1. NAPRĘŻENIE, miara sił wewn. powstających w ciele odkształcanym pod wpływem obciążenia zewn. Naprężenie w dowolnym punkcie jest wektorem o wartości
gdzie F jest siłą działającą na element powierzchni przekroju A będącego otoczeniem punktu; zwrot i kierunek naprężenia są takie same jak siły F.

SPRĘŻYSTOŚCI GRANICA, największa wartość naprężenia przy jednoosiowym rozciąganiu lub ściskaniu, które nie powoduje powstania w materiale trwałych odkształceń (plast.), lub, w wypadku materiałów kruchych, pęknięcia;

Umowna granica sprężystości- jest to naprężenie, przy którym odkształcenie trwałe osiąga pewną umowną wartość (najczęściej 0,001% pierwotnej długości rozciąganej próbki)

PLASTYCZNOŚCI GRANICA, wartość naprężenia w materiale, powyżej której następuje w nim przejście od stanu sprężystego do plast.; po przekroczeniu granicy plastyczności następuje w rozciąganym materiale znaczny przyrost odkształceń plast.

UMOWNA GRANICA PLASTYCZNOŚCI w technice jako granicę plastyczności przyjmuje się takie naprężenie rozciągające, przy którym odkształcenie trwałe osiąga 0,2% pierwotnej długości próbki pomiarowej.

WYTRZYMAŁOŚĆ, (wytrzymałość mechaniczna), graniczna wartość oporu stawianego przez siły spójności ciała stałego obciążeniom zewn.; wytrzymałość zależy od materiału i sposobu obciążenia; rozróżnia się wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, skręcanie i zginanie; wytrzymałość wyznacza się przeprowadzając badania → wytrzymałościowe.

PRZEWĘŻENIE-parametr charakteryzujący rozciąganie; wyrażony w procentach stosunek ubytku pola przekroju poprzecznego rozciąganej próbki w miejscu zerwania do pola przekroju początkowego.

WYDŁUŻENIE-parametr charakteryzujący rozciąganie; wyrażony w procentach, przyrost długości odniesiony do długości wyjściowej.

UDARNOŚĆ, techn. odporność materiału na pękanie przy obciążeniach udarowych (przy uderzaniu); udarność określa się jako iloraz energii zużytej na złamanie próbki przy zginaniu i pola przekroju poprzecznego w miejscu karbu naciętego na próbce, materiały kruche mają małą udarność, a materiały plast. — dużą.

TWARDOŚĆ, techn. zdolność materiału do przeciwstawiania się odkształceniom plast. (trwałym) przy lokalnym, statycznym lub dynamicznym, wywieraniu nacisku na małą powierzchnię materiału. Miarą twardości jest stosunek obciążenia do powierzchni odcisku lub głębokości odcisku. Przy badaniu metali stosuje się różne metody pomiaru twardości; metoda Brinella polega na wciskaniu twardej kulki stalowej w próbkę materiału, a metoda Vickersa — diamentowego ostrosłupa; w tych metodach miarą twardości (oznaczonej odpowiednio HB i HV) jest stosunek siły nacisku do pola powierzchni trwałego odcisku pozostawionego przez kulkę lub ostrosłup. W metodzie Rockwella wgłębnik (diamentowy stożek lub kulka) jest wciskany dwustopniowo (najpierw działając obciążeniem wstępnym, potem — całkowitym), a miarą twardości (HRC) jest różnica między pewną umowną wielkością i głębokością trwałego odcisku pozostawionego przez stożek lub kulkę.

2. YOUNGA MODUŁ Podczas rozciągania próbek różnych materiałów nachylenie wykresu w zakresie proporcjonalności poniżej F_p jest różne dla różnych materiałów. Tg kąta jaki tworzy ten odcinek z osią odciętych, równy stosunkowi naprężenia do odkształcenia, jakie to naprężenie wywołuje, jest miarą wartości modułu E.

HOOKE'A PRAWO, podstawowe prawo liniowej teorii sprężystości; podaje liniową zależność między naprężeniami i odkształceniem ciała sprężystego przy odkształceniach nie przekraczających granicy → proporcjonalności. Przy rozciąganiu (ściskaniu) jednoosiowym (jednoosiowy stan naprężeń) prawo Hooke'a ma postać σ= E ε , gdzie σ oznacza naprężenie normalne, ε — odkształcenie, E — moduł Younga (moduł sprężystości podłużnej). W przypadku pręta o długości L, rozciąganego lub ściskanego siłą podłużną F, prawo Hooke'a wyraża się wzorem L = FL/Es (gdzie L — wydłużenie bezwzględne pręta, s — pole przekroju poprzecznego) lub wzorem  ε = σ /E (gdzie σ = F/s — naprężenie, ε = L/L — względne wydłużenie pręta). Przy odkształceniach postaciowych (ścinanie, skręcanie) prawo Hooke'a wyraża się wzorem  = Gγ, gdzie  — naprężenie styczne, γ — kąt odkształcenia postaciowego, G — moduł Kirchhoffa (moduł sprężystości poprzecznej).

3. WYTRZYMAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWA, największa wartość naprężenia nie powodująca pęknięcia próbki materiału przy określonej liczbie (zwykle 10⁶-10⁸) cykli zmiennego obciążenia; krótkookresowa (pęknięcie próbki przed upływem 10⁴-10⁵cykli) lub długookresowa. Wytrzymałość spada wraz ze wzrostem cykli.

4. BEZPOSTACIOWE CIAŁO, ciało amorficzne, ciało stałe nie wykazujące charakterystycznego dla kryształu okresowego uporządkowania atomów (cząsteczek) i wynikających z niego właściwości.

MONOKRYSTALITY- pojedynczy kryształ lub krystalit, mający w całej objętości jednolitą budowę wewn., tj. nie wykazujący zrostów, pęknięć i wrostków innych substancji;

POLIKRYSTALITY - zbudowane z obszarów krystalicznych, oddzielone granicami ziaren amorficznych

NANOKRYSTALITY - krystality mniejsze od 100 Nm

KRYSTALIT ciało stałe mające uporządkowaną sieciową budowę wewn.; krystalit różni się od kryształu tym, że jest ograniczony przypadkowymi powierzchniami, a nie naturalnymi płaskimi ścianami.

5. DEFEKTY STRUKTURY KRYSTALICZNEJ, defekty sieciowe, zakłócenia charakterystycznego dla danej substancji krystal. okresowego rozmieszczenia atomów w sieci krystalicznej; rozróżnia się defekty struktury krystalicznej:

1. Punktowe

• brak atomu w węźle sieci, zw. Luką

• atom w położeniu międzywęzłowym

• występujący w przypadku kryształów dwuskładnikowych tzw. defekt antystrukturalny, tj. atom jednego składnika w położeniu atomu drugiego składnika

• obcy atom w miejscu atomu macierzystego

Liniowe (dyslokacje) -

• krawędziowa w której wektor Burgersa jest prostop. do linii dyslokacyjnej

• śrubowa w której jest on do niej równoległy

• mieszana

• Płaskie - błędy ułożenia, będące zakłóceniami uporządkowania warstw atom. (np. zamiast ABCABC występuje ABCBCA)

Defekty struktury krystalicznej powstają podczas wzrostu kryształu, pod wpływem promieniowania, obróbki cieplnej lub odkształcenia plastycznego. Ich obecność wpływa na właściwości mech., elektr., magnet. i in. substancji.

