METALE

1. Co to znaczy, że metale i ich stopy są materiałami sprężysto- plastycznymi?

Sprężysto- plastyczny oznacza, iż w pewnym zakresie obciążenia odkształcenie tworzyw metalowych jest proporcjonalne do naprężeń i na wykresie naprężenie- odkształcenie wyraża się odcinkiem prostoliniowym. Po przekroczeniu krytycznej wartości naprężenia, zwanej granicą plastyczności, metale i ich stopy zaczynają odkształcać się trwale.

2. Co rozumiesz przez umacnianie metali i ich stopów?

Umacnianie metali i ich stopów jest to zabieg, któremu poddaje się obrabiany materiał w celu polepszenia jego własności wytrzymałościowych.

3. Jaka jest ogólna zasada umacniania metali i ich stopów?

Ogólną zasadą umacniania metali i ich stopów jest utrudnianie (blokowanie) ruchu dyslokacji. Wiąże się to z wytwarzaniem w materiale różnego rodzaju przeszkód.

4. Co to jest roztwór stały międzywęzłowy, a co różnowęzłowy?

Roztwór stały międzywęzłowy- faza jednorodna o wiązaniach metalicznych składająca się z co najmniej 2 składników, gdzie jeden z nich pełni rolę rozpuszczalnika. W roztworze tym atomy rozpuszczone zajmują przestrzenie(luki) między atomami węzłowymi.

Roztwór stały różnowęzłowy- faza jednorodna o wiązaniach metalicznych składająca się z co najmniej 2 składników, gdzie jeden z nich pełni rolę rozpuszczalnika. W roztworze tym atomy rozpuszczone lokują się w węzłach sieci rozpuszczalnika.

5. Opisz krótko lub zilustruj w tabeli co dzieje się podczas ogrzewania metalu uprzednio odkształconego przez zgniot na zimno?

Następuje rekrystalizacja, obejmuje etap zarodkowania nowych ziaren materiału wokół zarodków rekrystalizacji powstających w miejscach o najwyższej energii (w największych zaburzeniach sieci) na granicach ziaren, subziaren, pasmach poślizgu oraz ich wzrost., który prowadzi do powstania jednorodnej i bardziej rozdrobnionej struktury w stosunku do materiału przed odkształceniem i rekrystalizacją.

6. Dlaczego odbudowa struktury stopów odkształconych przez zgniot na zimno zachodzi zwykle w wyższej temperaturze niż w czystych metalach?

Ponieważ do zainicjowania procesu odbudowy struktury stopu odkształconego przez zgniot (zdrowienie i rekrystalizacja) potrzebne jest dostarczenie z zewnątrz dodatkowej energii (zwykle jest to energia cieplna), która wraz z energia zmagazynowaną (powstającą w związku ze zmianą struktury wywołaną odkształceniem, zmagazynowaną przede wszystkim w obszarze wokół dyslokacji) pozwala na przechodzenie materiału do niższego energetycznie i bardziej stabilnego stanu.

7. Co to jest obróbka cieplna metali i stopów? Podaj jej klasyfikację.

Obróbka cieplna- zespół zabiegów technologicznych polegających na nagrzaniu przedmiotu do wymaganej temperatury, wytrzymaniu w niej przez określony czas oraz chłodzeniu z zadaną prędkością, w celu wywołania zamierzonych zmian struktury, zapewniających uzyskanie odpowiednich właściwości mechanicznych.

Klasyfikacja zabiegów obróbki cieplnej:

wyżarzanie (obróbka korygująca)

hartowanie i odpuszczanie (o. umacniająca)

przesycanie i starzenie (o. umacniająca)

8. Jaki jest zasadniczy cel obróbki cieplnej zwanej wyżarzaniem? Co znaczy termin że wyżarzanie stali należy do grupy obróbki z przemianą lub bez przemiany fazowej? Podaj po jednym przykładzie każdego z rodzajów wyżarzania.

Wyżarzanie polega na nagrzaniu materiału do określonej temperatury, wygrzaniu w tej

temperaturze i chłodzeniu z odpowiednią szybkością. Podstawowym celem wyżarzania jest otrzymanie mikrostruktury możliwie najbliższej stanowi równowagi.. Pod terminem przemiany fazowej rozumie się przemianę perlitu w austenit.

Wyżarzanie bez przemiany: odprężające, rekrystalizujące, ujednoradniające.

