Metalurgia

/procesy: metalurgiczne, rafinacyjne; urządzenia stosowane w metalurgii; metalurgia: stali, metali nieżelaznych/

1. W jaki sposób w starożytności realizowano procesy metalurgiczne w technologii metali i co to jest dymarka? Scharakteryzować produkt w niej otrzymywany.

Redukcja rudy żelaza zawierającej tlenki i węglany przy użyciu węgla drzewnego w piecu DYMARCE o temperaturze do 1200^o poddawano długotrwałemu wygrzewaniu uzyskiwano żelazo gąbczaste (silnie zanieczyszczone) później wielokrotnie przekuwano na gorąco otrzymywano żelazo zgrzewne (miękkie i ciągliwe) bardziej wytrzymałe od Cu. Czasami przypadkowo przegrzewając piec otrzymywano Fe lane (surówkę) w tamtych czasach niepożądane , bo kruche.

Dymarka - dawny piec hutniczy, 1-szy piec w którym przez redukcję tlenkowych rud żelaza za pomocą węgla drzewnego otrzymywano żelazo gąbczaste zawierające żużel.

po wielokrotnym przekuciu na gorąco żelaza gąbczastego usuwały się z łupki żużla i otrzymywano żelazo na narzędzia i broń.

2. Proszę nazwać i scharakteryzować pierwszą wysokogatunkową stal w historii ludzkości.

Pierwszą stalą wysokogatunkową była stal z Damaszku, był to minerał wydobywany jedynie w hinduskich stanach, gdzie bezcenne, dwukilogramowe wlewki wykuwano w wyspecjalizowanych kuźniach. Szable damasceńskie nie tępiły się i zachowywały sprężystość- pomimo że były niezwykle twarde, jej składniki to: żelazo, układający się w pasma węglik, wanad, molibden ( odpowiednio nagrzewane i schładzane ). Najbardziej charakterystycznym zjawiskiem na powierzchni Damaszu są symetryczne okrągłe zawirowania, zwane już od czasów średniowiecza różami.

3. Proszę scharakteryzować piec hutniczy Stuckofen, będący wynalazkiem austro-niemieckim z 1295r.

Piec Stuckofen - był to piec z miechami poruszanymi kołem wodnym, z jednego procesu uzyskiwano 320 kg żelaza.

4. Co rozumiesz pod pojęciem metalurgia metali?

Jest to szereg powiązanych ze sobą procesów technologicznych pozwalających na uzyskanie metali z rud i surowców wtórnych, je to również nauka o metodach otrzymywania metali z rud, żelaza , metali nieżelaznych - wstępna przeróbka rudy , wzbogacenie rudy, procesy hutnicze, rafinacja. Procesy metalurgiczne: pirometalurgiczne, elektrometalurgiczne, hydrometalurgiczne metalurgia proszków - te procesy maja za zadanie wydzielenie medali związków z jakimi występują w używanych do procesów malatur. Rudach.

5. Co to są topniki, jakie mają przeznaczenie w metalurgii i w jakich okolicznościach są stosowane?

Topniki - do WP w celu obniżenia T_t skały płonnej i jej upłynnienia z popiołem paliwa, najczęściej : CaCO₃ i CaCO₃ * MgCO₃ z dopuszczalną niewielką ilością S i P. skład chemiczny topników dobiera się w zależności od składu chemicznego skały płonnej. Jeżeli w skład skały płonnej rudy wchodzi krzemionka to dodaje się topniki zasadowe

( CaCO₃, MgCO₃ lub CaCO₃*MgCO₃). Jeżeli w skład skały płonnej rudy wchodzą składniki zasadowe to dodaje się topniki kwaśne (SiO₂ lub żużle kwaśne z procesów stalowniczych)

6. Wymień znane Ci rodzaje paliw w metalurgii i scharakteryzuj skład, właściwości i zastosowanie węgla drzewnego wytwarzanego w warunkach suchej destylacji drewna w piecach komorowych. Co to jest sucha destylacja węgla drzewnego?

Rodzaje paliw w metalurgii:

- węgiel drzewny - skład węgla : 80-90% węgla stałego (nielotnego), 10-18% ciał lotnych (z wilgocią), 0,5-2,5% popiołu, znikoma ilość S,- właściwości : ciepło spalania ~29300 kJ/kg, porowatość (73-85%), niska wytrzymałość mechaniczna , - zastosowanie : paliwo do wytopu surówek wysokojakościowych tylko w niektórych zakładach w Rosji i Szwecji

- węgiel kamienny - skład węgla : 75-90% węgla nielotnego, 2-6% wodór, 2-4% siarka, 10-20% popiół, - właściwości : ciepło spalania ~33075 kJ/kg, - zastosowanie: paliwo do pieców płomieniowych i urządzeń wytwarzających paliwo gazowe w gazogeneratorach, do otrzymywania koksu.

- koks - (spieczona masa) skład koksu: 82-88% węgla nielotnego, 5-20% popiołu, 0,5-2% S, 2-6% wilgoci , - właściwości: ciepło spalania ~29300 kJ/kg, porowatość (49-53%), wytrzymałość na ściskanie (100-180) MPa, gęstość (0,84-0,86) kg/dm³, - zastosowanie: paliwo do wytopu surówek.

Sucha destylacja węgla drzewnego - sucha destylacja drewna w piecach komorowych, nagrzewanie bez dostępu powietrza.

7. Wymień znane Ci rudy żelaza i scharakteryzuj (magnetyt, hematyt, limonit, syderyt).

Magnetyt - (żelaziak magnetyczny) - tlenek żelazowo- żelazawy Fe₃O₄ zawiera 40-70% Fe, pochodzenia wulkanicznego, o dobrych właściwościach magnetycznych, kolor ciemno-szary, zawarta budowa i ze względu na skład chemiczny skały płonnej (kwarcyt z domieszkami tlenków) jest trudnotopliwy. Zawiera domieszki siarki i fosforu. Występuje w Szwecji, Norwegii, Rosji.

Hematyt - (żelaziak czerwony) - tlenek żelazowy Fe₂O₃, zawiera 50-60%% Fe i mało szkodliwych zanieczyszczeń (S i P), różnorodna barwa (od ciemno-czerwonej do ciemno-szarej), skała płonna (kwarc i glina, niekiedy wapń) jest łatwotopliwy o charakterze zasadowym i nie stanowi w kopalinie zwartej i twardej masy, Fe łatwo się redukuje. Występuje w Ukrainie, USA.