6. Im więcej wad tym metal jest bardziej umocniony.

7. FAZA - jednorodna część stopu oddzielona od reszty stopu powierzchnią rozdziału.

8. ROZTWÓR STAŁY, kryształ mieszany, chemicznie jednorodna, stanowiąca jedną fazę mieszanina 2 (lub więcej) substancji krystalicznych, której skład można zmieniać w sposób ciągły; typ sieci przestrzennej roztworu stałego jest identyczny z typem sieci przestrzennej jednego ze składników (rozpuszczalnika), a stałe sieciowe (komórka elementarna) roztwory stałe są ciągłą funkcją jego składu chemicznego. Roztwory stałe, w których co najmniej jeden ze składników jest metalem, noszą nazwę stopów.

Ze względu na sposób obsadzania pozycji w sieci krystalicznej rozróżnia się roztwory stałe:

1. podstawieniowe (substytucyjne,różnowęzłowe) w sieciach krystalicznych roztworów stałych podstawieniowych różne jony, atomy lub cząsteczki zastępują się wzajemnie, zwykle w sposób przypadkowy, nieuporządkowany; szczególnym rodzajem dwuskładnikowych roztworów stałych podstawieniowych metali są nadstruktury, w których przy określonym składzie ilościowym i poniżej pewnej temperatury kryt. następuje uporządkowanie rozmieszczenia atomów w sieci krystal. bez zmiany typu sieci (np. roztwór stały Au-Cu)

2. międzywęzłowe (intersticjalne) atomy składnika rozpuszczonego zajmują pozycje międzywęzłowe w sieci krystal. rozpuszczalnika

3. pustowęzłowe (substrakcyjne, defektowe) pewna liczba węzłów sieci krystal. pozostaje nie obsadzona

Ze względu na wzajemną rozpuszczalność składników rozróżnia się:

1. roztwory stałe ciągłe (o nieograniczonej wzajemnej rozpuszczalności składników)

2. roztwory stałe z luką mieszalności (o ograniczonej wzajemnej rozpuszczalności składników)

9. faza międzymetaliczna, krystal. faza stała (zwykle dwu- lub trójskładnikowa), składająca się albo wyłącznie z pierwiastków metalicznych albo z pierwiastków metalicznych i niemetalicznych, mająca właściwości pośrednie między właściwościami roztworu stałego i typowego związku chem. o wiązaniach jonowych lub kowalencyjnych.

10. GIBBSA REGUŁA FAZ, zależność wiążąca liczbę stopni swobody S z liczbą f możliwych współistniejących faz, liczbą parametrów - p, liczbą reakcji chemicznych c, liczbą n składników układu termodynamicznego, bez czynników wpływających na układ równowagi wyraża się wzorem: S=n-c-f+p.

13. FERRYT [łac.], składnik strukturalny wielu stopów żelaza, będący roztworem międzywęzłowym węgla w żelazie α (Fe α) i krystalizującym, tak jak Fe α, w sieci regularnej przestrzennie centrowanej (typ A2), wewnątrz której są rozmieszczone atomy węgla.

AUSTENIT, składnik strukturalny wielu stopów żelaza, będący roztworem stałym międzywęzłowym węgla (maks. 2,06%) w żelazie γ.

CEMENTYT, węglik żelaza Fe₃C, składnik strukturalny wielu stopów żelaza; stanowi fazę międzymetaliczną krystalizującą w układzie rombowym, w której atomy węgla zajmują pozycje międzywęzłowe (zawartość węgla 6,67%)

PERLIT [łac.], składnik strukturalny stopów żelaza zawierających węgiel, będący eutektoidalną mieszaniną ferrytu i cementytu w postaci ułożonych na przemian płytek obu składników

LEDEBURYT, składnik strukturalny stopów żelaza zawierających węgiel; mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu (zawierająca 4,3% węgla)

LEDEBURYT przemieniony w temp. 723°C, zachodzi rozpad austenitu z utworzeniem → perlitu; powstała wówczas mieszanina cementytu i perlitu to l.p.

bainit mieszanina przesyconego węglem ferrytu i cementytu

martenzyt przesycony roztwór węgla w żelazie α

15. Przemiany austenitu podczas chłodzenia

Przemiany austenitu podczas chłodzenia można rozpatrywać, korzystając z wykresu Fe-Fe3C, tzn. w warunkach równowagi termodynamicznej, lub też w zależności od szybkości i sposobu chłodzenia. Na rysunku 2.1 przedstawiono schematycznie wykresy przemian austenitu stali podeutektoidalnej podczas chłodzenia izotermicznego (CTPi) i chłodzenia ciągłego (CTPc).

W zależności od przebiegu krzywych chłodzenia względem zakresu przemiany perlitycznej, bainitycznej i martenzytycznej uzyskuje się struktury o różnym udziale objętościowym ferrytu, perlitu, bainitu, martenzytu, a także austenitu szczątkowego.

Przemiana perlityczna ma charakter dyfuzyjny. Przemiana bainityczna ma charakter tylko częściowo dyfuzyjny, a jej produktem jest bainit, będący mieszaniną przesyconego ferrytu i wydzielonych węglików. W miarę obniżania temperatury zwiększa się udział przemiany bezdyfuzyjnej i tym samym twardość bainitu. Przemiany perlityczna i bainityczna przebiegają izotermicznie i atermicznie. Przemiana martenzytyczna ma charakter bezdyfuzyjny i przebiega pomiędzy temperaturą Ms (początek przemiany) i Mf (koniec przemiany). Produktem przemiany jest martenzyt (przesycony roztwór węgla w Fe), którego objętość właściwa jest większa od objętości właściwej austenitu (dla stali wysokowęglowych ta różnica wynosi około 3%). W wyniku tego powstają silne naprężenia ściskające, hamujące lub zatrzymujące przemianę. W strukturze stali pozostaje wtedy pewna ilość austenitu szczątkowego. Udział austenitu szczątkowego wzrasta wraz ze zwiększeniem stężenia węgla w stali (obniżeniu ulegają wtedy wartości temperatury Ms i Mf).

16. Pojęcie zabiegu i operacji w obróbce cieplnej

Operacja obróbki cieplnej - część procesu technologicznego; która jest wykonywana w sposób ciągły, przeważnie na jednym stanowisku roboczym. Sama operacja składa się z zabiegów:

- nagrzewania - ciągłe lub stopniowe podwyższenie temperatury elementu:

- wygrzewanie - przetrzymywanie elementu obrabianego w temperaturze docelowej lub pośredniej,

- chłodzenie - ciągłe lub stopniowe obniżanie temperatury elementu (wolno - studzenie, szybko - oziębianie)

17. Klasyfikacja obróbki cieplnej

Ze względu na czynniki , które wpływają na strukturę po obróbce cieplnej , wyróżnia się:

l - obróbka cieplna zwykła

II - obróbka cieplno - chemiczna

IIl - obróbka cieplno - mechaniczna (plastyczna)

IV - obróbka cieplno - magnetyczna

18,19. Obróbka cieplna zwykła (definicja)

Obróbka cieplna zwykła - proces technologiczny , którego celem jest zmiana właściwości mechanicznych i fizykochemicznych metali i stopów w stanie stałym przede wszystkim przez wywołanie zmian strukturalnych w wyniku oddziaływania temperatury, czasu i środowiska (odkształcenia plastycznego i pola magnetycznego).