Wyżarzanie z przemianą: zupełne, normalizujące, zmiękczające.

9. Jaki jest zasadniczy cel nawęglania stali? Dlaczego do nawęglania stosuje się stale niskowęglowe lub niskostopowe i czy nawęglanie samo w sobie jest zabiegiem wystarczającym w tego typu obróbce cieplno- chemicznej?

Nawęglanie stosuje się w celu uzyskania twardej i odpornej warstwy powierzchniowej przy jednoczesnym zachowaniu ciągliwego rdzenia. Do nawęglania stosuje się stale niskowęglowe lub niskostopowe aby uzyskac ciągliwy rdzeń. Nawęglanie nie jest wystarczającą obróbką a jedynie przygotowuje do późniejszego hartowania i odpuszczania.

10. Dlaczego do azotowania stosuje się stale średniowęglowe uprzednio ulepszone cieplnie i jaka jest temperatura azotowania?

Do azotowania stosuje się stale średniowęglowe i uprzednio ulepsza się je cieplnie w celu otrzymania sztywnego rdzenia, aby zapobiec łuszczeniu się cienkiej i kruchej warstwy azotowania. Temperatura azotowania: utwardzającego 500-580*C a antykorozyjnego 600-700*C.

11. Co to jest utwardzanie cieplne, a co ulepszanie cieplne?

Utwardzanie cieplne- połączenie proces hartowania z odpuszczaniem niskim. Twardość wzrasta 2-3HRC

Ulepszanie cieplne- połączenie proces hartowania z średnim lub wysokim odpuszczaniem w celu uzyskania najlepszej kombinacji własności wytrzymałościowych i plastycznych.

12. Opisz krótko jak zmienia się mikrostruktura i własności zahartowanej stali podczas jej nagrzewania? Jak nazywamy obróbkę cieplną obejmującą hartowanie + średnie lub wysokie odpuszczanie?

Zmiana mikrostruktury następuje w zależności od temperatury:

odpuszczanie niskie(150-200 st C)- mikrostruktura martenzytu odpuszczonego;

- wysokie właściowści wytrzymałościowe, minimalna ciągliwość;

średnie (300-500 st C)- drobnoziarnista budowa sorbityczna (morfologia ilasta lub listwowa);

-znaczna wytrzymałość przy dobrej ciągliwości;

wysokie (500-700) - mikrostruktura sferoidytu- cementyt kulkowy o osnowie ferrytu;

-dobre wł wytrzymałościowe i duża ciągliwość;

Obróbka cieplna obejmująca hartowanie + średnie lub wysokie odpuszczanie to ulepszanie cieplne (*hartowanie i odpuszczanie w niskiej tem to utwardzanie cieplne);

13. Na czym polega różnica między hartowaniem a przesycaniem?

W przypadku hartownia dokonuje się zmiana sieci krystalograficznej, a podczas przesycania sieć rozpuszczalnika zostaje zachowana, a zmianie ulega jedynie parametr sieci.

Ponadto podczas przesycania nie występuje przemiana martenzytyczna;

14. Co oznacza termin utwardzanie cieplne, a co ulepszanie cieplne stali?

Patrz 11.

15. Co to jest stal i jak jej mikrostruktura i właściwości mechaniczne zależą od zawartości węgla i szybkości chłodzenia?

Stal- obrobiony plastycznie i cieplnie stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, w którym zawartość węgla nie przekracza 2% otrzymany w procesie stalowniczym ze stanu ciekłego;

wpływ węgla: przy wzroście zawartości węgla zwiększa się udział cementytu w mikrostrukturze a zatem maleje plastyczność a wzrasta twardość , oraz do zawartości węgla ok. 1% wzrasta wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności, powyżej tej wartości maleją, a wzrasta kruchość, przyczyną jest pojawienie się cementytu wtórnego w mikrostrukturze;

większa szybkość chłodzenia (większa od szybkości krytycznej) zapewni uzyskanie struktury martenzytycznej na całym przekroju stali poddanej hartowaniu, w przypadku mniejszej niż krytyczna szybkości chłodzenia głębiej położone warstwy materiału będą miały strukturę bainityczną a nawet perlityczną; uzyskanie str martenzytycznej zwiększa twardość, jednocześnie zmniejsza plastyczność;

16. Co rozumiesz przez przehartowalność, a co przez utwardzalność stali? Która ze stali A- węglowa o zawartości węgla 1,2% czy B- niskowęglowa niskostopowa o zawartości 0,3%C + 1,0%Cr + 1,0%Mo + 1,0%Ni będzie miała większą utwardzalność, a która większą przehartowalność i dlaczego? Naszkicuj wykres zmian twardości w funkcji odległości od czoła dla tych stali.