Limonit - (żelaziak brunatny) - uwodniony tlenek żelazawy (2Fe₂O₃*3H₂O) zawiera 30-53% Fe, najbardziej rozpowszechniony w przyrodzie, powstaje w wyniku wietrzenia innych rud (magnetytu, hematytu, innych) , łatwotopliwy, różnorodna barwa (od żółtej do brunatno- żółtej) , skała płonna (krzemionka i glina, niekiedy tlenki wapnia i magnezu) o znacznej ilości zanieczyszczeń (S, P, As), ruda porowata i łatwo redukująca się do Fe. Występuje we Francji, Niemczech.

Syderyt- (żelaziak szpatowy)- węglan żelazawy (FeCO₃), zawiera 30-4% Fe, łatwotopliwy lub samotopliwy, barwa (żółto-biały i brudno-szary), skała płonna (krzemionka SiO₂, Al₂O₃, MgO, CaO) przed załadowaniem do poddaje się prażeniu celem usunięcia wilgoci i CO₂- uzyskuje się wówczas tlenek żelaza, której utlenia się na: Fe₂O₃.

8. Wymień i scharakteryzuj znane Ci stopy żelaza (surówka, stal, staliwo, żeliwo).

Surówka - jest to stop żelaza z węglem (ponad 2% C- najczęściej 2,5-4,5%) oraz innymi pierwiastkami (Si, Mn, P, S) otrzymywany w wyniku redukcji rudy żelaza (w wielkim piecu) przeznaczony do dalszej przeróbki na inne stopy żelaza.

Stal - techniczny stop żelaza zawierający do ok. 2% C (max 2,06%) oraz inne pierwiastki pochodzące z surowców, materiałów ogniotrwałych, paliw, atmosfery albo dodawane celowo, otrzymywany w stanie ciekłym w procesach stalowniczych i po zakrzepnieciu przerabiane plastycznie.

Staliwo - techniczny stop żelaza zawierający do ok. 2% C oraz inne pierwiastki pochodzące z surowców, materiałów ogniotrwałych, paliw, atmosfery albo dodawane celowo, otrzymywany w stanie ciekłym w procesach stalowniczych i odlany do form odlewniczych, nie przerobiony plastycznie.

Żeliwo - stop żelaza z węglem i z innymi pierwiastkami jak Mn, Si, P, S o zawartości węgla ponad 2%, stosowany w postaci odlewów.

9. Dokonaj klasyfikacji żeliw i scharakteryzuj znane Ci rodzaje {szare (zwykłe, sferoidalne, modyfikowane, wermikularne), białe, połowiczne - zw. pstrym, ciągliwe, stopowe (odporne na korozję, kwasoodporne, żaroodporne ”silal, nicrosilal, niresist”)}.

Rodzaje żeliw :

- Szare - zwykłe - zawiera grafit płatkowy różnej wielkości

- sferoidalne - zawiera grafit sferoidalny w postaci kulkowej

- modyfikowane - zawiera drobny grafit płatkowy

- wermikularne - jest to żeliwo szare, w którym morfologia grafitu ma postać

Pośrednia między grafitem płatkowym a grafitem sferoidalnym

- Białe - w którym węgiel występuje w postaci kruchego cementytu,

- połowicze - zwane pstrym - w którym węgiel występuje w postaci grafitu jak i

Cementytu.

- ciągliwe - otrzymywane w wyniku długotrwałego wyżarzania żeliwa białego,

W czasie wyżarzania cementytu ulega rozkładowi na grafit i ferryt

- stopowe - do którego w celu modyfikacji jego własności fizycznych i chemicznych

Dodawane są składniki stopowe - krzem, nikiel, chrom, molibden,

Aluminium

- odporne na korozje - z dodatkiem niklu i molibdenu, stabilizującymi odporny na korozje

Austenit i z dodatkiem krzemu, chromu lub aluminium, które

tworzą odporna na korozje warstwę na powierzchni odlewu

- kwasoodporne - najczęściej z dużym dodatkiem krzemu - odporne na działanie kwasów:

Azotowego, fosforowego, siarkowego, octowego

- żaroodporne - Silal - przeznaczone na odlewane elementy do prac w temp. Do 600^oC-

800^oC, o podniesionej zawartości manganu 0,7-0,8% i krzemu

5-7%. Wadą silalu jest wysoka kruchość.

- Nicrosilal - podobne do silalu z dodatkiem 16%-20%. Charakteryzuje się

większą żaroodpornością i lepszymi charakterystykami

wytrzymałościowymi

- Niresist - cechuje się wysoką żaroodpornością, a zarazem odpornością

na korozję. Zawiera 2,5 % Si, do 2,0% Mn, 11% do 16% Ni, do

4% Cr i do 8% Cu.

10. Podaj ogólne cechy charakterystyczne żeliw i rolę stosowanych w nich pierwiastków stopowych.

Niewielki skurcz odlewniczy - 1,0% do 2,0%, łatwość wypełniania form, dobra obrabialność, żeliwo, dzięki wysokiej zawartości węgla posiada wysoką odporność na korozję. Dodatki stopowe i ich rola: Si - daje dużą odporność na kwasy, Mo- Ni- daje dużą odporność na korozję, Cr- Al - tworzą odporną na korozję powierzchnię odlewu

11. Scharakteryzuj proces technologiczny metalurgii surówki (wielki piec).

- ładowanie pieca od góry przez urządzenie zasypowe które wprowadza się : koks, rudę i topniki (dolomit, wapień), które ze złożeniem rudy tworzą w piecu łatwo topliwą mieszaninę krzemianów wapnia, glinu i manganu zwaną żużlem

- koks wprowadzony do wielkiego pieca spala się w strumieniu gorącego powietrza wdmuchiwanego przez dysze

- wytworzony CO₂ przechodząc przez rozżarzone warstwy koksu redukuje się do tlenku węgla CO

- gorące gazy unoszą się ku górze ogrzewają wsad wielkopiecowy zsuwający się ku dołowi

- procesy zachodzące w warstwach rudy zależą od T wytworzonej w dolnej strefie pieca

- w najwyższych częściach pieca następuje odwodnienie rudy: przy temp. 120-230^o C

- redukcja rozpoczyna się w T=420^oC i początkowo polega na redukcji Fe(III) do Fe(II) w miarę posuwania się ku dołowi i dalszego wzrostu T następuje redukcja tlenków do metalu

- w T=930^oC redukująco działa również węgla

- w miarę obsuwania się ładunku do dolnych, gorętszych części pieca (T>930^oC) następuje stopienie żelaza

- na skutek rozpuszczenia się w żelazie węgla i innych pierwiastków powstaje stop żelaza z węglem (2,5-4,5%)C oraz Si, P, Mn SURÓWKA- produkt wielkiego pieca

- równocześnie z redukcją tlenków Fe odbywa się reakcja pomiedzy topnikami a zanieczyszczeniami rudy, tworząc ciekły żużel, który spływa w dół pieca i jako lżejszy od surówki tworzą warstwę na jej powierzchni

12. Wymień grupy procesów zachodzące w wielkim piecu. Co to jest surówka - dokonaj klasyfikacji surówek i scharakteryzuj je.