Obróbkę cieplną zwykłą dzielimy na:

wyżarzanie

hartowanie i odpuszczanie

przesycanie i starzenie

20. OBRÓBKA CIEPLO-CHEMICZNA (DEFINICJA)

Obróbka cieplno-chemiczna, będąca dziedziną obróbki cieplnej, to zespół operacji, których celem jest wytworzenie zmian struktury ,a w konsekwencji zmian właściwości użytkowych warstwy wierzchniej metali i stopów w wyniku działania temperatury .czasu i środowiska. W tych procesach technologicznych wykorzystuje się szeroko nasycanie (stopowanie) dyfuzyjne czyli wprowadzanie w wyniku dyfuzji do warstwy wierzchniej metalu lub stopu w stanie stałym jednego lub kilku składników w celu nadania jej pożądanych właściwości mechanicznych i (lub) fizykochemicznych. Nasycenie to prowadzi się w temperaturze zapewniająca szybka dyfuzje. Obróbce cieplno-chemicznej poddaje się części maszyn i narzędzia wykonane najczęściej ze stopów żelaza, od których wymaga się zwiększonej odporności na ścieranie, korozyjne i erozyjne oddziaływania środowiska oraz zmęczenie mechaniczne i cieplne.

22.

1. WYŻARZANIE, operacja obróbki cieplnej polegająca na nagrzaniu przedmiotu z metalu lub stopu metali do określonej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze i ochłodzeniu z szybkością pozwalającą na utrzymanie struktury w określonym stopniu zbliżonej do stanu równowagi; zależnie od sposobu prowadzenia operacji oraz celu jej przeprowadzania rozróżnia się kilka rodzajów wyżarzania; najczęściej stosuje się wyżarzanie odprężające i rekrystalizujące.

WYŻARZANIE GRAFITYZUJĄCE, grafityzowanie, wyżarzanie stopów żelaza w temperaturze, w której następuje rozkład cementytu na ferryt i grafit; nadaje cementytowi postać kulek, zmniejsza twardość, zwiększa skrawalność.

WYŻARZANIE NORMALIZUJĄCE, normalizowanie, wyżarzanie prowadzone w temperaturze austenityzowania, później dość szybkie ochłodzenie; usuwa naprężenia własne, pozwala uzyskać drobnoziarnistą strukturę.

WYŻARZANIE ODPRĘŻAJĄCE, odprężanie, wyżarzanie prowadzone w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji; zmniejsza naprężenia własne.

WYŻARZANIE REKRYSTALIZUJĄCE, rekrystalizowanie, wyżarzanie prowadzone w temperaturze wyższej od temperatury rekrystalizacji; usuwa skutki zgniotu, przywraca plastyczność.

WYŻARZANIE UJEDNORODNIAJĄCE, ujednorodnianie, wyżarzanie przez nagrzanie do temperatury nieco niższej od temperatury solidusu i długotrwałe wygrzanie; zmniejsza niejednorodność składu chemicznego wyżarzanego stopu.

WYŻARZANIE ZUPEŁNE, wyżarzanie stali prowadzone w temperaturze austenityzowania, później powolne ochłodzenie; zmniejsza ciągliwość, usuwa naprężenia własne.

WYŻARZANIE ZMIĘKCZAJĄCE w zakresie temp. Ac1, zmiana cementytu płytkowego w kulkowy w osnowie ferrytu.

2. Odpuszczanie

Odpuszczanie uprzednio zahartowanej stali polega na jej nagrzaniu do temperatury nieprzekraczającej Ac1, wygrzaniu w czasie od 30 minut do kilku godzin i oziębianiu. Operacja ta jest stosowana w celu zmiany struktury i właściwości materiału w kierunku poprawy ciągliwości i zmniejszenia kruchości kosztem obniżenia twardości oraz usunięcia występujących po hartowaniu naprężeń własnych.

W praktyce obróbki cieplnej stali rozróżnia się:

- odpuszczanie niskie - w zakresie temperatury do 250°C w czasie l - 3 h przy chłodzeniu z dowolną szybkością; stosowane do części maszyn, od których wymaga się dużej twardości przy możliwie małych naprężeniach własnych;

- odpuszczanie średnie - w zakresie temperatury 250 - 500°C; po odpuszczaniu w temperaturze powyżej 400 - 500°C uzyskuje się wysoką granicę sprężystości przy dostatecznej plastyczności (sprężyny, resory);

- odpuszczanie wysokie - pomiędzy temperaturą 500°C i Ac1 w czasie 2 - 3 h przy chłodzeniu powolnym lub przyspieszonym; stosowane do stali konstrukcyjnych w celu uzyskania optymalnego kompleksu właściwości mechanicznych, tj. dużych wartości Rm i Re przy dobrej plastyczności (duże wartości A, Z oraz K).

3. Hartowanie

Hartowanie polega na nagrzaniu stali do temperatury austenityzowania, wygrzaniu w tej temperaturze i oziębianiu w celu uzyskania struktury nierównowagowej martenzytycznej lub bainitycznej - odznaczającej się większą niż w stanie wyjściowym twardością i wytrzymałością oraz mniejszą plastycznością.

Temperatura austenityzowania w przypadku stali węglowych jest o 30 - 50°C wyższa od temperatury Ac3. Zbyt wysoka temperatura austenityzowania wywołuje nadmierny rozrost ziaren austenitu, co powoduje uzyskanie struktury martenzytu gruboiglastego, powodującej zwiększenie kruchości stali.

Objętościowe

martenzytyczne zwykłe,martenzytyczne stopniowe, bainityczne zwykłe, bainityczne izotermiczne

Powierzchniowe

indukcyjne,płomieniowe,laserowe,elektronowe,kąpielowe

4. Stan ulepszony cieplnie T powstaje w wyniku hartowania i wysokiego odpuszczania. Wysokie odpuszczanie w zakresie od 500°C aż do temperatury Ac₁ powoduje rekrystalizację iglastego ferrytu oraz sferoidyzację, a następnie koagulację węglików. W efekcie otrzymuje się strukturę nazwaną sorbitem. Sorbit stanowi optymalny dla większości zastosowań stali kompromis między właściwościami wytrzymałościowymi i plastycznymi. W stanie T huta dostarcza gotowe wyroby.

5. Hartowanie i niskie odpuszczanie nazywa się utwardzaniem cieplnym. Prowadzi ono do uzyskania struktury odpuszczonego martenzytu, tj. martenzytu o zmniejszonej zawartości węgla z wydzieleniami drobnych węglików.

6. Stan utwardzony wydzieleniowo D. Utwardzanie wydzieleniowe, zwane także dyspersyjnym, polega na umocnieniu roztworu stałego przez wydzielenie z przesyconego roztworu stałego drobnych faz międzymetalicznych tworzonych przez pierwiastki stopowe. W stanie D dostarcza się wysokostopowe stale martenzytyczne znane jako stale maraging. Mają one wysoki poziom właściwości wytrzymałościowych.

23. STAL stop żelaza z węglem (do 2%) i innymi pierwiastkami chem., do obróbki plast., otrzymywany w stanie ciekłym z surówki wielkopiecowej w procesie konwertorowym lub procesie martenowskim. Są materiałem rozpowszechnionym w konstrukcjach i budowle maszyn. Stal po odlaniu przechodzi obróbkę plastyczna.

24,25. KRYTERIA KLASYFIKACJI STALI

Stale można podzielić na pewne grupy zależnie od następujących czynników:

a) sposobu wytwarzania - martenowska, elektryczna, konwertorowa, pneumatyczna

b) składu chemicznego (zawartość węgla) - niestopowa (węglowa), stopowa

c) jakości (stężenie S i P) - jakościowa, specjalna

d) obróbki cieplnej, ziarnistości i haitownosci

e) zastosowania - konstrukcyjna, narzędziowa, o szczególnych właściwościach

f) sposobu odtleniania - uspokojona, półuspokojona, nieuspokojona

g) rodzaje produktów - blachy, pręty, druty, rury, odkuwki, itp.

h) postać - lana, kuta, walcowana na gorąco, ciągniona

i) stan kwalifikacyjny - surowy, wyżarzony normalizująco, ulepszony cieplnie, itp.

