materialoznawstwo nowe, AiR, semestr II


Pytania kolokwialne i egzaminacyjne z materiałoznawstwa (i odpowiedzi).

Version 1.04 (made by team from group 1)

1. Wymień podstawowe grupy materiałów i scharakteryzuj ich podstawowe własności.

* materiały ciała stałego - o właściwościach umożliwiających ich stosowanie przez człowieka do wytworzenia produktów.

* materiały naturalne - wymagające jedynie nadania kształtu

* materiały inżynierskie: tworzywa metalowe, tworzywa metaliczne, polimery, kompozyty.

Procesy technologiczne metali i stopów :

- otrzymanie z rud procesami metalurgii

- otrzymywanie elementów metalowych : - odlewnictwo, - przeróbka plastyczna, obróbka skrawaniem, metalurgia proszków)

- kształtowanie właściwości : obróbka cieplna

- uszlachetnianie powierzchni : inżynieria powierzchni.

Charakterystyka ceramiki :

- ceramika - materiały nieorganiczne o jonowych i kowalencyjnych wiązaniach

- wytwarzane zwykle w wysokotemperaturowych procesach nieodwracalnych

- materiały ceramiczne : ceramika inżynierska, cermetale, ceramika porowata, szkła, ceramika szklana,

Właściwości materiałów ceramicznych:

- bardzo wysoka wytrzymałość

- twardość

- kruchość (plastyczność równa zeru)

- niezdolność do poddawania obróbce cieplnej i plastycznej.

Charakterystyka polimerów:

- materiały organiczne złożone ze związków węgla

- makrocząsteczki powstałe w wyniku połączenia monomerów

- tworzywa sztuczne: polimery z dodatkiem barwników, pigmentów, katalizatorów, napełniaczy, zmiękczaczy, antyutleniaczy.

Właściwości polimerów:

- niska gęstość

- właściwości izolacyjne

- słabe odbicie światła

- duża odporność chemiczna

- ograniczona możliwość poddania obróbce cieplnej i plastycznej

Podstawowe grupy polimerów:

- plastomery : polimery o wydłużeniu przy rozerwaniu do 200%, termoplasty i duroplasty (utwardzalne)

- elastomery : polimery o skłonności do dużych odkształceń sprężystych.

Otrzymywanie polimerów:

- polimeryzacja (łączenie monomerów bez reszty)

- kopolimeryzacja i poliaddacja (łączenie co najmniej dwóch różnych monomerów)

- polikondensacja (łączenie monomerów monomerów wydzieleniem punktu ubocznego)

Charakterystyka kompozytów:

- podział ze względu na osnowę : metalowe, ceramiczne i polimerowe

- wzmocnione (zbrojone) : proszek , płatki, krótki lub długie włókna.

2. Podaj wskaźniki podanego punktu, prostej sieciowej i płaszczyzny sieciowej.

3. Scharakteryzuj wskazany układ krystalograficzny.

4. Scharakteryzuj wskazaną strukturę krystaliczną metalu.

A1 (RSC) Regularna Ściennie Centrowana - sieć najgęściej wypełniona rdzeniami atomowymi (14 rdzeni). Między węzłami tworzą się dwa rodzaje przestrzeni międzywęzłowych - tzw. LUK. W kryształach czystego pierwiastka nie są one obsadzone żadnymi atomami. W stopach metali lub zanieczyszczonych metalach w lukach tych mogą występować atomy innych pierwiastków o odpowiednio małej średnicy, np. Atomy węgla w sieci żelaza. Luki większe tworzą się w płaszczyznach z rodziny {111}, luki mniejsze powstają między 4 rdzeniem atomowym.

A2 (RPC) Regularna Przestrzennie Centrowana - znajduje się 9 rdzeni atomowych Najgęstsze ułożenie rdzeni atomowych mają płaszczyzny {110} których jest 12, a w nich kierunku <111>, po dwa w każdej płaszczyźnie.

A3 (HZ) Heksagonalna Zwarta - gęste ułożenie rdzeni atomowych - 3 elementarne komórki sieciowe są złożone z 17 rdzeni atomowych. W sieci tej występują gęsto obsadzone atomami płaszczyzny (0001), podobnie jak płaszczyzny {111} w sieci A1

oraz 3 kierunki o gęstym ułożeniu atomów <1120>

5. Co to są: wakans, atom wtrącony, defekt Schottky,ego i Frenkla.

Wakans - jest to defekt punktowy, brak atomu w węźle sieci, powoduje kontrakcje (zapadanie) sieci i ekspansje sieci.

Atom wtrącony - (atomy międzywęzłowe) - atomy, które zajęły pozycje w lukach, opuszczając węzły sieci na skutek drgań cieplnych

Defekt Frenkla - mechanizm związany z jednoczesnym utworzeniu wakansu i atomu międzywęzłowego, polega na przemieszczeniu się rdzenia atomowego z pozycji węzłowej do przestrzeni międzywęzłowej.

Defekt Schottky'ego - przeniesienie się atomu w miejsce sąsiadującego wakansu, w wyniku czego powstaje wakans w innym miejscu sieci.

6. Co to jest kontur i wektor Burgersa dyslokacji.

Wielkość dyslokacji i wywołane nią odkształcenia charakteryzuje wektor Burgersa b.