Grupy procesów: procesy wstępne - odparowanie wilgoci, wydzielanie wody krystalicznej, rozkład węglanów, usuwanie części lotnych z koksu,

: redukcja tlenków żelaza

: nawęglanie żelaza

: tworzenie się i topienie żużla

: redukcja pozostałych składników surówki

: odsiarczanie

: proces spalania paliwa

Surówka -stop żelaza z węglem (>2%), krzemem, manganem, fosforem i siarką będący produktem redukcji rudy w piecu. Nazwa pochodzi stąd, że jest to półprodukt przewidziany do dalszej przeróbki, czyli surowiec.

Klasyfikacje surówki:

Ze względu na budowę (strukturę) rozróżnia się surówki:

• biała, o białym przełomie, zawierająca węgiel wyłącznie w stanie związanym w postaci cementytu

• szara, o szarym przełomie, zawierająca węgiel w stanie wolnym, w postaci grafitu

• pstra (połowiczna), zawierająca skupienia węgla zarówno w stanie związanym jak i wolnym.

Wpływ na budowę surówki mają: skład chemiczny i szybkość chłodzenia. Ze względu na zawartość fosforu: fosforowa, o zawartości fosforu do 1,2% ,hematytowa, o zawartości fosforu do 0,1%.

Ze względu na sposób otrzymania: drzewno węglowa, wytopiona na węglu drzewnym koksowa, wytopiona na koksie.

Ze względu na przeznaczenie: bessemerowska, o dużej zawartości krzemu, nie zawierająca fosforu i siarki, przeznaczona do wytworzenia stali metodą Bessemera martenowska, przeznaczona do wytworzenia stali w piecu martenowskim tomasowska, o dużej zawartości fosforu i małej zawartości krzemu, przeznaczona do wytworzenia stali metodą Thomasa, odlewnicza, przeznaczona do przetopu w odlewni żeliwa.

13. Wymienić wszystkie znane Ci sposoby otrzymywania (wytapiania) stali
    i szczegółowo scharakteryzować metodę Bessemera.

Proces martenowski, , zasadowy proces tlenowy, proces Tomasowski.

Proces Bessemerowski: proces kwaśny - wyłożenie konwektora kwaśne, wsad - surówka Bessemerowska w stanie płynnym zawierająca : Si (1,25-2,25%) i więcej: Mn (0,6-1,5%) - zabezpieczenia przed nadmiernym utlenianiem żelaza.

- przechylenie konwektora i zalanie surówki

- ustawienie konwektora i włączenie dmuchu (trzy procesy) iskrowy, płomieniowy dymny

- wprowadzenie odtleniaczy (Mn, Si, Al.) w postaci surówki zwierciadlistej

- przechylenie konwektora , zbiórka żużla i wylew stali.

Stal Besemerowska: zawartość S i O > niż w stali martenowskiej, posiada lepszą zgrzewalność i skrawalność oraz podwyższoną twardość, stosowana do wyrobu rur zgrzewnych, szyn, drutów, prętów na śruby i wkręty oraz zbrojenia do żelbetonu. Żużel Besemerowski: stosowany jako kwaśny topnik w procesie wielkopiecowym do rud z zasadową skalą płonną.

14. Wymienić wszystkie znane Ci sposoby otrzymywania (wytapiania) stali
    i scharakteryzować wytwarzanie stali w piecach elektrycznych łukowych (kwaśnych i zasadowych.

Wytwarzanie stali w piecach elektrycznych.

Piece elektr. Łukowe zasadowe i kwaśne - nagrzewanie i topienie wsadu realizuje się kosztem ciepła łuku elektr. Tworzonego między pionowo zawieszonymi elektrodami i wsadem metalicznym. Proces kwaśny - stosowany do wytopu staliwa, stal wykazuje gorsze właściwości niż stal zasadowa, wsad musi zawierać małe ilości S i P, w procesie kwasnym łatwiej jest uzyskać wysokie przegrzanie stali, co zwiększa rzadkopłynność i polepsza wypełnienie form odlewniczych. Proces zasadowy - możliwość otrzymania stali : węglowych ( zwiększonej zawartości węgla), stopowy (zawierających nawet mniej niż 50% żelaza). Proces składa się z dwóch okresów: utleniającego (odfosforzenie kąpieli), redukującego (okres rafinacji stali). Wsad podobny jak w piecu martenowskim.

Piec elektr. Indukcyjne - najczęściej stosowane piece indukcyjne bezrdzeniowe - nagrzewanie i topienie realizuje się w wyniku ciepła wytwarzanego indukcji magnetycznej