• W zależności od składu chem. dzieli się stale na:

1. węglowe,

Stale węglowe dzieli się na:

• niskowęglowe (do 0,25% C),

• średniowęglowe (0,35-0,6% C)

• wysokowęglowe (powyżej 0,6% C)

Zależnie od stopnia czystości, określonego zawartością fosforu i siarki, rozróżnia się stale węglowe:

• zwykłej jakości (0,045-0,07% P i 0,045-0,06% S),

• wyższej jakości (do 0,04% P i 0,04% S) i 

• najwyższej jakości (0,025-0,035% P i 0,025-0,035% S).

1.NARZEDZIOWE(powyżej 0,55% C)

• DO PRACY NA ZIMNO

• DO PRACY NA GORĄCO

2.KONSTRUKCYJNE(do 0,55% C)

• O ZWYKŁEJ JAKOŚCI

• O WYŻSZEJ JAKOŚCI

3.DONAWĘGLANIA

od 0,08% do 0,25% węgla

4.DO ULEPSZANIA CIEPLNEGO

od 0.25% do 0,50% węgla

• płytko hartujące

• głęboko hartujące

2. Stopowe

• stale niskostopowe (łączna zawartość dodatków stopowych poniżej 10%),

• średniostopowe (10-20%),

wysokostopowe (powyżej 20%).

1. NARZĘDZIOWE(powyzej 0,55% C)

• DO PRACY NA ZIMNO • DO PRACY NA GORĄCO

• SZYBKOTNĄCE

2. KONSTRUKCYJNE(do 0,55% C)

• ZWYKŁEJ JAKOŚCI • O WYŻSZEJ JAKOŚCI

3. SPECJALNE

• NIERDZEWNE • KWASOODPORNE

• ŻAROODPOWRNE I ŻAROWYTRZYMAŁE

• ODPORNE NA ŚCIERANIE

4. DO ULEPSZANIA CIEPLNEGO

26. Wpływ dodatków stopowych na właściwości stali (hartowność, dopuszczalność, odporność korozyjna).

HARTOWNOŚĆ:

-Wpływ takich dodatków stopowych, jak Cr, Mo, V, W (dodatki węglikotwórcze) oraz Ni, Cu, Si, Al zwiększa hartowność stali.

-Pozwalają tym samym na stosowanie podczas hartowania ośrodków chłodzących o mniejszej intensywności chłodzenia, pozmniejsza naprężenia hartownicze.

-Dzięki większej hartowności można też uzyskać grubszą warstwę zahartowaną (co jest istotne w przypadku narzędzi poddawanych wielokrotnemu ostrzeniu).

-Pierwsza grupa wymienionych pierwiastków (Cr, Mo, V, W) obniża temperaturę początku- M.. i końca - Mf przemiany martenzytycznej. Prowadzi to do zwiększenia udziału ilości austenitu szczątkowego w zahartowanej stali, co zmniejsza jej twardość.

-Dodatki węglikotwórcze zmieniają charakter krzywych na wykresie CTP (czas, temperatura, ciśnienie), co ułatwia uzyskanie struktury bainitycznej, czasami bardziej pożądanej już manenzyryczna.

-Co (kobalt) działa odwrotnie niż pierwiastki węglikotwórcze, tzn. zmniejsza hartowność stali, ale i udział austenitu szczątkowego.

-Mn umożliwia hartowanie w oleju.

ODPUSZCZALNOŚĆ

-Dodatki węglikotwórcze (Cr, Mo V, W) opóźniają proces odpuszczania.

Oznacza to, że aby doszło do takich samych zmian właściwości i struktury, jakie zachodzą w stali węglowej, konieczna jest wyższa temperatura odpuszczania. Dzięki temu zmniejszenie twardości ze wzrostem temperatury odpuszczania jest mniejsze w stalach stopowych niż w stalach węglowych.

-Dodatkowo, w niektórych stalach wsokostopowych występuje zjawisko twardości wtórnej. Najwyraźniej jest to widoczne w stalach zawierających Mo, W. Twardość wtórna jest to przyrost twardości zahartowanej stali w trakcie odpuszczania w stosunkowo wysokiej temperaturze 500-580 ° C od l do 3 stopni w skali HRC.

-Aby przeciwdziałać kruchości odpuszczania stosuje się dodatek Mo 0,15-0,25%.

ODPORNOŚĆ KOROZYJNA

-W stalach odpornych na korozję najważniejszym dodatkiem jest Cr .

-Chrom pasywuje na powierzchni stali- tworzy się tlenek chromu, który chroni stal przed korozją.

-Największą odporność korozyjną mają stale chromowe - austenityczne.

-Stale chromowe - martenzytyczne są odporne na korozję w temp. 470-500°C, natomiast chromowe - ferrytyczne w temp. 500-1200°C.

27. Odlewnicze stopy żelaza-podział.

Odlewnicze stopy żelaza dzielimy na:

1. Staliwa ( C< 2%)

NIESTOPOWE (węglowe)

-staliwa ogólnego przeznaczenia

-staliwa spawalne

STOPOWE

W zależności od stężenia pierwiastków stopowych:

-niskostopowe (suma stężeń pierwiastków stopowych < 2,5%).

-średniostopowe (2,5 - 5%).

-wysokostopowe (> 5%).

Najpopularniejsze grupy staliw stopowych:

-konstrukcyjne

-odporne na korozję

-żaroodporne i żarowytrzymałe

2. Żeliwa ( C > 2%)

BIAŁE

Żeliwa białe ciągliwe:

-białe,-czarne,-perlityczne

SZARE

-szare zwykłe (perlityczne, perlityczno-ferrytyczne, ferrytyczne).

-szare modyfikowane

-wermikularne

-sferoidalne

28. Czym jest staliwo?

-Staliwo to odlewniczy stop żelaza z węglem oraz innymi pierwiastkami, których zawartość wynika z procesu stalowniczego.

-Zawartość węgla nie przekracza 2%.

-Otrzymany (stop) jest w procesach stalowniczych i odlewany do form odlewniczych.

-Odlewy staliwne otrzymują kształt w wyniku odlania ich do form i skrzepnięcia.

-Mogą one podlegać różnym obróbkom technologicznym (z wyjątkiem plastycznej).

-Zastosowanie:

Niskowęglowe -mniej obciążone części maszyn podlegające obciążeniom udarowym.

Średniowęglowe- odpowiedzialne części maszyn, są silme obciążone statycznie i dynamicznie, korpusy, ramy; koła zamachowe.

Wysokowęglowe- części narażone na ścieranie ale nie na uderzenia.

-Najpowszechniej stosowane są stale średniowęglowe, ponieważ mają:

*Dużą wytrzymałość na rozciąganie.

*Zadowalające własności plastyczne.

-Wady staliw to:

*Wysoki skurcz liniowy i objętościowy podczas krzepnięcia (powoduje to, że w wyrobach ze staliwa mogą być duże naprężenia i występuje duża skoncentrowana jama skurczowa).

*Niska lejność (trudno uzyskać skomplikowany, cienkościenny odlew).

-Struktura składa się z ziaren ferrytu i perlitu. Charakterystyczna jest także dendrytyczność i gruboziarnistość. Ferryt iglasty tworzy strukturę Widmanstattena, która obniża udarność. Żeby usunąć tę strukturę stosujemy wyżarzanie odprężające, normalizujące lub zupełne.

-Staliwa mają bardzo podobne do stali o tej samej zawartości węgla wytrzymałość na rozciąganie i twardość. Gorsze natomiast własności plastyczne i niższą udarność.

29. Czym jest żeliwo?- rodzaje żeliw.

-Żeliwo to odlewniczy stop żelaza z węglem o zawartości węgla powyżej 2%.