Przehartowalność- podatność stali do utwardzania się w głąb przekroju pod wpływem hartowania

Utwardzalność- podatność stali do hartowania wyrażona największą twardością jaka można osiągnąć w wyniku hartowania.

Utwardzalność zależy od stężenia węgla, im większa zawartość węgla w stali tym lepsza utwardzalność. Natomiast ilość dodatków stopowych wpływa na większą przehartowalność. A- większa utwardzalność B- większa przehartowalność.

17. Jaką główną rolę pełnią mikrododatki w stali umacnianej metodą obróbki termo-plastycznej?

Mikrododatki (V, Nb, Ti, Zr) tworząc węgliki, azotki lub węglikoazotki przeciwdziałają rozrostowi ziaren austenitu podczas obróbki plastycznej powyżej temperatury rekrystalizacji; stal z mikrododatkami jest umocniona wydzieleniowo;

18. Co to są siluminy? Co to jest modyfikacja i jaki jest cel modyfikacji siluminów pod- i okołoeutektycznych?

Modyfikacja- wzrost własności wytrzymałościowych stopu poprzez dodanie do ciekłego stopu substancji(modyfikatora), który powoduje zmiany w mikrostrukturze. Zmiany w mikrostukturze są większe niż wynikałoby to ze składu chemicznego.

Siluminy są to stopy aluminium z krzemem. Odznaczają się bardzo dobrymi własnościami odlewniczymi oraz dobrymi mechanicznymi. Klasyfikuje się je na podeutektyczne(4-10% Si), okołoeutektyczne (10-13% Si) oraz nadeutektyczne(17-30% Si). Celem modyfikacji siluminów pod- i okołoeutektycznych jest rozdrobnienie krzemu etektycznego.

19. Co to są siluminy? Co to jest modyfikacja i jaki jest cel modyfikacji siluminów nadeutektycznych?

Modyfikacja- wzrost własności wytrzymałościowych stopu poprzez dodanie do ciekłego stopu substancji(modyfikatora), który powoduje zmiany w mikrostrukturze. Zmiany w mikrostukturze są większe niż wynikałoby to ze składu chemicznego.

Siluminy są to stopy aluminium z krzemem. Odznaczają się bardzo dobrymi własnościami odlewniczymi oraz dobrymi mechanicznymi. Klasyfikuje się je na podeutektyczne(4-10% Si), okołoeutektyczne (10-13% Si) oraz nadeutektyczne(17-30% Si). Celem modyfikacji siluminów nadeutektycznych jest zmiana kształtu wydzieleń krzemu pierwotnego.

20. Co to jest żeliwo? Podaj jego rodzaje i wskaż jak jego własności zależą od mikrostruktury.

Żeliwo jest to stop żelaza z węglem (zawartość węgla powyżej 2%) oraz innymi dodatkami stopowymi krzepnący z przemianą eutektyczną.

Żeliwo białe- węgiel występuje w postaci związanej Fe₃C

Żeliwo szare- węgiel wystepuje w postaci wolnej, czyli grafitu, natomiast w postaci związanej nie przekraczającej charakterystycznej dla perlitu czyli 0,8%

Żeliwo połowiczne- węgiel występuje w postaci wolnej, czyli grafitu, natomiast w postaci związanej powyżej charakterystycznej dla perlitu czyli 0,8%

Żeliwo z grafitem sferoidalnym

Żeliwo ciągliwe- produkt obrobki cieplnej żeliwa białego

Im więcej cementytu tym żeliwo twardsze i bardziej kruche.

Grafit płytkowy zmniejsza plastyczność.

Grafit powoduje: zmniejszenie skurczu odlewniczego, polepsza skrawalność, zmniejsza wytrzymałość zmęczeniową, zwiększa właściwości ślizgowe, sprzyja tłumieniu drgań.

Im większy udział fazy miękkiej np. ferrytu tym lepsza plastyczność, im większa ilość perlitu tym lepsze własności wytrzymałościowe.