Wektor ten wyznacza się tworząc tzw. kontur Burgersa, wykreślony w krysztale idealnym kontur Burgersa zamyka się tworząc równoległobok. Gdy w krysztale występuje dyslokacja, czworobok konturu Burgersa wykreślonego wokół lini dyslokacji nie zamyka się. Niezależnie od sposobu poprowadzenia konturu Burgersa jego nie zamknięta część będzie taka sama i równa wektorowi Burgersa b

7. Co to są dyslokacje całkowite i częściowe.

Dyslokacje częściowe - dyslokacja której przejście wywołuje położenie atomów różne od pozycji wyjściowych. Dyslokacja ta ma wektor Burgersa równy ułamkowi translacji sieci w danym kierunku

Dyslokacje Całkowite - dyslokacja, której ruch powoduje, że atomy ponownie znajdują się w takich samych położeniach, jak przed jej przejściem. Wektor Burgersa dyslokacji całkowitej jest równy translacji sieci w kierunku poślizgu.

8. Co to są dyslokacje krawędziowe i śrubowe.

Krawędziowe :

- wektor Burgersa jest prostopadły do linii dyslokacji (dyslokacja krawędziowa powstaje w skutek utworzenia się dodatkowej płaszczyzny)

- mogą być dodatnie i ujemne

- ruch dyslokacji krawędziowej (ma znaczenie w temp. wyższych) :

1) poślizg - zależy od przyłożonego naprężenia a nie od temp.

2) wspinanie (zstępowanie) - ruch atomu w górę i dół prostopadle do płaszczyzny poślizgu.

Śrubowe:

- wektor Burgersa równoległy do linii dyslokacji

- może być prawoskrętna (+) i lewo skrętna (-)

9. Co to jest błąd ułożenia.

Nieprawidłowa kolejność ułożenia, zwarcie wypełnionych warstw atomowych w strukturze krystalicznej .

Błędy ułożenia powstają wskutek :

- kondensacji wakansów

- zaburzonego wzrostu kryształu

- odkształcenia plastycznego

Mogą być zewnętrzne i wewnętrzne. Rysunek!

10. Granice ziaren szeroko- i wąsko-kątowe.

- wąsko-kątowe - powstają w miejscu zetknięcia podziaren, charakteryzują się niewielkim kątem dezorientacji krystalicznej i mają budowę dyslokacyjną.

a) granice wąskokątowe daszkowe - łączą kryształy o wspólnym kierunku krystalograficznym równoległym do granic.

b) granice wąskokątowe skrętne - powstają w miejscu połączenia kryształów o wspólnym kierunku sieciowym prostopadłym do granicy.

- szeroko-kątowe - charakteryzują się dużym kątem dezorientacji krystalicznej ziaren, na styku, których powstają.

11. Granice ziaren sprzężone, półsprzężone i niesprzężone.

Sprężone (koherentne) - charakteryzują się dobrym dopasowaniem sieci sąsiadujących faz

Niesprężone (niekoherentne ) - niski poziom dopasowania sieci sąsiadujących faz

Półsprężone (półkoherentne) - częściowo dopasowane, charakteryzują występowanie dyslokacji na granicy.

12. Mechanizmy dyfuzji wakansowy (międzywęzłowy i rotacyjny).

Wg tej teorii atom zajmuje miejsce pustego węzła sieci przestrzennej pozostawiając za sobą inną pustkę i w ten sposób dyfuzja polega na wędrówce wakansów

Dyfuzja międzywęzłowa: atomy wykorzystują luki międzywęzłowe. Atomy te muszą być bardzo małe, są to: B, O, C, H, N.

Dyfuzja zmiany lub rotacji : podwójne, potrójne, poczwórne.

13. Roztwory stałe śródwęzłowe (różnowęzłowe) nieograniczone i ograniczone.

Roztwory stałe różnowęzłowe (śródwęzłowe) - występują gdy atomy metalu rozpuszczonego zajmują przypadkowo dolne węzły w sieci krystalicznej metalu rozpuszczalnika. Obecność atomów innego pierwiastka w sieci krystalicznej rozpuszczalnika, w zależności od stosunku średnic atomów rozpuszczalnika i pierwiastka rozpuszczonego, powoduje odkształcenie sieci - ekspansję lub kontrakcję.

Roztwory ograniczone i nieograniczone - w roztworze stałym nieograniczonym dwa metale mogą rozpuszczać się w sobie w sposób ciągły, gdy występuje rozpuszczalność jednego metalu w drugim w całym zakresie składów.

W roztworze stałym granicznym rozpuszczalność istnieje tylko do pewnego zakresu składów, poniżej którego metale nie tworzą jednej wspólnej fazy czyli nie krystalizują we wspólnej sieci przestrzennej.

Odkształcenia sieci:

rysunek

14. Nadstruktury.

W przypadku gdy w roztworze stałym rozkład obcych atomów jest regularny, uporządkowany i stanowi własną sieć to taki roztwór nazywa się nadstrukturą.

15. Kryteria Hume - Rothery'ego.

Mówią kiedy chętniej tworzą się roztwory stałe :

a) gdy struktura krystaliczna dwóch pierwiastków jest taka sama. Jeżeli jest różna, utworzy się roztwór stały ograniczony.

b) reguła elektrowartościowości : im mniejsza jest różnica elektrowartościowości tym łatwiej tworzą się roztwory stałe nieograniczone.

c) czynnik wielkości atomu : różnica wielkości atomów nie może być większa niż 10-15%

d) czynnik elektrochemiczny : zbliżone potencjały elektrochemiczne pierwiastków.