-Kolor żeliwa zależy od sumy zawartości węgla i krzemu oraz szybkości chłodzenia (dużo C i Si- szare, duża szybkość chłodzenia- białe).

-Ze względu na postać węgla żeliwa dzielimy na:

a) BIAŁE (węgiel w postaci cementytu).

-Nie stosuje się samych żeliw białych- ponieważ są bardzo twarde i kruche. Mają niską plastyczność i udarność. Mała lejność, duży skurcz odlewniczy. Stosuje się żeliwa białe połowiczne.

-Żeliwo ciągliwe uzyskuje się z żeliwa białego podeutektycznego przez wyżarzanie grafityzujące. Dzielimy je na:

- Białe,- Czarne,- Perlityczne

b) SZARE (węgiel w postaci grafitu).

Ze względu na kształt i wielkość grafitu żeliwa szare dzielimy na:

- Szare zwykłe (grafit płatkowy różnej wielkości)

-perlityczne,-perlityczno-ferrytyczne,-ferrytyczne

- Szare modyfikowane (drobny grafit płatkowy)

- Wermikularne

- Sferoidalne (grafit w postaci kul- sferoidalny)

-Własności wytrzymałościowe-jak stal

-jedne z najczęściej stosowanych stopów odlewniczych (dobra lejność, rzadko płynność, skurcz objętościowy niewielki, zdolność do tłumienia drgań, dobra skrawalność, dobre własności ślizgowe (jak smar), mało wrażliwe na działanie karbów).

-Obróbką cieplną stosowaną dla żeliw jest wyżarzanie odprężające oraz hartowanie.

30,31. Modyfikacja żeliw szarych

•Modyfikacja ma na celu zmniejszenie płatków grafitu.

•Do ciekłego żeliwa tuż przed odlaniem dosypuje się niewielką ilość (0,1-0,5%) sproszkowanych modyfikatorów np. stop Fe-Si z dodatkiem Ca, AL, Sr, Ba; stop Mg z Cu i Ni, samo Mg, elektrony, stopy ceru. Modyfikator tworzy wiele ośrodków krystalizacji grafitu. W ten sposób powstaje drobny płytkowy grafit w osnowie perlitu.

•Modyfikacji poddaje się żeliwa o małej zawartości C i Si (bez modyfikatora żeliwo szare zakrzepłoby jak żeliwo białe lub połowiczne).

Modyfikowanie:

•Podwyższa własności mechaniczne żeliwa, zwłaszcza odporność na ścieranie,

•Zwiększa odporność na korozję.

•Zmniejsza rośniecie żeliwa w podwyższonych temperaturach przy wielokrotnym nagrzewaniu.

•Zmniejsza wpływ grubości odlewu na jego własności wytrzymałościowe.

•Drobny grafit w mniejszym stopniu niż gruby zmniejsza własności wytrzymałościowe struktury perlityczno-grafitowej

•Rm (wytrzymałość na rozciąganie) żeliwa modyfikowanego może dochodzić do 450MPa, a po zastosowaniu obróbki cieplnej nawet do 600MPa.

•Dzięki modyfikacji uzyskuje się żeliwa o najwyższej wytrzymałości (gatunki 300 i 500).

•Żeliwa modyfikowane mogą zastępować niektóre odlewy staliwne, a nawet odkuwki stalowe.

•Odlewy żeliwa modyfikowanego wykorzystuje się w przemyśle motoryzacyjnym, obrabiarkowym i maszyn budowlanych.

32. Aluminium jest metalem krystalizującym w układzie regularnym ściennie centrowanym (typu Al) o dosyć niskiej temperaturze topnienia, wynoszącej 660°C. Gęstość aluminium jest trzykrotnie mniejsza niż żelaza i wynosi 2,7 Mg/m³. Właściwości wytrzymałościowe czystego aluminium są niewielkie, ale ma ono dobre właściwości plastyczne: granica plastyczności R_e, osiąga około 35 MPa, wytrzymałość na rozciąganie R_m około 110 MPa, twardość do 25 HB, wydłużenie A₁₀ około 45% i przewężenie Z około 95%. W wyniku 50-procentowego zgniotu na zimno granica plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie wzrastają odpowiednio do 130 i 150 MPa, wydłużenie natomiast zmniejsza się do 10%. Przewodność elektryczna i cieplna aluminium jest duża, jednak około dwukrotnie gorsza niż miedzi.

Aluminium ulega samorzutnej pasywacji polegającej na tworzeniu się na powierzchni cienkiej, lecz bardzo szczelnej i silnie przylegającej do metalu warstwy tlenku Al₂O₃. Warstwa ta, nierozpuszczalna w wodzie, nie przepuszcza atomów tlenu i chroni metal przed dalszym utlenianiem. Szybkość tworzenia się tej warstewki jest tak duża, że praktycznie powierzchnia aluminium nigdy nie jest metaliczna.

Oprócz odporności na utlenianie aluminium jest tez odporne na działanie stężonego kwasu azotowego i suchych gazów, takich jak amoniak, chlor, dwutlenek węgla i dwutlenek siarki. Nieodporne jest natomiast na działanie wodorotlenków sodu, potasu i wapnia oraz kwasów beztlenowych (fluorowowodorowego i solnego).

Zastosowanie aluminium zależy od jego czystości. W normie PN-79/H-82160 rozroznia się 8 gatunków aluminium o różnej czystości. Najczystsze gatunki uzyskane dzięki rafinacji - o czystości 99,99 i 99,95% (oznaczane AR1 i AR2) - stosuje sie do budowy specjalnej aparatury chemicznej, na wyroby elektrotechniczne i elektroniczne. Aluminium hutnicze o czystosci 99,8 i 99,7 (cecha AOO i AO) wykorzystuje sie do produkcji folii, na czesci aparatury chemicznej oraz do platerowania.

Wyroby ogólnego przeznaczenia produkuje się z aluminium o najmniejszej czystosci 99,9 i 99% (cecha Al i A2). Ze specjalnych gatunków AOE i A1E o czystosci 99,7 i 99,5% wykonuje sie przewody elektryczne.

33. Odlewnicze stopy aluminium z krzemem - siluminy (właściwości i zastosowanie)

Siluminy należą do typowych stopów aluminium z krzemem i ewentualnie z dodatkiem magnezu, manganu, miedzi i niklu. Oznacza się je literami AK (A-aluminium: K-krzem) i liczbą wskazującą na procentową zawartość krzemu, np. AK 11. Siluminy maią bardzo dobre właściwości odlewnicze, tzn. dobrą lejność, mały skurcz, dokładnie wypełniają formę, tworzą skoncentrowana jamę usadową i me wykazują skłonności do pękania na gorąco. Ich poziom właściwości wytrzymałościowych nie jest zbyt wysoki. Dodatki stopowe tj. magnez i miedź zwiększają wytrzymałość siluminów, mangan jest dodawany do neutralizowania szkodliwego wpływu zanieczyszczeń żelazem, nikiel poprawia odporność korozyjną stopu.