15. Co rozumiesz pod pojęciem: stal uspokojona, półuspokojona i nieuspokojona oraz likwacja?

Stal półuspokojona- odtleniona manganem i niewielkim dodatkiem krzemu (0,15%). Wlewek krzepnie bez wrzenia, ale wydzielają się pęcherze wewnętrzne, które również kompensują częściowo lub całkowicie skurcz i ograniczają tworzenie jamy usadowej. Uzyskuje się w ten sposób większy uzysk materiału z wlewka stali. Stal uspokojona- odtleniona krzemem (0,15%-0,35) i częściowo glinem, do tego stopnia, że przy krzepnięciu wlewka nie zachodzą żadne reakcje z wydzielaniem się gazów. Wlewki są wolne od wad, poza częścią górną, sąsiadującą z jamą usadową, którą obcina się i odrzuca przy obróbce plastycznej. Wyższy stopień uspokojenia stali oznacza podwyższenie jej jakości, a zwłaszcza zmniejszenie skłonności do segregacji strefowych oraz do pęknięć na gorąco i zimno. Stal nieuspokojona- odtleniona tylko manganem. Mangan obniża zawartość FeO, ale nie od tego stopnia by zapobiec reakcji FeO+C=Fe+CO2, w wyniku której z krzepnącego wlewka wydzielają się gazy, dając zjawisko wrzenia. Wlewki nieuspokojone nie wykazują jamy usadowej, ponieważ wewnętrzne pęcherze kompensują skurcz przy krzepnięciu. Ponadto wlewki mają we wnętrzu charakterystyczną strefę segregacji (zwiększona zawartość węgla, siarki i fosforu). Segregacja składników stopowych wraz ze wzrostem zanieczyszczenia i zawęglenia części środkowych wlewka jest zjawiskiem ujemnym i powoduje zróżnicowanie właściwości mechanicznych i technologicznych wyrobów (np. niespawalność niektórych części przekroju profili ze stali zasadniczo spawalnej).

16. Scharakteryzuj technologię otrzymywania żeliwa i wymień stosowany wsad.

Żeliwiak - piec szybowy do wytapiania żeliwa. Przez okno wsadowe w górnej części pieca wprowadzany jest na przemian wsad metalowy oraz koks z topnikiem. Przemieszczając się w dół materiał wsadowy nagrzewa się od gazów powstających w usytuowanych poniżej strefie spalania, gdzie koks spala się w powietrzu wdmuc hiwanym przez dysze. Ciekłe żeliwo i ciekły żużel gromadzą się w dole pieca skąd są okresowo spuszczane. Żeliwniaki w których koks zastępowany jest częściowo gazem ziemnym noszą nazwę koksowo-gazowych.

wsad: surówki wielkopiecowe odlewnicze i stopowe, złom żeliwny, złom stalowy, złom obiegowy (wióry), żelazostopy i metale techniczne, koks jako paliwo, topniki (kamień wapienny, fluoryt, dolomit)

18)Jakie znasz sposoby metalurgii miedzi, krótko je scharakteryzuj?.

Metalurgia ogniowa miedzi -piec płomieniowy: wsad - koncentrat do prażenia, topniki, odpady Cu i żużla z konwektora, ; paliwo - pył węglowy, gaz ziemny, : powstają - dwie fazy ciekłe kamień miedziowy złożony z siarczków Cu₂S i fes w których zawartość Cu (10-50)% - żużel zawierający tlenki. W kamieniu łatwo rozpuszczą się metale szlachetne (zostają łatwo wydzielone przy rafinacji Cu)

Piec szybowy - proces wytwarzania kamienia jest procesem utleniającym, w zależności od pirytu odróżnia się :proces pirytowy , proces półpirytowy, proces ulepszony pirytowy.

piece zawiesinowe - wysoki stopień wypalania siarki, dzięki czemu uzyskuje się bogate w Cu kamienie bez uprzedniego wyprażenia oraz eliminowanie metali lotnych jak (Zn, Cd, Pb, Ge, Re)

piece cyklonowe - przeróbka w piecach cyklonowych jest odmianą procesu zawiesinowego który daje kamień miedziowy bardziej bogaty w miedź..

piec elektryczno- łukowe - max temp w strefie trzyelektrodowej dochodzi do 1700^oC a przy ściankach (1250-1350)^oC, wskutek wysokiej temp powstają silne ruchy konwekcyjne i cyrkulacyjne żużla, wysoka temp umożliwia obróbkę wsadu z małą ilością topników.

19)Jaka jest różnica pomiędzy metalurgią, a rafinacją miedzi. Scharakteryzuj krótko obydwa procesy, wymieniając znane ci sposoby rafinacji?.

Metalurgia miedzi - jest to wytworzenie surowej i zanieczyszczonej Cu

Rafinacja miedzi przeprowadza się na drodze ogniowej i elektrolitycznej, Cu surowa zawiera (0,8-2)% domieszek pogarszających własności mech i przwodność elektr- z tego powodu nie jest stosowana do celów technicznych. rafinacja ogniowa - Roztopienie miedzi surowej, utlenianie ciekłej miedzi powietrzem, redukcja tlenku miedziawego rozpuszczonego w miedzi, odlewanie anod lub wlewków. Rafinacja elektrolityczna - anody z miedzi rafinowanej ogniowo i podkładki katodowe z miedzi elektrolitycznej umieszcza się w wannach z wyłożeniem kwasoodpornym, produktem rafinacji SA płyty katodowe o masie ok. 100 kg, po przemyciu przetapianie płyty w piecach płomieniowych lub elektr., celem usuniecia z miedzi wodoru i siarki w postaci CuSO₄ pochodzącej z elektrolitu.

20. Co to jest aluminium, scharakteryzuj metodę Bayera otrzymywania aluminium?.

Pierwiastek najbardziej rozpowszechniony w przyrodzie, 8,13% występujący tylko w związkach chemicznych z innymi metalami, krystalizuje w ukł regularnym o sieci A1, promieniu At. 0,1431 nm, objętość At. 10 cm^3, parametry sieci 0,40493 nm, T_t= 658^oC.

Metoda Bayera - otrzymywanie Al₂O₃ polega na rozpuszczaniu (ługowaniu) wodorotlenków aluminium znajdujących się w zmielonych boksytach w roztworze wodorotlenku sodowego- w wyniku czego tworzy się glinian sodowy NaAl₂

21. Na czym polega rafinacja aluminium i jaki jest cel jej stosowania?

otrzymywanie drogą elektrolizy metaliczne Al. Zawiera 98,6-99,5)% czystego Al. Zanieczyszczenia pogarszają : przewodność elektr., plastyczność, odporność na korozję Al.- dlatego poddaje się rafinacji.

- przedmuchiwanie ciekłego Al chlorem przy (750-770)^oC w t=(10-15)min, usuwa się : Na, Ca, Mg, nie można usunąć: Si, Fe, Cu.

