych.

Są to materiały obejmujące związki jednego lub kilku metali z pierwiastkami metalicznymi (głównie z tlenem, C, N) o dominującym wiązaniu jonowym. Do materiałów ceramicznych zaliczamy także szkło i ceramikę szklaną oraz pierwiastki niemetaliczne.

Możemy wyróżnić:

- ceramikę porowatą (beton, szkła, emalie, cegły)

- tlenki, węgliki, azotki, borki, czyste pierwiastki oraz cermetale.

Typowe właściwości materiałów ceramicznych:

- duża twardość i kruchość (praktycznie brak odkształceń plastycznych),

- większa niż w przypadku metali odporność na działanie wysokiej temperatury i agresywnego chemicznie środowiska,

- mała przewodność i rozszerzalność cieplna,

- są najczęściej izolatorami (ale mogą być też półprzewodnikami i w wysokich temperaturach nadprzewodnikami).

Podział ceramiki inżynierskiej:

1. Ceramika elektrotechniczna (półprzewodniki, izolatory, magnesy, światłowody itp.)

2. Ceramika narzędziowa (ze względu na dużą twardość i odporność na ścieranie - narzędzia skrawające)

3. Ceramika konstrukcyjna (np. elementy ogniotrwałe i żarowytrzymałe, osłony termiczne, łożyska, zawory itp.).

Wyroby z materiałów ceramicznych wytwarza się w procesach wysokotemperaturowych.

21. Ogólna charakterystyka materiałów polimerowych.

Są to materiały organiczne złożone z bardzo wielu jednakowych lub różnych cząsteczek prostych (monomerów), połączonych w makrocząsteczki o dużej masie cząsteczkowej. Cząsteczki powstają głownie z atomów węgla i wodoru z możliwym udziałem atomów tlenu, krzemu i siarki, fluoru lub innych.

Polimery dzielimy głównie na elastomery i plastomery(termoplasty, duroplasty).

Typowe właściwości tego typu tworzyw:

- mała gęstość,

- mała wytrzymałość mechaniczna i cieplna,

- dobre właściwości izolacyjne (elektryczne i cieplne),

- odporność na działanie czynników atmosferycznych i chemicznych,

- łatwość kształtowania

Są to tworzywa, które w temperaturze pokojowej są zdolne do odkształceń plastycznych i zachowują się tak, jeśli ich temperatura zeszklenia jest niższa od temperatury pokojowej. Należą do nich kauczuki - naturalny i sztuczny, poliuretany, silikony.

22. Charakterystyka materiałów kompozytowych:

Kompozyt jest połączeniem dwóch lub więcej odrębnych i nie rozpuszczających Sie w sobie faz, z których każda odpowiada zwykle innemu podstawowemu materiałowi inżynierskiemu,

zapewniającym unikatowy zespół właściwości i cech

strukturalnych, różny od właściwości każdego z materiałów oddzielnie (konstrukcyjne, funkcjonalne).

Osnowa - faza wiążąca (ciągła): przeniesienie obciążenia na zbrojenie, ochrona zbrojenia przed uszkodzeniem.

-kompozyty o osnowie polimerowej (PMC) tworzywo o dużej sztywności i wytrzymałości względnej

-kompozyty o osnowie metalicznej (MMC) zwiększenie sztywności i wytrzymałości względnej, wytrzymałość na pełzanie.

-kompozyty o osnowie ceramicznej (CMC) zwiększenie odporności na pękanie.

Zbrojenie - faza rozproszona. Zbrojenie nieciągłe: cząstki dyspersyjne, cząstki duże, wiskery, włókna krótkie.

Zbrojenie ciągłe: włókna ciągłe, włókna elementarne.

Kompozyty warstwowe (strukturalne) laminaty, z rdzeniem komórkowym.

Rodzaje włókien: metalowe, szklane, węglowe (grafitowe), boru, ceramiczne, organiczne (aramidowe).

Włókna ceramiczne: przeznaczone są głównie do pracy w wysokiej temp. W środowisku utleniającym i korozyjnym, stosuje się je do zbrojenia kompozytów w osnowie ceramicznej orz metalicznej.

Metody otrzymywania: osadzanie chemiczne z fazy gazowej (CVD), piroliza włókien polimerowych.

Kompozyty o osnowie metalicznej: w kompozytach konstrukcyjnych stosuje się najczęściej metale o małej gęstości-stopy aluminium, magnezu, tytanu i stopy na osnowie faz międzymetalicznych, w elementach pracujących w wysokiej temp. Osnowę kompozytu stanowi nikiel lub żarowytrzymałe stopy niklu, ze względu na właściwości cieplne i elektryczne mogą być stosowane czyste metale, takie jak miedź, srebro, beryl.

Kompozyty o osnowie ceramicznej: osnowa: ceramika techniczna, szkło, tworzywa szklanoceramiczne, węgiel.

Zbrojenie: cząstki, wiskery i włókna ceramiczne-tlenkowe i nietlenkowe; włókna węglowe są stosowane w kompozytach o osnowie węglowej (C-C).

Kompozyty o osnowie polimerowej: osnowa: duroplasty (70%)-żywice epoksydowe i poliestrowe, polimer termoplastyczne. Zbrojenie: włókna szklane, węglowe, aramidowe.

Pultruzja: Włókno ciągłe (rowing) jest przeciągane przez wannę z żywica,

a następnie przez ogrzewane tłoczniki formujące, które nadają

kształt profilu i usuwaja nadmiar żywicy - po czym następuje utwardzanie żywicy.

---