16. Roztwory stałe międzywęzłowe.

Roztwór stały międzywęzłowy = roztwór stały addycyjny :

- atomy substancji rozpuszczonej zajmują położenia w sposób nieuporządkowany w przestrzeni międzywęzłowych sieci rozpuszczalnika

- są roztworami granicznymi : ograniczona rozpuszczalność zmieniająca się wraz z temp., tworzą ją metale przejściowe (w tym Fe z niemetalami) z B, O, C, H, N.

17. Scharakteryzuj fazy międzymetaliczne elektronowe.

Fazy te powstają pomiędzy metalami zawartymi w dwóch grupach :

- w I gr. - znajdują się pierwiastki takie jak : Cu, Ag, Au, Mg, Fe

- 2 II gr. - znajdują się pierwiastki takie jak : Be, Mg, Zn, Hg

Wykazano, że dla faz utworzonych z pierwiastków istnieją trzy możliwe wartości stężeń elektronowych : 3/2, 21/13, 7/4, które warunkują strukturę tych faz.

18. Scharakteryzuj fazy międzymetaliczne Lavesa.

Grupa faz metalicznych o ogólnym wzorze AB2, przy czym decydującym warunkiem tworzenia się tych faz jest wielkość stosunku promieni atomowych składników i zawartość wypełnienia przestrzeni sieciowej. Wartość składników nie odgrywa żadnej roli. Składnik A - atom większy, składnik B - atom mniejszy, przy czym stosunek promieni atomowych Ra\Rb w przedziale 1,05 - 1,68.

19. Scharakteryzuj fazy międzywęzłowe.

Atomy pierwiastka rozpuszczonego zajmują przestrzenie między węzłami sieci rozpuszczalnika.

20. Scharakteryzuj fazy kagome.

- mają charakter roztworów stałych wtórnych i wydzielają się z roztworów stałych podstawowych po długotrwałym wygrzewaniu w wysokiej temp.

21. Pokaż na wykresie równowagi fazowej stężenie fazy ciekłej i stałej dla podanego składu stopu i temperatury.

22. Pokaż na wykresie równowagi fazowej stosunek fazy ciekłej i stałej dla podanego składu stopu i temperatury.

23. Narysuj wykres fazowy dwóch pierwiastków mieszających się ze sobą w stanie stałym w stopniu nieograniczonym (wpisz odpowiednie symbole we wszystkie pola).

24. Narysuj wykres fazowy dwóch pierwiastków nie mieszających się ze sobą w stanie stałym (wpisz odpowiednie symbole we wszystkie pola).

25. Narysuj wykres fazowy dwóch pierwiastków tworzących dwa roztwory stałe graniczne (wpisz odpowiednie symbole we wszystkie pola).

Rysunki!

26. Co to jest mieszanina eutektyczna i eutektoidalna.

Mieszanina eutektyczna jest to stop o najniższej temp, topnienia, mieszanina powstająca przy krzepnięciu roztworu ciekłego, składająca się z dwu lub więcej faz stałych, którymi mogą być czyste metale, roztwory stałe nasycone lub związki międzymetaliczne.

Mieszanina eutektoidalna różni się tylko tym od eutektycznej, że zachodzi całkowicie w stanie stałym.

27. Co to jest ferryt.

Jest to międzywęzłowy roztwór stały graniczny węgla w żelazie α o sieci RPC. Maksymalna rozpuszczalność węgla w Feα występuje w temp, eutektycznej i wynosi 0,0022% węgla, w miarę obniżania temp, maleje, aby w temp, otoczenia osiągnąć wartość ok. 0% węgla.

28. Co to jest austenit.

Składnik strukturalny stali i żeliw, międzywęzłowy roztwór stały graniczny węgla w żelazie γ o sieci RSC, w stalach węglowych występuje w temp, powyżej 727°C. Maksymalna rozpuszczalność węgla przypada na temp, eutektyczną 1147°C i wynosi 2,14% węgla.

29. Co to jest perlit.

Eutektoid, czyli mieszanina eutektoidalna na przemian ułożonych płytek ferrytu i cementytu o zawartości 0,76% węgla, powstająca wskutek dyfuzyjnej przemiany eutektoidalnej austenitu przy studzeniu. Wymiary płytek zależą od szybkości chłodzenia austenitu. Perlit występuje we wszystkich stopach żelaza z węglem z zawartością od 0,022% do 6,7% węgla.

30. Co to jest ledeburyt.

Mieszanina eutektyczna zawierająca 4,3% węgla, złożona z austenitu i cementytu. Ledeburyt jest trwały w zakresie 727 do 1148°C

31. Co to jest ledeburyt przemieniony.

Powstaje z ledeburytu poniżej temp. 727°C , w której austenit w nim zawarty ulega przemianie w perlit tworząc ledeburyt przemieniony. Ledeburyt przeminiony występuje we wszystkich stopach żelaza z węglem o zawartości od 2,14 do 6,7% węgla. Ledeburyt przemieniony odznacza się znaczną twardością i znaczną kruchością.

32. Co to jest cementyt.

Faza międzymetaliczna o wzorze stechiometrycznym Fe3C, zawierająca 6,7% węgla, posiada strukturę rombową. Komórka strukturalna cementytu zawiera 12atomów żelaza i 4 atomy węgla, co odpowiada czterem cząsteczkom Fe3C. Między atomami żelaza wiązania mają charakter metaliczny, natomiast wiązania między atomami żelaza i węgla - kowalentny.