- rafinacja elektrolityczna Al. Pozwala na otrzymanie metalu, w którym suma zanieczyszczeń wynosi (0,005-0,05)%

- metoda trzech warstw: I) trzon węglowy na którym jest stop aluminium i miedzi (anoda) o masie wł. 3,2kg/dm³, II) elektrolit (BaCl₂, AlF₃, NaF) o gęstości 2,7kg/dm³, III) czyste aluminium

Podczas elektrolizy Al. Przechodzi ze stopu anodowego do elektrolitu w postaci jonów dodatnich Al.-3e=Al³⁺. Na katodzie odbywa się rozładowanie jonów Al³+3e=Al. Proces prowadzi się w (760-780)^oC, przy U=(6-7)V. z rafinacji można uzyskać aluminium o czystości (99,95-99,995)% Al.

- przetapianie strefowe w próżni o ciśnieniu 13,3*(10^-3-10^-40Pa - aluminium o bardzo dużej czystości.

Odlewnictwo

/powstawanie odlewów w formie; metody wytwarzania odlewów; wykonywanie odlewów w formach: jednorazowych, trwałych; wady odlewów/

1. Podaj definicję odlewnictwa

i obszar jego zastosowania.

Odlewnictwo jest to dziedzina techniki obejmująca wytwarzanie części maszyn lub przedmiotów przez wypełnienie ciekłym metale odpowiednio przygotowanych form. Zastosowanie: przemysł samochodowy, lotniczy okrętowy, zbrojeniowy.

2. Wymień kolejno następujące po sobie etapy w procesie wytwarzania odlewów.

• przygotowanie modelu z którego ma być wykonany

• przygotowanie materiałów formierskich

• przygotowanie formy

• wyjęcie odlewu formy

• oczyszczenie i wykończenie odlewu.

3. Co rozumiesz pod pojęciem układ wlewowy ,model ,

znak rdzeniowy określ ich rodzaje i przeznaczenie.

Układ wlewowy- służy do doprowadzenia ciekłego metalu do wnętrza formy kanałkami który stanowią układ wlewowy

• model zewnętrzny kształt modelu

• rdzeń kształt wewnętrzny

• znak rdzeniowy kształt gniazda.

4. Co to jest forma podział form odlewniczych.

Forma służy do odtworzenia kształtu odlewanego przedmiotu. Podział:

• półtrwałe z materiałów ceramicznych

• trwałe wielokrotnego użytku.

5. Co to są masy formierskie, dokonaj ich podziału

scharakteryzuj właściwości i określ czynności

niezbędne do przygotowania mas formierskich.

Masy formierskie są to mieszaniny piasków kwarcowych odpowiedniej ziarnistości, gliny ogniotrwałej oraz zużytych materiałów formierskich. Podział: przy modelowe ( świeże) i wypełniające ( używane) do dolewania na sucho i mokro, naturalne i sztuczne do wykonywania form i rdzeni.

Właściwości:

• plastyczność zdolność do odtwarzania kształtów

• spoistość zdolność do przeciwstawienia się

zewnętrznym obciążeniom

• przepuszczalnością przepuszczanie gazów i par

• podatnością zdolność do zmiany kształtu

• ognioodpornością na wysoką temperaturę

Przygotowanie mas formierskich: suszenie rozdrabnianie przesiewanie mieszanie z innymi składnikami nawilżanie spulchnianie.

6. Wymień znane ci rodzaje pieców

szybowe tyglowe płomieniowe elektryczne oporowe łukowe indukcyjne.

7. Co to jest odlewanie w kokilach zalety i wady

Odlewanie w kokilach stosuje się je do masowej produkcji. Zalety:

• polepszenie struktury odlewów

• oszczędność materiałów formierskich

• łatwość stosowania automatyzacji i mechanizacji

• większa wydajność

• większa dokładność

Wady:

• trudne uzyskanie odlewów o cienkich ściankach

• znaczne naprężenia spowodowane wysoką temperaturą

• większa amizotropowość właściwości na przekroju ścianki.

8. Scharakteryzuj odlewanie ciśnieniowe pod wysokim i niskim

ciśnieniem.

Wysokie ciśnienie- wprowadzenie metalu pod wysokim Ciśnieniem o wartościach kilkudziesięciu do kilkuset Mpa Niskie ciśnienie- ciśnienie podczas zalewania wynośi 0.01-0.05 Mpa.

9. Scharakteryzuj odlewanie odśrodkowe.

Odlewanie odśrodkowe polega na użyciu siły odśrodkowej do wypełnienia wnęki formy odlewniczej w niektórych odmianach do kształtowania jednej z powierzchni odlewu.

10. Scharakteryzuj formowanie metodą wytapianych modeli.

Polega na wykonaniu modelu z substancji łatwo topliwe które pokrywa się warstwą ceramiczną. Następnie model wytapia się skorupę wypala się i zalewa ciekłym metalem seryjne wieloseryjne.

11. Na czym polega odlewanie metodą traconego wosku.

Polega na wykonaniu odpowiedniej ilości modeli z wosku a następnie połączeniu ich z układem wlewowym który też jest wykonany z wosku.

12. Wymień i scharakteryzuj znane ci wady odlewów określ

ich podział i podaj kolejność postępowania w celu ich

zmniejszenia.

Wady odlewnicze:

• dopuszczalne

• naprawialne

• dyskwalifikujące odlew

1 wady kształtu niedolew zalewka przestawienie wypaczenie

2 wady powierzchniowe surowe chropowatość ospałość nakłucia.

Kolejność:

• identyfikacja

• przyczyny.

Obróbka Plastyczna

/na zimno i gorąco; procesy obróbki plastycznej; urządzenia do obróbki plastycznej; wady wyrobów kształtowanych plastycznie/

1.Co to jest odkształcenie plastyczne, co rozumiesz pod pojęciem plastyczności metali - podaj cel obróbki plastycznej?.

Obróbka plastyczna - metoda obróbki metali polegająca na wywieraniu narzędziem na obrabiany materiał nacisku przekraczającego granicę jego plastyczności, mającego na celu trwałą zmianę kształtu i wymiarów obrabianego przedmiotu. Zawsze uzyskuje się poprawę własności mechanicznych. Proces kształtowania może przebiegać w warunkach: na gorąco, na półgorąco lub na zimno (do 0,4 Tm - na zimno , 0.5-0.8 Tm - na gorąco)

Odkształcenie plastyczne - odkształcenie trwałe, nie zanikające po usunięciu obciążeń (obciążenie), które je wywołały.Odkształcenie plastyczne może powstać przez poślizg - przesunięcie jednej części kryształu względem drugiej lub poprzez bliźniakowanie - obrót jednej części kryształu względem drugiej w taki sposób, że obie części kryształu przyjmują symetryczne położenie.