22. Co to są brązy, a co to są mosiądze?

Brązy- stopy miedzi z cyna lub podwójne stopy miedzi z szeregiem pierwiastkow np. Al., Si, Mn, PB, Be innymi z wyjątkiem Zn i Ni

Mosiądze- techniczne stopy miedzi z cynkiem(do 48% Zn) oraz innymi pierwiastkami stopowymi

23. Jakie są różnice pomiędzy żeliwem białym i szarym? Dlaczego żeliwo szare nie wykazuje praktycznie własności plastycznych lecz pęka w sposób kruchy?

Żeliwo białe od szarego różni postać występowania węgla, w białym cały jest związany w postaci cementytu, w szarym co najwyżej 0,8%C w postaci cementytu, reszta w postaci wolnej- grafit;

występujący w postaci wolnej (grafit) C w żeliwie szarym zmniejsza jego własności plastyczne i powoduje kruchość (ponieważ: właściwości plastyczne grafitu są praktycznie zerowe; koncentracja naprężeń na obrzeżach grafitu płatkowego);

CERAMIKA

1. Co to znaczy że materiały ceramiczne są sprężysto-kruche?

Kruchość jest jednym z największych mankamentów ceramik. Objawia się przedwczesnym uszkodzeniem materiału podczas wytwarzania albo w czasie eksploatacji. Materiały kruche wykazują małą tolerancję na różnego rodzaju nieciągłości np. mikropęknięcia. Spośród charakterystycznych właściwości ceramiki na czoło wysuwają się: duża sztywność oraz kruchość, reprezentowane odpowiednio przez moduł sprężystości Younga E oraz odporność na kruche pękanie KC. Ceramika ma skłonność do kruchego pękania, która zależy od ciągliwości i twardości, można wyrazić za pomocą wskaźnika kruchości Ib

Ib=H/KC

H-twardość

KC- odporność na kruche pękanie.

Kruchość ceramiki wiąże się bezpośrednio z minimalną zdolnością do odkształceń plastycznych, które mogłyby doprowadzić do relaksacji naprężeń lub spowodować zmniejszenie lokalnego spiętrzenia naprężeń. Małe odkształcenie plastyczne w chwili zniszczenia odzwierciedla małą tolerancję na obecność uszkodzeń. Natomiast sprężystość materiałów ceramicznych zależy od

modułu sprężystości Younga E.

Z wykresu wynikają 2 podstawowe informacje (wykres w załączniku):

a) O ile zniszczenie metalu poprzedza mniejszy lub większy zakres odkształceń plastycznych, o

tyle zniszczenie ceramiki należy uznać za całkowicie kruche.

b) Z wykresu wynika również większa wytrzymałość ceramiki na ściskanie w porównaniu z

wytrzymałością na rozciąganie oraz na ogół większa sztywność materiałów ceramicznych w

porównaniu do metali.

2. Dlaczego ceramika nie nadaje się do kształtowania metodami obróbki plastycznej?

Jeśli rośnie wytrzymałość, twardość maleje plastyczność. Podczas kształtowania metodą obróbki

plastycznej może dojść do pęknięcia materiału ze względu na dużą kruchość ceramiki.

3. Dlaczego metale i ich stopy są bardziej odporne na kruche pękanie niż ceramika?

Różnica między metalami i ceramiką polega na różnicy rodzaju wiązań między atomami. Cechą charakterystyczną ceramiki są bardzo silne wiązania kowalencyjne lub jonowe, a najczęściej mieszane różnym udziale jednych i drugich. Właśnie wiązania mają ogromny wpływ na właściwości ceramiki. Bardzo silne wiązania kowalencyjne-duża twardość.

Im większa twardość tym maleje odporność na kruche pękanie. Uzasadnia to wzór na wskaźnik kruchości =H/

Materiały o dużych oporach struktury krystalicznej dla poślizgowego ruchu dyslokacji charakteryzują się małą odpornością na pękanie (dużą kruchością ). W takich materiałach nawet na czole pęknięcia, gdzie następuje koncentracja naprężeń, opory sieci sprawiają, że poślizg jest bardzo trudny. Właśnie zdolność do odkształceń na czole pęknięcia powoduje, że metale mają duża udarność, gdyż w nich energia jest absorbowana w strefie plastycznej, przez co rozprzestrzenianie pęknięcia jest utrudnione. Pewna plastyczność na czole pęknięcia może również występować w materiałach ceramicznych, jednak jest ona bardzo ograniczona, przez co zaabsorbowana energia jest niewielka. W rezultacie odporność materiałów ceramicznych na pękanie jest mała. Potwierdzają to małe wartości KIC, które dla materiałów ceramicznych są około 50 razy mniejsze od wartości KIC dla metali. Materiały ceramiczne zawsze zawierają pęknięcia, pory lub pustki. Wytrzymałość materiałów ceramicznych na rozciąganie jest więc określona ich małą odpornością na pękanie oraz długością istniejących mikropęknięć. Jeżeli w próbce długość istniejących mikropęknięć wynosi 2am, to

