Monokryształy charakteryzują się prawidłowym rozmieszczeniem przestrzennym atomów z zachowaniem jednakowej orientacji wszystkich elementarnych komórek sieciowych w całej objętości kryształu. Monokryształy wykazują silną zależność własności fizycznych, mechanicznych i innych od kierunku pomiaru lub pobrania próbki. Polikryształy składają się z ziarn, z których każde ma w przybliżeniu prawidłową strukturę krystaliczną. Przypadkowa orientacja krystaliczna poszczególnych ziaren decyduje o niemal jednakowych własnościach tych materiałów w różnych kierunkach.

3. Wymień i opisz rodzaje defektów sieci krystalicznej.

Do wad budowy krystalicznej zaliczamy:

Defekty punktowe, defekty liniowe, defekty powierzchniowe. Do wad punktowych należą wakanse tj. wolne węzły sieci krystalicznej, oraz atomy międzywęzłowe, tj. atomy, które opuściły pozycje węzłowe i przemieściły się do pozycji międzywęzłowych. Defekty punktowe mają niewielkie wymiary w krysztale i powstają w wyniku drgań cieplnych węzłów sieci wokół położeń równowagowych. Znane są dwa mechanizmy powstawania defektów punktowych. Pierwszy z nich, zwany efektem Frenkla, powstaje wskutek przemieszczenia się atomu z pozycji węzłowej w międzywęzłowo z jednoczesnym utworzeniem wakansu. Drugim z tych mechanizmów jest defekt Schottky'ego, polegający na wytworzeniu wakansu w wyniku przemieszczenia się atomu z pozycji węzłowej sieci na powierzchnię kryształu. Liniowym wadami budowy krystalicznej są dyslokacje. Do głównych rodzajów dyslokacji należą : dyslokacje krawędziowe, śrubowe i mieszane. Dyslokację krawędziową stanowi krawędź płaszczyzny sieciowej przerwanej w krysztale. Taka płaszczyzna, zwana półpłaszczyzną lub ekstra-płaszczyzną sąsiaduje z dwoma płaszczyznami sieciowymi o prawidłowej budowie. Zależnie od usytuowania ekstra-płaszczyzny dyslokacja krawędziowa może być dodatnia lub ujemna. Miarą wielkości dyslokacji jest wektor Burgersa. Wielkość tego wektora można wyznaczyć za pomocą konturu Burgersa. Dyslokacje krawędziowe leżą w płaszczyźnie poślizgu tj. w płaszczyźnie sieciowej o najgęstszym ułożeniu atomów, mogą się w krysztale przemieszczać pod działaniem naprężeń stycznych o wartości wyższej od krytycznej. Powoduje to odkształcenie plastyczne przez poślizg. Innym mechanizmem poruszania się dyslokacji krawędzi. Jest wspinanie, polegające na odłączeniu się atomów od ekstrapłaszczyzn. I ich migracji do wolnych pozycji węzłowych sieci tj. wakansów. Dyslokacja śrubowa powstaje wskutek przemieszczenia jednej części kryształu w płaszczyźnie poślizgu względem drugiej, równolegle do osi zwanej linią dyslok. śrubowej. Dyslokacji śrubowe mogą być prawoskrętne lub lewoskrętne. Dyslokacje o dowolnej orientacji wektora Burgersa (beta) względem linii dyslokacji noszą nazwę dyslokacji mieszanych. Można je traktować jako nałożone na siebie dyslokacje krawędziowe i śrubowe. Do powierzchniowych defektów budowy krystalicznej zaliczamy: granice ziarn i granice międzyfazowe. Granice ziarn oddzielają ziarna różniące się wzajemną orientacją krystaliczną, a w stopach technicznych ponad to składem chemicznym. W zależności od kąta dezorientacji krystalicznej granice ziarn dzieli się na wąskokątowe i szerokokątowe. Granice wąskokątowe powstające w miejscu zetknięcia pod ziarna charakteryzują się niewielkim kątem dezorientacji krystalicznej. Granice wąskokątowe daszkowe łączą kryształy o wspólnym kierunku krystalograficznym równoległym do granicy. Granice wąskokątowe skrętne powstają w miejscu połączenia kryształów o wspólnym kierunku sieciowym prostopadłłym do granicy. Granice szerokokątowe charakteryzują się dużym kątem dezorientacji krystalicznej ziarn, na styku których powstają. Granice międzyfazowe to granice między ziarnami różnych faz różniących się parametrami i typem sieci. Granice międzyfazowe można podzielić na: koherentne, półkoherentne i niekoherentne.

Dyslokacja krawędziowa ujemna

4. Jaki jest wpływ defektów sieci krystalicznej na wytrzymałość materiałów? Jakie są praktyczne metody zwiększające wytrzymałość metalu?