Cele:

-polepszenie własności fizykalnych i mechanicznych przerobionego materiału

-umocnienieodksztalceniowe- wzrost defektów

-podniesienie energii układu

-naprężenia własne-nierównomierność odkształceń

-tekstura odkształceń

-uzyskanie ciągłości włukien

-nadanie skomplikowanego kształtu

2.Wymieniając procesy zachodzące podczas obróbki plastycznej, szczegółowo scharakteryzuj stadium sprężystości w statycznej próbie rozciągania.

Procesy:

1.odkształcenie sprężyste (granica sprężystości Re i umowna granica sprężystości Re0,2)

2.odkształcenie plastyczne(umocnienie materiału, granica palstyczności, wytrzymałością na rozciąganie Rm, szyjka)

3.zerwanie materiału(naprężenia rozrywające Ru)

W poczatkowym etapie rozciagania siła rozciagajaca rosnie proporcjonalnie do wydłużenia, aż do osiagniecia tzw. granicy proporcjonalnosci Rh, która jest granica

stosowalnosci prawa Hooke'a. Nieznacznie powyżej Rh znajduje sie granica spreżystosci Re.

Są to wielkosci teoretyczne. Nie moga byc one wyznaczone w sposób scisły. Definiowane wielkosci bedace odpowiednikiem powyższych, np. okresla sie tzw. umowna granice spreżystosci Re0,2. Po osiągnięciu naprężenia Re, materiał przechodzi w stan plastyczności, a odkształcenie staje się nieodwracalne. Przekroczenie granicy sprężystości, zauważalne w okresie chwilowego braku przyrostu naprężenia, powoduje przejście materiału w stan plastyczny.

3.Wymieniając procesy zachodzące podczas obróbki plastycznej, szczegółowo scharakteryzuj stadium plastyczności w statycznej próbie rozciągania.

Powyżej Rh do Re, czyli do górnej granicy plastycznosci powstajace wydłużenie

jest w przeważajacej czesci spreżyste, jednak ze stopniowo rosnacym udziałem wydłużenia

nieproporcjonalnego (trwałego). Następnie następuje płyniecie materiału próbki. Zjawisko to przebiega nierównomiernie w objetosci próbki. Płyniecie, z punktu widzenia polikrystalicznej struktury materiału, w której wystepuja fazy ferrytu i cementytu, polega na stopniowym niszczeniu siatki cementytu (fazy o wiekszej sztywnosci) i przejmowaniu obciażenia przez ziarna ferrytu. Proces ten sprowadza sie do powstawania

poslizgów w płaszczyznach usytuowanych pod katem 45º do osi próbki. Efektem tego sa widoczne na powierzchni próbki grupy linii, stanowiacych obraz płaszczyzn poślizgów. Poslizgi zachodza przez pewien czas, po którym nastepuje zahamowanie zjawiska, wskutek umocnienia materiału.

Nastepuje ponowny wzrost obciażenia przy dalszym wydłużaniu próbki. W tym etapie nastepuje wyrazne odstepstwo od prawa Hooke'a. Wystepuje tu znaczna przewaga wydłużen trwałych nad

spreżystymi, a tym samym dużemu przyrostowi wydłużenia odpowiada mały przyrost obciażenia.

Dalsze zwiększanie naprężenia powoduje nieliniowy wzrost odkształcenia, aż do momentu wystąpienia zauważalnego, lokalnego przewężenia zwanego szyjką. Naprężenie, w którym pojawia się szyjka, zwane jest wytrzymałością na rozciąganie Rm. Dalsze rozciąganie próbki powoduje jej zerwanie przy naprężeniu rozrywającym Ru.

5.Szczegółowo scharakteryzuj zjawisko umacniania materiałów polikrystalicznych, podaj jego zalety i wady w aspekcie obróbki plastycznej.

Umocnienie materiału-wzrost naprężeń wywołany odkształceniami plastycznymi w fazie plastycznego płynięcia

Początek odkształcenia plastycznego następuje gdy sieła F osiągnie wartość równą wartości A·σ. W miarę wydlużenia próbki sieła F rośnie,a następnie po osiągnięciu max malej. Wydłużenie trwale odpowiadające max wartości siły, nazywamy wydłużeniem równomiernym.Wzrost F zachodzący w zakresie wydłużenia równomiernego jest spowodowany począdkowo bardzo intensywny umocnieniem sie odksztalcanego mat. Umocnienei to z nadwyzką kompensuje ubytek przekroju poprzecznego zachodzący podczas wydłużenia. W tej fazie występuje zjawisko samoczynnego wyrównania odkształceń wzdłóż długości próbki, bardziej odkształcone miejsce jest bardziej wytrzymałe, a wiec mniej podatne na dalsze odkształcenia plastyczne. Skutkiem umocnienia jest zwiększenie własności wytrzymałościowych, kosztem zmniejszenia własności plastycznych.

6.Na czym polega poślizg podczas odkształcenia plastycznego?

Poślizg - przemieszczenie się jednej części kryształu względem drugiej po płaszczyźnie poślizgu.

Poślizg sztywny - zachodzi na całej powierzchni kryształu, a poślizg dyslokacyjny przebiegający przy współudziale dyslokacji ruchliwych, przemieszczającej się w aktywnej części kryształu.

7.Na czym polega bliźniakowanie podczas odkształcenia plastycznego?

Bliźniakowanie - podobnie jak poślizg zachodzi tylko wzdłuż ściśle określonych płaszczyzn zwanych płaszczyznami bliźniakowania. Podczas bliźniakowania, pod działaniem naprężenia stycznego, następuje przesunięcie względem siebie kolejnych warstw atomowych wskutek ruchu poślizgowego części dyslokacji. Zbliźniakowane części kryształu względem płaszczyzny bliźniakowania są identyczne.

Proces bliźniakowania zachodzi najłatwiej w metalach o sieci heksagonalnej (A3) oraz w metalach o mniejszej symetrii sieci. W metalach o sieci typu A2 mechanizm ten ma niewielkie znaczenie, natomiast w metalach o sieci typu A1 bliźniakowanie nie jest spotykane , a występujące w ich strukturze bliźniaki powstają podczas wyżarzania rekrystalizującego.

Ogólnie bliźniakowanie zachodzi, jeżeli nie może nastąpić poślizg.

8.Co to jest rekrystalizacja i w jakich warunkach występuje ?