33. Kiedy powstaje cementyt pierwotny.

Wydzielający się z roztworu ciekłego wzdłuż linii CD zgodnie ze zmienną rozpuszczalności węgla w cieczy i występuje na tle ledeburytu przemienionego w postaci dużych jasnych igieł.

34. Kiedy powstaje cementyt wtórny.

Drugorzędowy czyli wtórny wydzielający się z austenitu w stanie stałym wzdłuż linii ES, wskutek obniżania się rozpuszczalności węgla w żelazie γ.

35. Kiedy powstaje cementyt trzeciorzędowy.

Wydzielający się z ferrytu wzdłuż linii PQ, wskutek obniżania się rozpuszczalności węgla w żelazie α, tworzy wydzielenia na granicach ziaren ferrytu lub rzadziej w ich wnętrzu.

36. Opisz mikrostrukturę stopu żelaza obserwowaną w temp. pokojowej dla stopu żelaza o wskazanym składzie.

0 - 0,01 - Ferryt ;

0,01 - 0,03 - Fe3C III-rzędowy + Ferryt ;

0,03 - 0,8 - Ferryt + Perlit ;

0,8 - Perlit ;

0,8 - 2,06 - Perlit + Fe3C II-rzędowy ;

37. Co to jest bainit i kiedy powstaje.

Definiuje się jako ferryt silnie przesycony węglem z wydzieleniami bardzo drobnych płytek cementytu, powstały w wyniku - najczęściej izotermicznej przemiany austenitu przechłodzonego w zakresie temp, pomiędzy 550°C - 250°C. W zależności od temp, przechłodzenia rozróżnia się :

Bainit górny - składa się z ziaren przesyconego węglem ferrytu o nieregularnych kształtach z nieregularnymi wydzieleniami węglików oraz austenitu szczątkowego.

Bainit dolny - składa się z przesyconego węglem ferrytu o postaci listwowej,

zbliżonego do martenzytu, płytkowych węglików w równoległych rzędach ściśle zorientowanych względem listew ferrytu oraz z austenitu szczątkowego.

38. Co to jest martenzyt i kiedy powstaje.

Jest strukturą jednofazową, która definiuje się jako przesycony roztwór węgla w żelazie α, powstały bezpośrednio z przechłodzonego austenitu w temp. Ma i niższej podczas oziębiania.

39. Przemiana perlityczna.

zachodzi przy ochłodzeniu austenitu poniżej temperatury Arl (alotropowej)

perlit- mieszanina eutektoidalna złożona z płytek ferrytu oraz cementytu

przemiana dyfuzyjna związana z przegrupowaniem atomów węgla zachodząca przez zarodkowanie i wzrost zarodków; zarodkowanie heterogoniczne na cząstkach cementytu, płytkach ferrytu, a w austenicie na granicach jego ziaren; kolejno tworzenie płytek cementytu i ferrytu

40. Przemiana bainityczna.

bainit: mieszanina ferrytu przesyconego węglem i drobnodyspersyjnych (małe wymiary i rozproszone w całej obiętości) węglików

przy przechłodzeniu stali do 450-200 o C; zarodkowanie rozpoczyna dyfuzja węgla w austenicie do granic ziaren i dyslokacji; zarodkami są miejsca ubogie w węgiel; wymagany czas inkubacji; równoczesna przemiana martenzytyczna w obszarach o małym stężeniu węgla i wysokiej Ms oraz wydzielanie drobnych cząstek cementytu; po przemianie martenzytycznej w czasie dalszego chłodzenia wydzielanie cementytu i węglika epsilon, a osnowa staje się ferrytem przesyconym węglem; rozrost bainitu jest kontrolowany szybkością dyfuzji węgla w austenicie

41. Przemiana martenzytyczna.

Istotą przemiany martenzytycznej jest przebudowa sieci przestrzennej sieć austenitu (RSC) na tetragonalną przestrzennie centrowaną sieć martenzytu, bez udziału dyfuzji, co oznacza niewielkie przemieszczenie atomów - rzędu ułamka odległości międzyatomowej - z zachowaniem uszeregowania atomów istniejącego przed przemianą

Przemiana martenzytyczna przebiega przez zarodkowanie i bardzo szybki wzrost płytek martenzytu w obrębie ziarn, z czego wynika, z

że z drobnoziarnistego austenitu powstanie drobnoiglasty martenzyt, a z gruboziarnistego - gruboiglasty martenzyt.

42. Jak wpływa temperatura wygrzewania i wielość ziaren perlitu na wielkość ziaren austenitu.

Przemiana Perlitu w Austenit jest związana z rozdrabnianiem ziarna. Średnia wielkość ziaren nowo utworzonego austenitu jest mniejsza od wielkości ziaren perlitu, z którego powstała faza Y. Zwiększenie temperatury lub czasu wygrzewania powoduje z reguły rozrost ziaren austenitu w stalach gruboziarnistych. Z wielkiego ziarna austenitu wytwarza się gruboziarnista struktura w temp. otoczenia (perlityczna), z drobnoziarnistego austenitu drobnoziarnisty perlit.

43. Jak wpływa wielkość ziaren perlitu na wielkość ziaren austenitu.

zarówno z gruboziarnistego jak i drobnoziarnistego, powstaje zawsze drobnoziarnisty austenit, a jego przyrost następuje dopiero w wyniku przegrzania.

44. Jak wpływa wielkość ziaren austenitu na wielkość ziaren perlitu.

z gruboziarnistego austenitu powstaje gruboziarnisty perlit, z drobnoziarnistego austenitu powstaje drobnoziarnisty perlit.