Wady budowy krystalicznej w istotny sposób wpływają na własności wytrzymałościowe i plastyczne metali. Obliczenia teoretyczne wskazują, że najlepszymi właściwościami wytrzymałościowymi powinny cechować się metale o idealnej budowie krystalicznej. Potwierdza to fakt, że wysokie własności uzyskują kryształy włoskowate, tzw. wiskery. Dążenie do ograniczenia wad budowy krystalicznej jest jednak technicznie bardzo trudne. Praktyczne metody zwiększania wytrzymałości metali polega na znacznym zwiększeniu gęstości wad budowy krystalicznej, co można osiągnąć przez rozdrobnienie ziarn, wydzielenia faz o dużej dyspersji, a także przez gniot wskutek w skutek odkształcenia plastycznego na zimno.

5. Jaka jest różnica między roztworami stałymi różno-węzłowymi i między-węzłowymi.

W przypadku, gdy atomy pierwiastka rozpuszczonego są usytuowane w sposób nieuporządkowany w przestrzeniach międzywęzłowych sieci metalu rozpuszczalnika, roztwór stały jest nazwany roztworem stałym międzywęzłowym. Gdy atomy metalu rozpuszczonego zajmują przypadkowo dowolne węzły w sieci krystalicznej metalu rozpuszczalnika, roztwór stały jest nazwany roztworem stałym różno-węzłowym.

6. Scharakteryzuj składniki obszarów jednofazowych układu metastabilnego żelazo - węgiel.

Ferryt- roztwór stały, międzywęzłowy węgla w żelazie alfa. Ferryt może rozpuścić max 0,0218%C w temp. przemiany eutektoidalnej 727C

Austenit -roztwór stały, międzywęzłowy węgla w żelazie gamma o maksymalnej rozpuszczalności węgla 2,11%. W warunkach równowagi nie może istnieć poniżej temperatury (727C).Przemiana eutektoidalna przebieg zgodnie ze wzorem γs<727C>alfa p +Fe₃C, co oznacza, że przy ochłodzeniu austenit o składzie punktu S(0,77%C) ulega rozkładowi na mieszaninę eutektoidalną ferrytu o składzie punktu P i cementytu zwaną perlitem. Przemiana ta występuje we wszystkich stopach o zawartości węgla wyższej od pkt. P(0,0218%C). W stopach o zawartości węgla wyższej niż 2,11 przemianie eutektoidalnej podlega również austenit wchodzący w skład ledeburytu, w wyniku czego poniżej 727 C stop składa się z perlitu oraz cementytu i jest nazywa się ledeburytem przemienionym(miesznina eutektyczna).

Cementyt pierwotny- wydzielający się z roztworu ciekłego zgodnie ze zmienną rozpuszczalnością węgla w cieczy wzdłuż linii CD.

Cementyt wtórny- wydzielający się w stanie stałym z austenitu w wyniku malejącej rozpuszczalności węgla w roztworze stałym γ wzdłuż linii ES.

Cementyt trzeciorzędowy - wydzielający się w stanie stałym z ferrytu w wyniku malejącej rozpuszczalności węgla w roztworze stałym alfa wzdłuż linii PQ.

Perlit - mieszanina eutektodialna ferrytu i cementytu, zawiera 0,77% C, występuje poniżej 727C
Ledeburyt - mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu, zawiera 4,3% C, trwała w zakresie 727-1148C

Martenzyt to metastabilna faza stopu żelaza i węgla powstała podczas szybkiego schłodzenia. Przemiana ta polega na przebudowie sieci RSC na sieć TPC. Martenzyt ma strukturę drobnoziarnistą, rozróżniamy martenzyt: listwowy i płytkowy. Jest fazą bardzo twardą i kruchą, powstaje w czasie hartowania stali.
Bainit to mieszanina przesyconego ferrytu i węglików. Powstaje w wyniku przemiany bainitycznej, która częściowo ma charakter dyfuzyjny. Jego twardość jest mniejsza od twardości martenzytu jest składnikiem stopów żelaza. Wyróżnia się 2 rodzaje:

- górny (powstaje w wyniku przemiany zachodzącej powyżej 300stopni C)
- dolny (powstaje w wyniku przemiany zachodzącej poniżej 300stopni C)

Żelazo gamma posiada sieć płaskocentryczną układu regularnego. Żelazo jest paramagnetyczne, plastyczne i wykazuje znaczną zdolność do rozpuszczania węgla.

9. Co jest istotą przemiany martenzytycznej? Jaki musi być spełniony warunek jej zajścia? Jak nazywa się powstała struktura i jakie są jej własności?

Przemiana martenzytyczna jest przemianą bezdyfuzyjną i zachodzi przy dużym przechłodzeniu austenitu do temp. Ms, początku tej przemiany przy chłodzeniu z szybkością większą od krytycznej V_k . W wyniku tej przemiany powstaje martenzytu, czyli przesycony roztwór węgla w żelazie alfa .Przemiana martenzytyczna zachodzi pod warunkiem ciągłego obniżania temp. w zakresie od temp początku przemiany Ms do temp. Mf jej końca>Wartość Ms i Mf zależą od składu chemicznego austenitu i obniżają się ze zwiększeniem stężenia węgla w austenicie oraz wszystkich niemal dodatków stopowych z wyjątkiem Al. I Co. Podczas przemiany martenzytycznej następuje skoordynowane przeniesienie atomów bez zmiany sąsiadujących atomów dziedzicznych z austenitu.

---