wytrzymałość na rozciąganie jest określona zależnością

4. Co to jest moduł Weibull'a? Naszkicuj przebieg prawdopodobieństwa przetrwania dla materiałów o module Weibull'a m₁= x i m₂=y. Wskaż odpowiednie wykresy na rysunku.

Moduł Weibulla określa szybkość zmniejszania się wytrzymałości w miarę jak naprężenie zbliża się do wartości σ_0.

np. m=x=5 a m=y=20

5. Dlaczego ceramika jest materiałem twardym, a dlaczego kruchym?

Duża twardość ceramiki wynika z dużej siły oporu jaką stawia sieć poruszającym się dyslokacjom (bardzo mocne wiązania), natomiast kruchość wiąże się bezpośrednio z minimalną zdolnością do odkształceń plastycznych. Odzwierciedla to małą tolerancję materiałów ceramicznych na obecność defektów.

6. Dlaczego ceramika jest predestynowana do pracy w warunkach ściskania? Dlaczego

wytrzymałość na rozciąganie wyznaczona metodą zginania jest około 1,65 razy większa niż ta sama

wielkość wyznaczana podczas rozciągania?

W próbie rozciągania metale wykazują zwykle znaczne odkształcenie plastyczne natomiast ceramiki ulegają zniszczeniu już w zakresie odkształceń sprężystych. W próbie rozciągania zniszczenie próbki nastąpiło już przy naprężeniu 280MPa natomiast w próbie ściskania - przy naprężeniu 2100MPa. Materiały ceramiczne są względnie słabe w przypadku obciążeń rozciągających, lecz mocne w przypadku obciążeń ściskających. Ceramiki pękają przy naprężeniach rozciągających znacznie mniejszych od naprężeń obliczonych na podstawie siły wiązań międzyatomowych. Takie zachowanie jest spowodowane tym, że w ceramikach zawsze występują wady (pustki, pory, pęknięcia) powodujące koncentracje naprężeń spowodowane wadami, gdyż naprężenie ściskające powodują domykanie istniejących wad, a nie ich rozwieranie się. Dlatego kruche z natury materiały ceramiczne wykazują znacznie większą wytrzymałość na ściskanie niż na rozciąganie i z tego względu należy stosować takie rozwiązania konstrukcyjne, aby wykonane z ceramik konstrukcje były obciążane głównie siłami ściskającymi, a nie rozciągającymi. Ze względu na bardzo dużą czułość ceramik na wady powierzchniowe zwykle nie poddaje się ich próbie rozciągania.

Należy zaznaczyć , że wyznaczanie wytrzymałości na rozciąganie w klasyczny sposób jest wyjątkowo trudne, o ile w ogóle możliwe. Powodem jest kruchość ceramik, która w większości przypadków uniemożliwia zamocowanie próbki w uchwycie maszyny wytrzymałościowej. Jeśli nawet jest to możliwe to wszelkie błędy zamocowania np. brak współosiowości, silnie zakłócają pomiar, a także jakiekolwiek zgięcie próbki podczas próby prowadzi do jej przedwczesnego zniszczenia, a po drugie wykonanie próbki jest kosztowne. Stąd też najczęściej wytrzymałość na rozciąganie określa się w próbie zginania. Wyznacza się wówczas wytrzymałość na zginanie , nazywaną czasem „modułem pękania” - MOR, która jest zdefiniowana jako maksymalne naprężenie rozciągające w momencie zniszczenia (złamania) próbki.

Dla próbek w postaci belki o długości l obciążonej centralnie siłą F, wytrzymałość na zginanie oblicza się z zależności: = gdzie b i h są odpowiednio grubością i wysokością belki.