Siluminy ze względu na strukturę można podzielić na trzy grupy:

-podeutektyczne o zawartości 4-10% Si (stosowane np. na odlewy silników spalinowych);

-eutektyczne o zaw. 10-13% Si (np. na odlewy tłoków silników spalinowych i odlewy części o skomplikowanych kształtach);

-nadeutektyczne o zaw. 17-30% Si (na odlewy silnie obciążonych silników spalinowych);

Eutektyka w tych stopach jest gruboziarnista i składa się z iglastych kryształów krzemu na tle roztworu stałego a krzemu w aluminium. W siluminie nadeutektycznym na tle eutektyki, pomiędzy iglastymi kryształami krzemu, występują pierwotne kryształy Si w formie dużych, ostrokątnych wieloboków. Obecność kryształów Si wpływa na dużą kruchość siluminów. W celu poprawienia właściwości siluminów dokonuje się ich modyfikacji. Do ciekłego stopu dodaje się modyfikatory powodujące rozdrobnienie struktury i zaokrąglenie kryształów krzemu. Modyfikowane stopy eutektyczne po zakrzepnięciu mają strukturę drobnoziarnistej eutektyki złożonej z roztworu stałego α i zaokrąglonych wydzieleń krzemu oraz dendrytów roztworu α. Właściwości plastyczne takiego stopu ulegają poprawie, a równocześnie wzrasta poziom właściwości wytrzymałościowych. Siluminy wieloskładnikowe w celu zwiększenia wytrzymałości poddaje się utwardzaniu wydzieleniowemu.

34. Stopy aluminium z miedzią do obróbki plastycznej - duraluminium (właściwości i zastosowanie).

Głównym dodatkiem stopowym stopów aluminium przeznaczonych do obróbki plastycznej są miedź, magnez, mangan, cynk lub mi. Wszystkie te dodatki zwiększają właściwości wytrzymałościowe stopów, głównie przez tworzenie w strukturze roztworu stałego twardych wydzieleń faz międzymetalicznych.

Według normy PN-79/H-88026 stopy aluminium do obróbki plastycznej oznacza się literami PA i liczbą, która określa gatunek stopu. Zaś według nowej norm) z liter EN AW i czterech cyfr. Pierwsza decyduje o danej grupie: stopy z miedzią- 2xxx. z manganem - 3xxx, z krzemem — 4xxx, z magnezem - 5 xxx, z magnezem i krzemem - 6xxx. z cynkiem - 7xxx, z innymi dodatkami - 8xxx.

Stopy aluminium do obróbki plastycznej są stosowane na elementy konstrukcji lotniczych: samochodowych, okrętowych, elementy budowlane; w urządzeniach przemysłu chemicznego i spożywczego, na przewody elektryczne.

Duraluminium to handlowa nazwa stopów aluminium z miedzią. Poza miedzią (2 - 4,9%); w duraluminium występnie też magnez (0,3 - 1,8%) i mangan (0,4- 1,1%). Są to stopy z serii 2xxx. Zgodnie 2 układem równowagi Al-Cu stop ten ma strukturę roztworu stałego a miedzi w aluminium oraz fazy Ө, która jest fazą międzymetaliczną o wzorze CuAl. Faza ta wydziela się wtórnie na granicach roztworu a wskutek zmniejszenia się rozpuszczalności miedzi w aluminium od 5,7% w temperaturze 548° C do 0,1% w temperaturze 20°C. Ze względu na tę małą rozpuszczalność miedzi roztwór a ma właściwie takie same właściwości jak czyste aluminium, wydzielenia fazy Ө na granicach ziaren w niewielkim stopniu zwiększają wytrzymałość stopu. Większą wytrzymałość na rozciąganie i twardość uzyskuje się dzięki obróbce cieplnej, zwanej utwardzaniem dyspersyjnym (wydzieleniowym).

35. Umacnianie wydzieleniowe aluminium.

UW polega na umocnieniu roztworu stałego przez dyspersyjne (bardzo drobne) wydzielenia faz międzymetalicznych. Im drobniejsze wydzielenia, a tym samym mniejsze odległości między nimi, tym bardziej jest utrudniony ruch dyslokacji i dzięki temu wzrasta poziom właściwości wytrzymałościowych.

U.W składa się z dwóch zabiegów: przesycania i starzenia. Przesycanie jest obróbką cieplną zaburzającą stan równowagi stopu. Duraluminium nagrzewa się do temp. 500-520°C, w której uzyskuje się jednorodną strukturę roztworu stałego a dzięki całkowitemu rozpuszczeniu miedzi w aluminium. Po wygrzaniu stop chłodzi się szybko w wodzie. Krótki czas chłodzenia me pozwala na wydzielenie się fazy Q i cała miedź pozostaje w roztworze stałym a. Roztwór taki nazywa się roztworem przesyconym, czyli zawierającym więcej pierwiastka rozpuszczonego, niż jest to możliwe w warunkach równowagi. Przesycony roztwór stały ma właściwości wytrzymałościowe gorsze niż roztwór równowagowy z wydzieleniami fazy O, tzn. jest miękki i plastyczny. Stąd duraluminium bezpośrednio po przesyceniu jest obrabiane plastycznie na zimno - można je kształtować plastycznie, np. nitować. Przesycony roztwór a dąży do stanu równowagi przez wydzielenie nadmiaru miedzi - ulega starzeniu. Starzenie jest procesem długotrwałym, polegającym na tworzeniu skupisk miedzi w roztworze a, czyli stref przedwydzieleniowych, tzn. stref G-P (Guinier - Preston), z których następnie powstają wydzielenia faz nierównowagowych pośrednich, kolejno (Ө" i Ө') oraz w odpowiednio wysokiej temperaturze fazy równowagowej Ө (CuAl₂). Zarówno strefy G-P, jak i wydzielenia faz międzymetalicznych powoduj ą umocnieni e stopu. Podwyższenie temperatury starzenia wpływa na zwiększenie wymiarów wydzieleń i zwiększenie odległości między nimi. Wynika z tego, że utwardzenie stopu jest tym mniejsze, im wyższa jest temperatura starzenia. Starzenie może przebiegać samoistnie, czyli w temperaturze pokojowej. Zwane jest wtedy starzeniem samorzutnym. Strukturą stopu po trwającym kilka dni starzeniu jest roztwór stały a z wydzieleniami stref G-P. Starzenie naturalne pozwala na uzyskanie największego umocnienia. Dla przyspieszenia starzenia stosuje się wygrzewanie w temperaturze około 160°C w czasie od kilku do kilkunastu godzin. Przyspieszone starzenie jest nazywane starzeniem sztucznym. Po starzeniu sztucznym uzyskuje się mniejszą wytrzymałość. Jest to spowodowane pojawieniem się zamiast stref G-P wydzieleń faz przejściowych Ө" i Ө', które w mniejszym stopniu umacniają stop. Długotrwale przetrzymywanie aluminium w temperaturze powyżej 200°C prowadzi do przestarzenia- związanego z wydzieleniem się fazy Ө (CuAl₂) i jej koagulacją (rozrostem wydzieleń). Stop po przestarzeniu jest miękki; można go obrabiać plastycznie na zimno.

36. Miedz, jej właściwości i zastosowanie

Miedź jest metalem krystalizującym w ukladzie regulamym ściennie centrowanym (typu Al) o temperaturze topnienia 1083°C i o gęstosci większej od zelaza, wynoszącej 8,9 Mg/m³. Ma niski poziom wlasciwosci wytrzymalosciowych i dobre wlasciwosci plastyczne. Jej orientacyjne wlasciwosci mechaniczne to: granica plastycznosci Re 60 MPa, wytrzymalosc na rozciaganie Rm 230 MPa i twardosc 30 HB, wydluzenie A₁₀ 50% i przewęzenie Z 90%. Umocnic czystą miedz można jedynie w wyniku zgniotu. Po 60-procentowym zgniocie Re i Rm wzrastają do okolo 400 MPa, a twardosc do ponad 100 HB. Natomiast wlasciwosci plastyczne po zgniocie ulegaja pogorszeniu. Na pogorszenie wlasciwosci plastycznych ma takze wplyw zanieczyszczenie innymi pierwiastkami, takimi jak antymon, arsen, bizmut, fosfor, olow i tlen. Miedz ma największa; po srebrze przewodnosc elektryczna; oraz bardzo dobra przewodnosc cieplna. Przewodnosc elektryczna zalezy od czystosci miedzi. Najsilniej zmniejszają ją zanieczyszczenia fosforem, krzemem i zeiazem. Do zalet miedzi nalezy równiez jej dobra odpomosc na korozję. Jest ona prawie calkowicie odporna na dzlalanie wody morskiej, gorsza jest jej odpomosc na zwykłą wodę, zawierającą dwutlenek węgla i tlen. W wyniku dzialania wilgotnego powietrza na powierzchni miedzi tworzy się warstwa patyny, ktora jest zasadowym węglanem miedzi i chroni ja w pewnym stopniu przed dalsza korozja. Miedz nie jest natomiast odporna na dzialanie atmosfery przemyslowej zawierającej dwutlenek siarki, gdyz tworząca się warstwa zasadowego siarczanu miedzi nie chroni przed korozją.