45. Co to jest szybkość zarodkowania i wzrost kryształów.

- szybkość zarodkowania - jest to liczba zarodków krystalizacji tworzących się w jednostce objętości cieczy w jednostce czasu.

- szybkość wzrostu zarodków - jest to liniowy wzrost długości kryształów w jednostce czasu.

Obie te wielkości zależą od przechłodzenia cieczy poniżej temp, krzepnięcia, która odpowiada równowagowemu współistnieniu fazy ciekłej oraz stałej. Obie wymienione wartości rosną wraz ze wzrostem przechłodzenia ΔT aż do granicy Tm po przekroczeni, której zmniejsza się ruchliwość atomów w cieczy co powoduje gwałtowny wzrost lepkości i zahamowanie krystalizacji, ciecz przechodzi w ciało stałe o strukturze amorficznej (bezpostaciowej).

Przy małych przechodzeniach szybkość wzrostu zarodków jest duża natomiast szybkość zarodkowania mała. Sprzyja to powstawaniu małej ilości dużych ziaren (otrzymujemy materiał gruboziarnisty). Przy dużym przechłodzeniu radykalnie wzrasta ilość zarodków zaś szybkość ich wzrostu rośnie nieznacznie. W wyniku tak prowadzonego procesu krystalizacji otrzymujemy materiał drobnoziarnisty.

46. Zarodek krystalizacji.

Zarodkami krystalizacji nazywamy kilkuatomowe skupiska fazy stałej o typowej dla niej strukturze krystalicznej, powstałe wewnątrz fazy ciekłej, których wzrost powoduje stopniowe przechodzenie cieczy w kryształ.

47. Zarodkowanie homogeniczne i heterogeniczne.

Zarodkowanie nazywamy homogenicznym, gdy prawdopodobieństwo powstania zarodka jest takie samo w całej objętości cieczy.

Zarodkowanie heterogeniczne jest zarodkowaniem, w którym funkcję zarodków krystalizacji przejmują obce cząstki faz stałych nierozpuszczone w ciekłym metalu.

Zarodkowanie heterogeniczne zachodzi łatwiej gdyż wymaga ono mniejszego przechłodzenia niż zarodkowanie homogeniczne.

48. Wpływ przechłodzenia na zarodkowanie i wzrost kryształu.

Zarówno szybkość zarodkowania i szybkość wzrostu kryształu zwiększa się ze wzrostem przechłodzenia ΔT aż do granicy Tm, po przekroczeni, której zmniejsza się ruchliwość atomów w cieczy co powoduje gwałtowny wzrost lepkości i zahamowanie krystalizacji. Przy dużym przechłodzeniu ciecz przechodzi w ciało stałe o strukturze amorficznej (bezpostaciowej).

Przy małych przechodzeniach szybkość wzrostu zarodków jest duża natomiast szybkość zarodkowania mała. Sprzyja to powstawaniu małej ilości dużych ziaren (otrzymujemy materiał gruboziarnisty). Przy dużym przechłodzeniu radykalnie wzrasta ilość zarodków zaś szybkość ich wzrostu rośnie nieznacznie. W wyniku tak prowadzonego procesu krystalizacji otrzymujemy materiał drobnoziarnisty.

49. Co to są dendryty

Kryształ o kształcie drzewiastym. Dendryty rosną aż do momentu, w którym zaczynają się stykać wzajemnie dając ostateczne ziarno. Szybkość wzrostu kryształu od A do B - przez wydzielenie się ciepła krzepnięcie. Kryształ wzrasta w innym kierunku w miejscu dostatecznego przechłodzenia z C do D aż do zaniku przechłodzenia.

50. Segregacja strefowa wlewka.

Krystalizacja stopów jest procesem bardzo złożonym. Skład fazy ciekłej i stałej są różne i zmieniają się w czasie krzepnięcia. Przy wolnym chłodzeniu dyfuzja składników powoduje wyrównanie stężeń w fazie stałej. Jednak pewne różnice w składzie chemicznym pozostają. Zjawisko to nazywa się segregacją. W skali makro obejmuje cały wlewek - segregacja strefowa. Jest to zróżnicowanie składu chemicznego wlewka powstająca podczas krystalizacji.

51. Co to jest poślizg dyslokacji.

Pod wpływem siły zewnętrznej za pośrednictwem ruchu dyslokacji części kryształu przesuwają się względem siebie wzdłuż płaszczyzny i kierunków krystalograficznych najczęściej obsadzonymi atomami zwanymi płaszczyznowymi i kierunkowymi łatwego poślizgu. Nie występują w monokryształach.

52. Co to jest bliźniakowanie.

Polega na skręceniu jednej części kryształu względem drugiej o kąt alfa w określonej płaszczyźnie i kierunku.

53. Zdrowienie statyczne.

Jest to pierwszy etap w powrocie odkształconego plastycznie metalu do stanu równowagi ( materiał odkształcony ma większą energię dyslokacji od metalu nie odkształconego, dąży on do wyładowania nadmiaru energii i przejścia w stan równowagi ). Zdrowienie przebiega w stosunkowo małej temp, charakteryzuje się przegrupowaniem i zmniejszeniem gęstości dyslokacji co zmniejsza energię wewnętrzną metalu.

54. Poligonizacja.

Przy zdrowieniu dyslokacje krawędziowe o jednakowych wektorach grupują się w równoległych rzędach w miejscach zwiększonych naprężeń.