7. Wymień 3 przykłady własnoścopi ceramiki należących równocześnie do jej zalet i wad. Wyjaśnij tę pozorną sprzeczność.

- wysoka temperatura topnienia

- duża twardość

-duża sztywność

-mały współczynnik rozszerzalności cieplnej

Ceramika ma różne zastosowania. W zależności od przeznaczenia ceramiki własności te mogą być albo zaletą albo wadą.

8. Jaką technologię kształtowania stosuje się w stosunku do materiałów ceramicznych? Jaka jest mikrostruktura ceramiki ukształtowanej za pomocą tej technologii?

Materiałem wyjściowym jest proszek syntetyczny, często z pewną ilością ciekłego spoiwa, który po wymieszaniu formuje się, suszy i wypala w wysokiej temperaturze ( nawet do 1800). Mikrostruktura ceramiki w dużym stopniu jest rezultatem sposobu jej wytwarzania, polegającego na łączeniu silnie zdyspergowanych cząstek (ziaren) o rozmiarach rzędu mikrometrów. Z tego powodu większość ceramik ma mikrostrukturę polikrystaliczną. Ze względu na charakter wiązań, struktura granic ziaren jest bardziej złożona niż w wypadku metali i ich stopów. Wynika to przede wszystkim z

wymagania odnośnie otoczenia określonych atomów, które to atomy w metalach są nierozróżnialne.

9. Jaka energia sprzyja kształtowaniu ceramiki podczas spiekania proszku ceramicznego?

Do spiekania stosuje się proszki silnie zdyspergowane o wielkości ziarna 0,5-1µm, dzięki czemu ich powierzchnia wynosi ok. 1/g. Tak rozdrobnione proszki charakteryzują się znaczną energią powierzchniową (ok.4,2 J/g), stanowiącą siłę napędową procesu spiekania.

10. Dane są dwa elementy z tej samej ceramiki, jeden o przekroju drugi o przekroju =10. Czy można założyć że element o większym przekroju poprzecznym jest w stanie przenieść 10 razy większe obciążenie niż element o przekroju ? Uzasadnij odpowiedź.

Nie, ponieważ wytrzymałość ceramiki jest determinowana przez rozkład i wielkość pęknięć.

11. Od czego zależy wytrzymałość ceramiki?

Wytrzymałość ceramiki zależy od wielu czynników zarówno wewnętrznych jak i zewnętrznych, w tym: mikrostruktury, stanu powierzchni, wielkości i kształtu próbki, stałości obciążenia, środowiska i temperatury. Na ogół materiały gruboziarniste są mniej wytrzymałe niż drobnoziarniste. Powodem jest większe prawdopodobieństwo wystąpienia nieciągłości w przestrzeniach między dużymi ziarnami niż małymi.

W przypadku materiałów kruchych a do takich należy ceramika, wytrzymałość na rozciąganie jest opisana za pomocą równania:

Gdzie: -współczynnik intensywności naprężeń podczas rozciągania w [MPa*]

-połowa długości największego mikropęknięcia w [m]

12. Narysuj wykres zachowania się ceramiki pod obciążeniem i zaznacz na nim wielkości charakterystyczne.

PODSTAWOWE

1. Wyjaśnij dlaczego metale i stopy o sieci regularnie ściennie centrowanej są bardziej plastyczne niż te o sieci heksagonalnej zwartej?

Obie struktury - RSC i HZ charakteryzują się gęsto upakowanymi atomami. I

właśnie te gęste ułożenie atomów ułatwia przemieszczenie się dyslokacji, która jest

nośnikiem odkształcenia plastycznego. RSC ma płaszczyzny o współrzędnych {111}, które mają najlepszy system poślizgów, które ułatwia dyslokację. Innymi słowy - RSC z powodu płaszczyzn poślizgu {111} oraz słabiej upakowanych atomów niż u HZ, ma większe skłonności do dyslokacji, dzięki której materiał lepiej i szybciej ulega odkształceniom plastycznym.

(Szara książka Kaczorowskiego, s. 55-56)

2. Który spośród stopów metali A - o sieci RSC czy B - o sieci HZ nadaje się do

kształtowania raczej metodą odlewniczą, a który metodą obróbki plastycznej i

dlaczego?

Metale A nadają się do obróbki plastycznej (dot. odp 1.). Natomiast metale B nadają

się do obróbki metodą odlewniczą, gdyż są sztywne i kruche.