Zastosowanie miedzi technicznie czystej zalezy od ilosci zawartych w niej zanieczyszczen. W normie produkowane w Polsce gatunki miedzi dzieli się zaleznie od czystosci oraz sposobu wytwarzania: od najczystszej 99,99% do 99,0%. Miedz o największej czystosci ze względu na jej bardzo dobra przewodnosc elektryczna stosuje sie w elektronice, a o nieco gorszej czystosci, około 99,9%, na przewody elektrotechniczne. Z gatunkow o mniejszej czystosci wykonuje sie w przemysle chemicznym i energetyce cieplnej czesci skraplaczy, wymiennikow cieplnych, chlodnic, a takze pokrycia dachow zabytkowych budowli, urzadzenia pracujace w obnizonej temperaturze.

Miedz bardzo czesto jest wykorzystywana jako dodatek stopowy do niektórych stali, staliw i zeiiw oraz do stopow aluminium, cynku, stopow lozyskowych i do stopow złota i srebra. Jest rowniez sktadnikiem wielu materialow spiekanych. Jednak najszersze zastosowanie znalazła miedz jako skladnik podstawowy stopow technicznych.

37. Stopy miedzi

Stopy miedzi sa po stalach i stopach lekkich najczesciej stosowanymi stopami technicznymi. Wiekszosc tych stopow mozna podzielic ze wzgledu na strukture na dwie grupy:

- stopy o jednofazowej strukturze roztworu stałego na bazie miedzi (w przypadku mniejszych zawartosci dodatku stopowego) lub ciaglego roztworu statego (w stopach z niklem, manganem, złotem, platyna i palladem),

- stopy o strukturze dwu- lub wielofazowej przy wiekszych zawartosciach dodatku stopowego.

Stopy o strukturze roztworu statego maja dobre wlasciwosci plastyczne i dzieki temu moga być obrabiane plastycznie na zimno, natomiast stopy dwu- i wielofazowe sa stosowane w stanie lanym, a rzadziej obrabiane plastycznie na goraco.

Najważniejsze stopy miedzi to mosiadze i brazy zawierajace nastepujace podstawowe dodatki stopowe:

- mosiadze do 45% cynku,

- brazy cynowe do 11 % cyny,

- brazy aluminiowe do 10% aluminium,

- brazy niklowe (zwane miedzioniklami) do 40% niklu,

- brazy olowiowe do 35%olowiu,

- brazy manganowe do 14% manganu,

- brazy krzemowe do 4% krzemu,

- brazy berylowe do 2,5% berylu.

38. Mosiadze

Mosiadze sa najbardziej rozpowszechnionymi stopami miedzi. Cynk, ktory jest tanszy od miedzi, obniza cene stopu. Mosiadze zawierają od kilku do 45% cynku oraz moga zawierac dodatek jednego lub kilku pierwiastkow w ilosci od 0,5 do 5%: ołowiu, manganu, aluminium, zeiaza, krzemu i niklu. Zgodnie z wykresem rownowagi ze względu na strukturę mosiądze mozna podzielic na dwie grupy:

mosiądze o strukturze α zawierające do 38% cynku oraz o strukturze α + β zawierające od 38 do 45% cynku.

Faza α jest roztworem cynku w miedzi o sieci regularnej ściennie centrowanej (Al). Rozpuszczalność cynku w roztworze α zwiększa się od 32% w temperaturze 902°C do 38% w 400°C. W związku z tym mosiądze o zawartości 32 - 38% Zn (czyli o strukturze α) bezpośrednio po zakrzepnięciu mają strukturę dwufazową α+ β i podczas chłodzenia faza β całkowicie rozpuszcza się w roztworze α. Faza β jest roztworem stałym na bazie fazy międzymetalicznej CuZn i krystalizuje w układzie regularnym przestrzennie centrowanym (A2). Ułożenie atomów cynku i miedzi jest nieuporządkowane, tzn. atomy każdego z tych pierwiastków mogą zajmować dowolne położenie w sieci krystalicznej. Podczas chłodzenia, w temperaturze około 450°C, faza β ulega uporządkowaniu, tworząc fazę β' która jest uporządkowanym roztworem stałym. Uporządkowanie polega na zajmowaniu przez atom cynku centralnego położenia w sieci krystalicznej. Przemiana nieporządek —> porządek zawsze prowadzi do polepszenia właściwości wytrzymałościowych i pogorszenia plastycznych. Faza β, mająca mniejszą twardość niż faza α w tej samej temperaturze, podczas chłodzenia przemienia się w twardą i kruchą fazę β'. Ze względu na dużą kruchość nie stosuje się mosiądzów o jednofazowej strukturze β'.

Mosiądze, podobnie jak miedź, mają dobrą odporność na korozję, szczególnie w wodzie morskiej. Elementy mosiężne można łatwo łączyć za pomocą lutowania miękkiego (lutami cynowymi), twardego (lutami srebrnymi) oraz spawania gazowego.

39. Brązy cynowe

Stopy miedzi z cyną nazywa się brązami cynowymi. Są to najstarsze stopy stosowane przez człowieka i do dzisiaj nie straciły znaczenia. Ich cena jest wyższa niż mosiądzów ze względu na cenę cyny, która jest droższa od cynku i miedzi. Dla obniżenia kosztu brązu część cyny zastępuje się czasem cynkiem. Stopy takie nazywano dawniej spiżami, a obecnie brązami cynowo-cynkowymi.

Brązy cynowe zawierają od 1 do 11% cyny, mogą także występować dodatki takich pierwiastków, jak cynk, ołów, mangan i fosfor w ilości od dziesiętnych do kilku procent. Ze względu na strukturę (rys. 6.6) można je podzielić na dwie grupy: brązy o strukturze roztworu stałego α, zawierające do 7% cyny, oraz o strukturze α + eutektoid (a + δ), zawierające powyżej 7% cyny. Roztwór α jest roztworem stałym cyny w miedzi. Eutektoid jest mieszaniną roztworu α i fazy δ. Faza δ jest roztworem stałym na bazie fazy międzymetalicznej o wzorze Cu31Sn8. Faza δ ma twardość dużo większą (około 300 HB) niż roztwór α (70 - 110 HB). Według wykresu równowagi eutektoid ten nie powinien występować, lecz z powodu niejednorodności składu chemicznego po odlaniu występuje on już przy mniejszych zawartościach cyny.

40. Korozja mosiądzów

Mosiądze wykazują dodrą odporność na korozję atmosferyczną oraz w środowisku wody morskiej i wodociągowej, ulegają natomiast korozji naprężeniowej i odcynkowaniu.