Rekrystalizacja - proces zachodzący w metalach podczas wyżarzania rekrystalizującego, którego efektem jest odbudowa struktury krystalicznej metalu po zgniocie i przywrócenie mu pierwotnych właściwości fizycznych i mechanicznych. Powstają nowe ziarna o znacznie mniejszj ilości dyslokacji.

Występuje podczas obróbki cieplnej materiałów odkształconych, jest jedna z pierwszych zmian strukturalnych, polegajacych na usunieńciu znieksztalceń sieci krystalicznej spowodowanych poślizgami.Dla żelaza występuje pow temp. 400ºC

9.Po co stosuje się obróbkę plastyczną na gorąco i w jakich warunkach - określ jej wady
i zalety?

Obróbka plastyczna - metoda obróbki metali polegająca na wywieraniu narzędziem na obrabiany materiał nacisku przekraczającego granicę jego plastyczności, mającego na celu trwałą zmianę kształtu i wymiarów obrabianego przedmiotu. Zawsze uzyskuje się poprawę własności mechanicznych. Proces kształtowania może przebiegać w warunkach: na gorąco, na półgorąco lub na zimno (klasyfikacja ta zależy od temperatury rekrystalizacji odkuwki).

Zalety obróbki plastycznej

- Oszczędność materiału - wyroby otrzymywane metodami obróbki plastycznej są wytwarzane masowo. Pozwala to na ograniczenie kosztów jednostkowych i takie dostosowanie linii produkcyjnej aby cena wytwarzania elementów była jak najniższa. Wysoki spadek kosztów produkcji spowodowany jest automatyzacją procesu produkcyjnego.

- Stosunkowo niskie koszty jednostkowe - w przypadku walcowania gwintów jak również elementów uzębionych takich (koła zębate, wielokarby), zauważa się poprawę własności mechanicznych w porównaniu z obróbka skrawania oraz poprawia się gładkości elementów.

- Polepszenie własności fizykalnych i mechanicznych przerobionego materiału.

- Przeróbka plastyczna zachowuje ciągłość włókien, co zapewnia lepsze własności mechaniczne gotowego wyrobu.

- Możliwość nadawania skomplikowanych kształtów, które w innych technologiach są trudne bądź niemożliwe do osiągnięcia.

Wady:

-wysoki koszt narzędzi do tłoczenia

10.Co to jest zdrowienie i jakimi właściwościami charakteryzuje się materiał poddany zdrowieniu po obróbce plastycznej?

Zdrowienie- Pierwsze zmiany strukturalne, polegajace na usunieńciu znieksztalceń sieci krystalicznej spowodowanych poślizgami w stosunkowo niskich temp.Dla żelaza występuje w temp. 300-400ºC. Podczas zdrowienia granice nie ulegają zmianie.

Wyżarzanie zgniecionego metalu w pobliżu tej temperatury powoduje, poza zanikiem naprężeń, zmniejszenie własności wytrzymałościowych i polepszenie własności plastycznych. Po dostatecznie długim okresie wyżarzania w tej temperaturze zgnieciony materiał odzyskuje własności, które miał przed zgniotem - zjawisko powrotu własności w wyniku wyżarzania zgniecionego materiału.

12.Wymień znane Ci rodzaje procesów obróbki plastycznej i scharakteryzuj walcowanie. Ustosunkuj się do pojęć: gniot, poszerzenie, wydłużenie.

Rodzaje procesów obróbki plastycznej:

1.Cięcie

2.Gięcie

3.Kształtowanie wytłoczek:

-.Wytłaczanie

-.Przetłaczanie

-.Wyciąganie

4.Procesy wydłużania

5.Procesy spęczania

6.Wglębianie

Metalurgia Proszków

/wytwarzanie i właściwości proszków metali; formowanie; spiekanie; obróbka spieków; struktura i właściwości spieków/

1. Zgodnie z obowiązującą polską normą, co rozumiesz pod pojęciem metalurgii proszków, podaj ogólną klasyfikację metalurgii proszków?.

Metalurgia Proszków to dziedzina techniki obejmująca wytwarzanie i scalanie proszków o charakterze metalicznym, jak również scalanie ich z proszkami niemetali, bez przeprowadzania całego produktu przez stan ciekły”, przy czym proszek definiuje się jako „materiał sypki o wielkości cząstek do 1mm

Metody wytwarzania proszków dzielimy na 5 podstawowych grup, od których zależny jest kształt proszku, a co za tym idzie własności w późniejszych procesach prasowania i spiekania:

• mechaniczne (mielenie, kruszenie, rozbijanie)

• fizykomechaniczne (rozpylanie, granulacja)

• fizyczne (odparowanie i kondensacja)

• fizyko-chemiczne (redukcja tlenków i innych związków, dysocjacja tlenków i innych związków, samorozpad)

• chemiczne (zol-żel, elektroliza stopionych soli lub roztworów wodnych soli)

2. Na czym polega mechaniczne wytwarzanie proszków z fazy ciekłej i jaką metodą jest realizowane ? Wady i zalety.

Mechaniczne wytwarzanie proszku z fazy ciekłej polega na rozpylaniu wodą, powietrzem lub gazem obojętnym wypływającego z dyszy ciekłego metalu.

Rozypalnie powietrzem stosowana jest metoda RZ -Roheisen-Zunder

Przy rozpylaniu gazu obojętnego stosuje się wysokiej czystości argon.

Zalety:

• Można wytworzyć bardzo drobne proszki

• Proszki mają kształt kulisty

• Proszki cechuje mały stopień utleniania

4. Wymień i scharakteryzuj właściwości technologiczne proszków, wymień inne znane Ci parametry charakteryzujące proszki?

Właściwości technologiczne proszku są bezpośrednio wykorzystywane np. przy konstrukcji matryc, zasypie proszku, określania koniecznego ciśnienia prasowania i warunków spiekania. Należy do nich:

• gęstość nasypowa- oznaczana jako ၲ_nas [g/cm³] - wartość ilorazu masy swobodnie zasypanego proszku wyrażonej w gramach do objętości tego proszku

• gęstość nasypowa z usadem- oznaczana jako ၲ_u [g/cm³] - wartość ilorazu masy proszku do najmniejszej jego objętości, uzyskanej w wyniku wstrząsania

• gęstość teoretyczna- oznaczana jako ၲ_teor [g/cm³] - określa się ją piknometrycznie i praktycznie jest taka sama jak gęstość materiału, z którego wytworzono proszek