3. Podaj klasyfikację defektów sieci krystalicznej i wskaż, które z nich są odpowiedzialne za odkształcenia plastyczne?

Do wad budowy krystalicznej zaliczamy: defekty punktowe, defekty liniowe, defekty

powierzchniowe (płaskie) i defekty objętościowe. Do wad punktowych należą

wakanse (wolne węzły sieci krystalicznej) oraz atomy międzywęzłowe ( atomy, które

opuściły pozycje węzłowe i przemieściły się do pozycji międzywęzłowych).

Wydaje mi się, że defekty liniowe są odpowiedzialne za odkształcenia plastyczne,

gdyż ta dyslokacja wygląda zupełnie tak samo jakbyśmy dwie płytki przesuwali po

sobie w obojętnie którym kierunku. Jak leci defekt liniowy to naprężenia na jego

końcu są największe i leci najszybciej.

4. Co rozumiesz przez sztywność materiałów? Który z materiałów stal czy guma jest bardziej sprężysty i dlaczego?

Sztywność materiałów określa odporność materiału na zmianę wymiarów(kształtu) w obszarze odkształcenia sprężystego, tj. takiego które ustępuje po usunięcu obciążenia. Odległość na jaką mogą przemieścić się atomy zależy od wartości siły połączeń atomów oraz od liczby połączeń przypadających na jednostke powierzchni.

Bardziej sprężysta jest guma ponieważ ma mniejszy moduł sprężystości (Younga).

Moduł Younga- stosunek naprężeń normalnych do wywołanego odkształcenia sprężystego w zakresie odkszałcenia sprężystego.

5. Czy, a jeśli tak to w jaki sposób możemy znacząco zmienić moduł sprężystości materiałów krystalicznych?

Nie możemy znacząco zmienić modułu sprężystości materiałów krystalicznych ponieważ uzależniony jest on od wiązań międzyatomowych oraz ilości połączeń przypadających na jednostkę powierzchni, a w to nie jesteśmy w stanie ingerować.

6. Na czym polega ogólna zasada umacniania materiałów metalowych?

Ogólna zasada umacniania materiałów metalowych polega na utrudnianiu(blokowaniu) ruchu dyslokacji. Wiąże się to z wytwarzaniem w materiale różnego rodzaju przeszkód.

7. Która z próbek wykonana z tego samego metalu (np. Al): A- o wielkości ziarna 10µm czy B- o wielkości ziarna 1mm będzie wykazywać większe własności wytrzymałościowe i dlaczego?

Większe własności wytrzymałościowe będzie wykazywała próbka A, która ma drobniejsze ziarna. Metal o budowie drobnoziarnistej ma więcej granic ziaren, a więc przeszkód dla ruchu dyslokacji. Blokowanie ruchu dyslokacji jest ogólną zasadą umacniania, które ma na celu polepszenie własności wytrzymałościowych.

8. Co to jest roztwór stały międzywęzłowy, a co różnowęzłowy?

Roztwór stały międzywęzłowy- faza jednorodna o wiązaniach metalicznych składająca się z co najmniej 2 składników, gdzie jeden z nich pełni rolę rozpuszczalnika. W roztworze tym atomy rozpuszczone zajmują przestrzenie(luki) między atomami węzłowymi.

Roztwór stały różnowęzłowy- faza jednorodna o wiązaniach metalicznych składająca się z co najmniej 2 składników, gdzie jeden z nich pełni rolę rozpuszczalnika. W roztworze tym atomy rozpuszczone lokują się w węzłach sieci rozpuszczalnika.

9. Dany jest metal o temperaturze topnienia 327*C. Czy można go umocnić przez zgniot na zimno? Uzasadnij odpowiedź.

T_m= 327*C= 327 + 273= 600K

Temperatura rekrystalizacji wynosi 0,3-0,4T_m

0,3 x 600= 180K 180- 273= -93*C

Danego metalu nie można umocnić przez zgniot na zimno ponieważ temperatura rekrystalizacji jest ujemna. Oznacza to, że po powrocie do temperatury pokojowej (ok.20*C) nastąpi rekrystalizacja a więc usunięcie efektów zgniotu.

10. Opisz krótko lub zilustruj w tabeli co się dzieje podczas ogrzewania metalu uprzednio odkształconego przez zgniot na zimno?

Rys. 4.2 na str. 47 w szarej książce Kaczorowskiego

11. Dlaczego odbudowa struktury stopów odkształconych przez zgniot na zimno zachodzi

w zwykle wyższej temperaturze niż w czystych metalach?