55. Rekrystalizacja.

Drugi etap w procesie doprowadzenia do stanu równowagi. Następuje w wyższej temp, niż zdrowienie. Rekrystalizacja rozpoczyna się w odkształceniu metalu w chwili utworzenia pierwszych granic sześciokątnych. Rekrystalizację określa się jako powstanie i przemieszczenie się sześciokątnych granic ziaren co jest związane z procesem tworzenia i rozrostu zarodków nowych ziaren.

56. Wyżarzanie.

Wyżarzanie jest zabiegiem cieplnym polegającym na nagrzaniu stopu do odpowiedniej temp, wygrzaniu w tej temp, i chłodzeniu do temp, otoczenia.

Szybkość chłodzenia po wyżarzaniu w temp, wyższej od temp, przemian powinna być niewielka. Szybkie chłodzenie uniemożliwiałoby bowiem powstanie faz zgodnych ze stanem równowagi stopu. Po wyżarzaniu w zakresie temp, poniżej przemian szybkości chłodzenia może być zasadniczo dowolna, gdyż nie zachodzą w tym zakresie żadne przemiany fazowe.

57. Wyżarzanie rekrystalizujące.

Polega na nagrzaniu metalu uprzednio odkształconego plastycznie na zimno do temp, rekrystalizacji (600- 700°C) wygrzaniu w czasie do kilku godzin a następnie powolnym studzeniu w celu usunięcia niepożądanych skutków odkształcenia.

Cel - usuwa skutki zgniotu, powodując zmniejszenie twardości i wytrzymałości oraz zmiękczenie ciągliwości metalu.

58. Wyżarzanie odprężające.

Stosuje się do gotowych wyrobów, w których pozostały naprężenia własne po procesie technologicznym.

Celem jest zmniejszenie naprężeń bez zmiany struktury. Polega na nagrzaniu do temp, poniżej 650°C, kilku godzin wygrzania i powolnym studzeniu.

59. Wyżarzanie normalizujące i zupełne.

Wyżarzanie normalizujące - prowadzone jest w celu polepszenia własności mechanicznych przez wytworzenie jednolitej drobnoziarnistej struktury. Polega na nagrzaniu przedmiotu do temp, 30 - 50°C powyżej Ac = 800°C, krótkim wygrzaniu, a następnie studzeniu w wolnym powietrzu.

Wyżarzanie zupełne - prowadzone jest w celu nadania stali stanu najbardziej zbliżonego do stanu równowagi o jednolitej drobnoziarnistej strukturze. Polega na nagrzaniu przedmiotu do temp, 30 -50°C powyżej Ac = 800°C, krótkim wygrzaniu, a następnie bardzo powolnym studzeniu razem z piecem. Różni się od normalizującego sposobem chłodzenia.

60. Wyżarzanie zmiękczające.

Wyżarzanie zmiękczające stosuje się głównie do tych stali, w których występują duże kryształy cementytu w perlicie oraz siatka cementytu otaczająca pierwotne ziarna austenitu.

Wyżarzanie zmiękczające polega na nagrzaniu stali do temp, określonej w przybliżeniu przemianą A1 i następnie studzeniu po długotrwałym (kilkugodzinnym) wygrzewaniu.

61. Hartowanie martenzytyczne i bainityczne.

Podczas hartowania martenzytycznego chłodzenie przedmiotu odbywa się z szybkością większą od krytycznej natomiast podczas hartowania bainitycznego szybkość chłodzenia przedmiotu jest mniejsza od krytycznej lecz wystarczy do powstania struktury bainitycznej.

62. Hartowanie powierzchniowe.

Polega na nagrzaniu materiału do właściwej temp, tylko na jego powierzchni. Rdzeń materiału nie jest nagrzewany, zatem podczas obróbki nie zmieni swych własności. Celem takiego hartowania jest uzyskanie twardej powierzchni, pracującej zwykle na ścieranie.

Zależnie od sposobu nagrzewania rozróżnia się hartowanie powierzchniowe: płomieniowe, indukcyjne i kąpielowe.

63. Odpuszczanie.

Zasadniczym celem wyżarzania odpuszczającego (odpuszczania) jest zmniejszenie naprężeń w stali hartowanej i następnie zmniejszenie jej kruchości i twardości oraz zwiększenie własności plastycznych oraz sprężystych.

Rozróżniamy trzy rodzaje wyżarzania odpuszczającego:

- niskie, - średnie, - wysokie.

64. Ulepszanie cieplne.

Połączenie zabiegów hartowania oraz wysokiego odpuszczania w celu otrzymania optymalnych własności mechanicznych przy zachowaniu możliwości obróbki skrawaniem ;stosowane do ceści okretów, samochodów, broni

65. Przesycanie i starzenie.

Przesycanie - polega na nagrzaniu stopu do temp, w której rozpuszczalność w stanie stałym jest dostatecznie duża i umożliwia otrzymanie stopu jednofazowego. Zwiększa odporność na korozję.

Starzenie - polega na nagrzaniu stopu uprzednio przesyconego do temp. niższej od granicznej rozpuszczalności, wygrzaniu w tej temp. i studzeniu. W czasie starzenia następuje wydzielanie w przesyconym roztworze stałym składnika znajdującego się w nadmiarze, w postaci faz o wysokiej dyspersji.

Starzenie powoduje poprawę właściwości wytrzymałościowych i twardości oraz pogorszenie plastyczności.

66. Utwardzanie wydzieleniowe.

Jest to połączenie procesu przesycania i starzenia.