Korozja naprężeniowa, zwana pękaniem sezonowym, polega na nagłym pękaniu, bez widocznego powodu, zazwyczaj wzdłuż granic ziaren. Przyczyną tej korozji jest działanie dwóch czynników: naprężeń w materiale oraz korozyjnego środowiska. Naprężenia mogą występować po obróbce plastycznej na zimno jako naprężenia własne lub wskutek działania sił zewnętrznych podczas pracy elementu. Najbardziej niebezpiecznym środowiskiem jest amoniak lub jego pary.

Odcynkowanie jest rodzajem korozji elektrochemicznej. Gdy mosiądz znajdzie się w elektrolicie (zawierającym szczególnie chlor), jego oba składniki - miedź i cynk przechodzą do roztworu, z którego następnie wydziela się miedź w postaci gąbczastej. Po wytrąceniu miedzi korozja ulega przyspieszeniu, nie jest ona jednak widoczna, gdyż nie następuje zmiana kształtu przedmiotu. W wyniku korozji właściwości wytrzymałościowe gwałtownie się pogarszają. Korozji podlegają głównie mosiądze dwufazowe, w których rozpuszczeniu ulega faza β'; z jednofazowych tylko zawierające więcej niż 20% cynku. Odcynkowanie może zachodzić również miejscowo i korozja ta przyjmuje postać wżerową. Odporność mosiądzów na korozję zwiększają takie pierwiastki, jak aluminium, arsen, nikiel i cyna.

41. Rozróżnia się trzy podstawowe grupy polimerów:

1. duromery, p.termoutwardzalne lub żywice (epoksydowy, poliestrowy, fenylowo-formaldechydowy)

2. elastomery (poliizopren, polibutadien, polichloropren)

3. plastomery, p.termoplastyczne (polietylen, polipropylen, teflon, polistyren, nylon)

4. p.naturalne, biopolimery (celuloza, lignina, białka, guma poliizoprenowa)

42. POLIMERY związki wielkocząsteczkowe zbud. z regularnie lub nieregularnie powtarzających się ugrupowań atomów o jednakowej budowie, zw. merami, połączonych kowalencyjnymi wiązaniami chemicznymi. Związki zbud. z kilku merów i mające niezbyt wielką masę cząsteczkową są nazywane oligomerami, zaś zbud. z dużej liczby merów, mające dużą masę cząsteczkową — polimerami wielkocząsteczkowymi. Jeżeli w cząsteczce polimeru występują jedynie mery jednego rodzaju (wywodzące się z jednego monomeru), polimer jest zw. homopolimerem, zaś w przypadku występowania w cząsteczce polimeru więcej niż jednego rodzaju merów, polimer jest zw. kopolimerem.

MONOMERY są to małocząsteczkowe związki chemiczne, zdolne do reakcji z identycznymi lub innymi cząsteczkami, dzięki obecności w nich co najmniej dwóch ośrodków reaktywnych , takich jak wiązanie nienasycone, grupy chemiczne, pierścienie reaktywne. Polimery powstają m.in. na drodze reakcji polimeryzacji i polikondensacji.

43. Stanowi to o pewnej przewadze polimerów, których zużycie wzrasta szybciej niż metali lub materiałów ceramicznych.

Tworzywa sztuczne są na ogół b. lekkie (gęstość najczęściej ok. 1 g/cm³), mają małą przewodność cieplną, większość z nich jest dielektrykami, jednak po dodaniu znacznej ilości (ok. 50%) materiałów przewodzących, np. sadzy lub pyłu metalicznego, przewodzą prąd elektr., mogą być przezroczyste lub całkowicie nieprzezroczyste; tworzywa niemodyfikowane, w porównaniu z metalami mają małą wytrzymałość na rozciąganie oraz mały moduł elastyczności; b. dobrą wytrzymałość na rozciąganie, duży moduł elastyczności mają tworzywa zbrojone np. włóknem szklanym (→ kompozyt, laminaty); tworzywa sztuczne są najczęściej odporne na czynniki chem., wilgoć, lecz nieodporne na działanie czynników silnie utleniających; wadą większości tworzywa sztuczne jest ich wrażliwość na podwyższoną temp. (powyżej 100°C)

ZALETY:

w porównaniu do metali są lekkie , odporne na korozje, surowce do ich produkcji są zazwyczaj tanie i rozpowszechnione w przyrodzie, w łatwy sposób można je kształtować ( otrzymywać z nich nawet bardzo skomplikowane kształty)- mają dobre właściwości plastyczne.

WADY:

mają dość niskie własności mechaniczne, w większości nie są odporne na działanie podwyższonych temperatur, wiele z nich nie ulega biodegradacji, nie przewodzą prądu elektrycznego ani ciepła.

ZASTOSOWANIE

Polistyren - kubki, tacki, talerze, koła i łodzie ratunkowe .wykładziny itd.

Polichlorek winylu (PCV) - profile okienne, rury, wykładziny podłogowe itd.

Polietylen - folie, izolatory elektryczne, opakowania, wykładziny itd.

Poliwęglan - płyty CD itd.

Bakelit - niektóre części samochodów i samolotów , gniazdka elektryczne itd.

44. KOMPOZYT [łac.], tworzywo złożone z co najmniej 2 składników (zw. komponentami, fazami) o różnych właściwościach w taki sposób, że ma właściwości lepsze i (lub) nowe (dodatkowe) w porównaniu z właściwościami poszczególnych składników lub w porównaniu z sumą właściwości tych składników; kompozyt jest materiałem zewnętrznie monolitycznym, jednakże z makroskopowo widocznymi granicami między składnikami. Np. żywica epoksydowa z rozłożonymi w niej włóknami węglowymi. Włókna węglowe są wielokrotnie bardziej wytrzymałe od żywicy epoksydowej i wzmacniają. Składnik wzmacniający może być włóknem, cząsteczką lub tkaniną.

Kompozyty znalazły szerokie zastosowanie jako materiały konstrukcyjne w wielu dziedzinach techniki, m.in. w budownictwie (np. beton, żelbet), w technice lotn. i astronautyce (np. elementy samolotów, rakiet, sztucznych satelitów), w przemyśle środków transportu kołowego i szynowego (np. resory i zderzaki samochodowe, okładziny hamulcowe), w produkcji części maszyn, urządzeń i wyrobów sprzętu sport. (np. łodzie, narty, tyczki, oszczepy).

45. Rodzaje kompozytów.

1. Kompozyty z włóknami z tworzyw polimerowych.

- najpopularniejszą grupę tych kompozytów stanowią kompozyty z Kevlarem (w.aramidowe) , stosowane w postaci przędzy lub tkaniny, odporne na ścieranie i kruche pękanie (zastosowanie - kombinezony , rękawice, kamizelki kuloodporne)

- jako osnowę stosuje się najczęściej żywicę epoksydową.

2. Kompozyty z włóknami węglowymi (wysoko wytrzymałymi bądź wysokomodułowymi-grafitowymi).

- powstają w wyniku zwęglenia włókna z tworzywa o symbolu PAN

- cechują się bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi przy niewielkim ciężarze

- są dość drogie

- są odporne na wilgoć i podwyższoną temperaturę

- dzieli się je na 2 rodzaje określane jako włókna węglowe i grafitowe (potocznie)

3. Kompozyty z włóknami szklanymi.

- włókna szklane w tych kompozytach występują najczęściej w żywicy poliestrowej lub epoksydowej.

- często tworzy się w nich eutektyka potrójna

- nie mają tak dobrych własności jak kompozyty z w. węglowymi ale są stosunkowo tanie (stosowane w kajakach i łódkach do rekreacyjnego pływania).

4. Kompozyty odlewane (metalowo-ceramiczne)

- najpopularniejsze z nich to osnowa ze stopu aluminium, wzbogacona cząstkami SiC lub tlenku aluminium.

- są odporne na rozwój mikroszczelin stosowane m.in. do produkcji tłoków silnikowych.




---