Jednym z najistotniejszych czynników jest wielkość umocnienia, czyli wielkość

zgniotu. Im większy zgniot, tym większa ilość energii sprężystej skumulowana w

materiale na jednostce objętości. Układ dąży do rozładowania tej energii, ale aby ją

rozładować musimy dorzucić energii alby cały układ rozprężyć.

12.Dlaczego możemy z pewnym przybliżeniem wnioskować o granicy plastyczności na podstawie wyniku badań twardości?

Istnieje silna zależność między plastycznością a twardością materiału, im większa

twardość, tym mniejsza plastyczność. Logiczne.

13. Które z tworzyw metalowych A - o sieci RSC, B - o sieci HZ jest bardziej podatne na

umocnienie odkształceniowe (przez zgniot na zimno)?

Ten o sieci RSC ponieważ jest mniej upakowany niż HZ i ma najlepszy system poślizgów który ułatwia dyslokację, a co za tym idzie możliwość umocnienia przez zgniot.

14. Co to jest zmęczenie materiału i czym charakteryzuje się powierzchnia przełomu zmęczeniowego w makro- i mikrostrukturtze?

Zmęczenie materiału jest to odporność na działanie obciążeń zmiennych.

Powierzchnia przełomu zmęczeniowego charakteryzuje się tzw. prążkami zmęczeniowymi.

17. Jaki jest zasadniczy cel obróbki cieplnej zwanej wyżarzaniem? Co znaczy termin że wyżarzanie stali należy do grupy obróbki z przemianą lub bez przemiany fazowej? Podaj po jednym przykładzie każdego z rodzajów wyżarzania.

Celem obróbki cieplnej zwanej wyżarzaniem jest otrzymanie mikrostruktury najbardziej zbliżonej stanowi równowagi. Pod terminem przemiany fazowej rozumie się przemianę perlitu w austenit.

Wyżarzanie bez przemiany: odprężające, rekrystalizujące, ujednoradniające.

Wyżarzanie z przemianą: zupełne, normalizujące, zmiękczające.

18. Co to jest dyfuzja? Która z dwóch próbek z tego samego metalu: A- drobnoziarnista czy B- gruboziarnista, będzie wykazywać większą dyfuzyjność i dlaczego?

Dyfuzja - proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek w danym ośrodku (np. w gazie, cieczy lub ciele stałym), będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji między sobą i/lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka.

Dyfuzja zależy od zaburzeń sieci, im jest ich więcej tym lepsza dyfuzyjność.

Większą dyfuzyjność będzie wykazywać próbka A ponieważ drobnoziarnistość oznacza większą ilość granic ziaren, a więc zaburzeń sieci.

19. Co to jest dyfuzja? Która z dwóch próbek z tego samego metalu: A- umocniona przez zgniot na zimno czy B- wyżarzona, będzie wykazywać większą dyfuzyjność i dlaczego?

Dyfuzja - proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek w danym ośrodku (np. w gazie, cieczy lub ciele stałym), będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji między sobą i/lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka.

Dyfuzja zależy od zaburzeń sieci, im jest ich więcej tym lepsza dyfuzyjność.

Większą dyfuzyjność będzie wykazywać próbka A ponieważ ma więcej zaburzeń sieci.

20. Co to jest dyfuzja? Która z dwóch próbek, które były wyżarzone w piecu w wysokiej temperaturze: A- chłodzona szybko w wodzie czy B- chłodzona wolno wraz z piecem, będzie wykazywać większą dyfuzyjność i dlaczego?

Dyfuzja - proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek w danym ośrodku (np. w gazie, cieczy lub ciele stałym), będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji między sobą i/lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka.

Dyfuzja zależy od zaburzeń sieci, im jest ich więcej tym lepsza dyfuzyjność.

Większą dyfuzyjność będzie wykazywać próbka A ponieważ ma więcej wakansów, a więc zaburzeń sieci.

22. Warunkiem lub wydzieleniowego jest występowanie zmiennej rozpuszczalności.

23. Warunkiem wzmacniania przez jest występowanie zmiennej rozpuszczalności.

25. Odporność na pełzanie jest to odporność na powolne odkształcenie plastyczne w czasie, które jest funkcją nie tylko naprężenia ale i temperatury T i czasu t.

---