67. Narysuj i omów wykres CTP dla stali węglowej eutektoidalnej.

rysunek

68. Rodzaje ośrodków chłodzących.

Woda oraz roztwory wodne soli i zasad, oleje hartownicze, kąpiele solne i metalowe, powietrze i inne gazy.

69. Prawidłowa temp. austenizacji.

rysunek

70. Hartowanie martenzytyczne zwykłe z chłodzeniem ciągłym.

Podczas tego hartowania chłodzenie z temperatury austenizowania wykonuje się w sposób ciągły z szybkością większą od krytycznej do temp, niższej od Ms (350°C), a niekiedy nawet Mf (220°C). W wyniku tego hartowania uzyskuje się strukturę martenzytu z austenitem szczątkowym oraz z innymi składnikami strukturalnymi, które nie ulegają przemianom podczas obróbki cieplnej. W praktyce stale węglowe chłodzi się w wodzie, stale stopowe chłodzi się wolniej, np. w oleju, powietrzu.

71. Hartowanie martenzytyczne stopniowe.

Podczas tego hartowania chłodzenie polega na:

a) oziębianiu w stopionej soli lub gorącym oleju do temp, wyższej o 30 -50°C od Ms (350°C)

b) wytrzymanie w tej soli lub oleju w czasie niezbędnym do wyrównania temp, w całym przekroju i zapewniającym trwałość austenitu przechłodzonego.

c) studzeniu zazwyczaj zazwyczaj powietrzu do temp, otoczenia.

72. Hartowanie bainityczne zwykłe.

Polega na chłodzeniu ciągłym z szybkością mniejszą od krytycznej tak, aby był możliwy przebieg przemiany bainitycznej, ewentualnie z martenzytem oraz austenitem szczątkowym. W ten sposób uzyskuje się lepsze własności plastyczne i większą ciągliwość niż po hartowaniu martenzytycznymi i wysokim odpuszczaniu.

73. Hartowanie bainityczne z przemianą izotermiczną.

Zapewnia uzyskanie struktury bainitycznej przy znacznym ograniczeniu naprężeń cieplnych oraz zmniejszeniu możliwości powstania pęknięć i odkształceń stosowanych do obróbki cieplnej przedmiotów o małych przekrojach lub dużych ze stali wysokostopowych.

74. Odpuszczanie niskie.

Odpuszczanie niskie (w temp, 150 - 250°C) przeprowadza się w celu zmniejszenia naprężeń hartowniczych przy zachowaniu najwyższej twardości i odporności na ścieranie. Stosuje się do narzędzi ze stali węglowych, jak : wiertła, frezy, gwintowniki, wykrojniki.

75. Odpuszczanie średnie.

Odpuszczanie średnie (w temp, 250 - 500°C) ma na celu uzyskanie jak najwyższej granicy sprężystości oraz wytrzymałości na rozciąganie przy zadowalającej plastyczności. W zakresie od 400°C odpuszcza się sprężyny o prostych kształtach ze stali węglowych, pracujące pod obciążeniem statycznym. W zakresie temp, 400 - 500°C odpuszcza się części maszyn, które oprócz dużej wytrzymałości muszą mieć dużą odporność na uderzenia : resory, młotki pneumatyczne.

76. Odpuszczanie wysokie.

Odpuszczanie wysokie (w temp, 500 - Ac1) ma na celu uzyskanie optymalnego zespołu własności mechanicznych, wysokiej wytrzymałości i plastyczności oraz wytrzymałości zmęczeniowej.

77. Średnica krytyczna.

-(miara hartowności) - jest to średnica pręta, w którym po zahartowaniu w ośrodku o określonej zdolności chłodzącej uzyskuje się w osi przekroju poprzecznego strukturę o udziale martenzytu nie mniejszym niż 50%. Przy 50% - P(50), 95% - P(95).

78. Utwardzalność.

podatność stali na hartowanie miarą, której jest zależność największej do uzyskania po hartowaniu- twardości do warunków austenityzowania. Zależy od austenityzowania oraz stężenia węgla w austenicie.

79. Przehartowalność.

Przez przehartowalność rozumie się podatność stali na hartowanie jako zależność przyrostu twardości w wyniku hartowania od szybkości chłodzenia

80. Próba Jominy'ego.

(metoda określania hartowalności stali) Metoda ta polega na oziębianiu strumieniem wody czołowej powierzchni próbki walcowej o średnicy 25 mm i długości 100 mm, po austenityzowaniu w warunkach zalecanych dla danego gatunku stali. Na próbkach zahartowanych w tych warunkach wykonuje się próby twardości wzdłuż zeszlifowanej tworzącej próbki w odległości co 2 mm, poczynając od czoła próbki. Następnie sporządza się wykres twardości w funkcji odległości od czoła próbki, nanosząc średnie wyników pomiarów z dwóch przeciwległych tworzących.

81. Próba (krzywa) rozciągania.

rysunek

82. Metoda Brinella pomiaru twardości.

pomiar twardości tą metodą sprowadza się w praktyce do pomiaru średnicy odcisku kuli o wybranej średnicy przy wybranym obciążeniu, a odpowiadającą tym wartościom twardość odczytuje się z tablic zamieszczonych w normach. Przy twardości badania metalu do 450 HB stosuje się kulki stalowe ,a przy twardości powyżej 450 do 600HB kulki z węglików spiekanych. na każdej próbce powinny być dokonane przynajmniej 3 pomiary.

83. Metoda Vickersa pomiaru twardości.

Polega na wgniataniu diamentu w kształcie piramidy czworokątnej o kącie wierzchołkowym 136 stopni i podstawie kwadratu. Oblicza się jako stosunek siły działającej do powierzchni odcisku.

84. Metoda Rockwella pomiaru twardości.

pomiar polega na dwustopniowym wciskaniu wgłębnika w próbkę przy określonym w normie warunku i pomiarze trwałego przyrostu głębokości. Obciążenie wstępnie wynosi 98N i ma za zadanie eliminacje błędów wywołanych przyleganiem nieobci9ążonego wgłębnika do powierzchni. Następnie obciążenie główne wynoszące 1373N dla skali C, G, K, 490N dla skali A, F, H, 833M dla skali B, D, E. Pomiar twardości samoczynnie czujnikiem wyskalowanym.

85. Co to jest udarność.

Określa odporność materiału na uderzenia. Określa się ją jako stosunek pracy potrzebnej na złamanie próbki z karbem do pola przekroju poprzecznego tej próbki. Zastosowanie karbu ma na celu zlokalizowanie pęknięć.

86. Co to jest zmęczenie materiału.

Zmniejszenie się wytrzymałości materiału przy długotrwałym cyklicznym obciążeniu okresowo zmiennym, co do wartości i znaku. Próba zmęczenia polega na wielokrotnym obciążeniu próbki wywołując zmienny stan naprężeń.

87. Co to jest wytrzymałość zmęczeniowa.

Maksymalna wartość naprężenia zmieniająca się okresowo, którą próbka badanego materiału może wytrzymać przy nieograniczonej liczbie cykli obciążeń.

88. Co to jest wykres zmęczeniowy Wohlera.

W przypadku badań mających na celu wyznaczenie wytrzymałości na zmęczenie w warunkach określonego cyklu obciążenia sporządza się wykresy Wohlera - naprężenie w funkcji liczby cykli do zmęczenia, w układzie pół- lub podwójnie logarytmicznym

89. Co to jest żarowytrzymałość (odporność na pełzanie).

Odporność na odkształcenie materiału przy temperaturach wyższych. Pełzanie : zjawisko powolnego odkształcenia plastycznego pod wpływem stałego lub zmiennego naprężenia po przekroczeniu pewnej określonej temp.

90. Krzywa pełzania.

Zależność między odkształceniem a czasem przy pełzaniu wysokotemperaturowym. Na krzywej tej można wyróżnić trzy stadia:

91. Stale niestopowe jakościowe.

92. Stale niestopowe specjalne.

Charakteryzują się wyższym stopniem czystości i mniejszym udziałem wtrąceń niemetalicznych niż stale jakościowe. Stale t e zwykle są przeznaczone do ulepszania cieplnego lub hartowania powierzchniowego.

93. Stale stopowe jakościowe.

94. Stale stopowe specjalne.

Stalom stopowym specjalnym, przez dokładne regulowanie składu chemicznego i sterowanie procesem produkcyjnym, nadaje się najbardziej zróżnicowane własności technologiczne i użytkowe

95. Żeliwa niestopowe.

96. Żeliwa stopowe.

Do żeliw stopowych są wprowadzane dodatki stopowe, występujące oprócz domieszek. Pierwiastki te są dodawane w celu polepszenia własności użytkowych żeliw, a w szczególności zwiększenia: własności mechanicznych, odporności na ścieranie, polepszenia: odporności na działanie korozji (elektrochemicznej, gazowej), własności fizycznych

97. Staliwa.

jest plastycznie obrabialnym, lecz nie obrobionym więc występuje w postaci lanej. Zazwyczaj ilość węgla w staliwie nie dochodzi do 1%, a suma innych domieszek przechodzących z przerobu hutniczego tj. manganu, krzemu, fosforu i siarki również nie przekracza 1%. W zależności od tego czy znajdujące się w staliwie domieszki są pozostałością po przerobie hutniczym, czy też zostały wprowadzone umyślnie, rozróżnia się dwa rodzaje staliwa: węglowe i stopowe.

98. Stopy aluminium.

W porównaniu ze stalami stopy aluminiowe charakteryzują się znacznie mniejszą masą, a w niskiej temp. większą udarnością. Ze względu na sposób wytwarzania dzielą się na:

99. Mosiądze.

Są to stopy miedzi z cynkiem. Własności mechaniczne mosiądzów zależą od zawartości cynku. Największą plastyczność ma stop jednofazowy alfa o zawartości 30 - 32% Zn (cynku). Po przekroczeniu granicy obszaru jednofazowego (~ 38% Zn) wydłużenie gwałtownie się zmniejsza. Wytrzymałość natomiast osiąga maksimum przy zawartości ok. 45%, a więc w stopach o strukturze beta. Własność mechaniczna Cu-Zn bardzo szybko pogarsza się w temp, >200°C, natomiast w temp, ujemnej są lepsze niż otoczenia. Wrażliwe na sezonowe pękania. Odporne na korozję atmosferyczną, ścieranie. Do rurociągów.

100. Brązy.

Stop miedzi z cyną. Praktyczne zastosowanie mają stopy o zawartości ok. 20% Sn. Do obróbki plastycznej nadają się tylko o zawartości Sn <20%. Oprócz cyny wchodzą w skład brązów jeszcze Pb, Ni, Fosfor. Rozróżnia się brązy cynowe, aluminiowe, krzemowe, berylowe, ołowiowe. Szczególnie dobre własności plastyczne ma brąz o zawartości Sn 2,5%. Zastosowanie to wyroby artystyczne.


Wyszukiwarka