• sypkość proszku- oznaczana jako X_p [s] - określa czas przesypywania masy proszku przez lejek o ustalonym kształcie - w praktyce jest to czas przesypywania się 50-gramowej próbki proszku z lejka Halla o średnicy 2,5mm

• zagęszczalność,- jest to podatność proszku do zmniejszania objętości w wyniku prasowania w matrycy

• formowalność- to zdolność proszku do zachowania kształtu w wyniku prasowania w matrycy - oznaczenie formowalności polega na określeniu min. i max. miejscowej gęstości wypraski wykonanej w matrycy

5. Dokonaj podziału proszków ze w/du na kształt ich cząstek. Co to jest średnica ekwipotencjalna.?

Kształt cząstek proszku zależy głównie od stosowanej metody wytwarzania, stąd też określenie kształtu ziaren może, z dużym prawdopodobieństwem, określić jego historię technologiczną (metodę wytwarzania).

Ze względu na kształt cząstek rozróżniamy następujące rodzaje proszków:

• sforoidalne - kuliste lub prawie kuliste cząstki,

• globularne - nieregularne, zaokrąglone

• wielościenne - ostre krawędzie lub płaskie powierzchnie,

• iglaste,

• gąbczaste - nieregularne, porowate,

• granulkowe -nieregularne bryły w przybliżeniu o jednakowych wymiarach,

• dendrytyczne,

• płatkowe.

6. Scharakteryzuj spiekanie proszków w fazie stałej.

Proces spiekania polega na wygrzewaniu sprasowanego proszku w temperaturze niższej niż temperatura topnienia głównego składnika proszku w celu scalenia go w trwałą kształtkę.

• Temperatura spiekania - 0,7-0,8T_m

• Siłą napędową procesu spiekania jest wysoka energia swobodna odkształconych plastycznie cząstek.

• Dążność do zmniejszenia energii swobodnej powoduje, że podczas spiekania następuje zmniejszenie powierzchni cząstek poprzez ich sferoidyzację, wygładzenie powierzchni, tworzenie szyjek i zmniejszenie ilości porów.

• W wyniku tych procesów fizyko-chemicznych następuje zmiana właściwości mechanicznych i fizyko-chemicznych wyprasek

7. Scharakteryzuj spiekanie proszków z udziałem fazy ciekłej.

Spiekanie układów wieloskładnikowych przebiega najczęściej w temperaturze wyższej niż najniższa temperatura topnienia jednego ze składników mieszaniny.

• Obecność fazy ciekłej aktywizuje proces spiekania wskutek zwiększenia ruchliwości atomów.

• Wpływ ten powiększa się ze wzrostem zwilżalności fazy stałej przez fazę ciekłą.

• Faza ciekła w obecności ciśnienia kapilarnego może przyciągać cząstki w przypadku dobrej zwilżalności lub odpychać w przypadku złej zwilżalności.

Proces spiekania z udziałem fazy ciekłej przebiega przez następujące stadia:

• przegrupowanie cząstek fazy stałej przez lepkościowe płynięcie fazy ciekłej

• transport materii przez fazę ciekłą poprzez rozpuszczanie i osadzanie

• spiekanie szkieletu fazy stałej

Spajalnictwo

/budowa i właściwości złącza spawanego; charakterystyka metod spawania; projektowanie połączeń spawanych; wady i metody kontroli jakości złączy spawanych; zgrzewanie i lutowanie/

1. Co to jest spawalnictwo, wymień znane Ci technologie spajania metali i metody spawania?

Spawalnictwo jest dziedziną technologii zajmująca się procesami spajania, otrzymywanie metodami termicznymi połączeń nierozłącznych, trwałych zespolonych, stanowiących całość, i procesami pokrewnymi spajaniu.

Technologie spajania: Spajanie, spawanie, zgrzewanie, lutowanie, klejenie.

Metody spawania: Gazowe, termitowe, elektryczne, promieniami świetlnymi.

2. Co to jest spawanie, scharakteryzuj spawanie gazowe?

Spawanie - cechą charakterystyczną jest utworzenie złącza dwóch lub większej liczby części składowych przez miejscowe doprowadzenie energii cieplnej powodującej ich lokalne stopienie, a następnie zakrzepnięcie, dzięki czemu powstaje spoina.

Spawanie gazowe - (acetylenowo-tlenowe) Źródłem ciepła potrzebnym do stopienia brzegów spawanych metali i materiału dodatkowego jest płomień powstały ze spalania mieszanki acetylenu i tlenu. Temp. płomienia 3160 C, spawanie grubości od 0,4 do 10mm

Niska jakość połączeń, małą wydajność spawania, silnie utleniona strefa wpływu ciepła.

3. Scharakteryzuj acetylen, sposób jego powstawania i warunki przechowywania.

Acetylen - Gaz bezbarwny, palny, lżejszy od powietrza, otrzymywany przez działanie wody na karbid, służy do spawania metali, niekiedy oświetlania.

4. Scharakteryzuj płomień acetylenowo-gazowy.

Temperatura ok. 3160 C, korzystny rozkład ciepła i temp. w pomieniu, ok. 35% całkowitej wartości opałowej mieszanki wydziela się w pierwszej strefie, więc nagrzewanie jest intensywne. Strefa1 (jądro płomienia), strefa2 (redukująca), strefa3 (kita)

Duża wartość opałowa, duża szybkość spalania.

5. Określ uwarunkowania wpływające na spawalność metali, dokonaj podziału stali ze w/du na ich spawalność, w jaki sposób określa się spawalność stali stopowych?

Konstrukcyjne, technologiczne, metalurgiczne. Stale dzielimy na: łatwo i średnio spawalne, trudno spawalne, niespawalne, stopowe.

6. Wymień znane Ci metody spawania elektrycznego, scharakteryzuj spawanie łukowe ręczne łukiem swobodnym, łukiem krytym i pod topikiem.

Metody: Żużlowe, łukowe, elektronowe, laserowe.

Spawanie łukiem krytym - polega na łączeniu elementów przy użyciu metalowej elektrody, która stapiając się w łuku elektrycznym, tworzy razem z nadtopionym metalem spawanym spoinę. Elektrodą jest metalowy pręt o określonej średnicy i długości, pokryty otuliną. Źródłem ciepła do stapiania elektrody i metalu spawanego jest łuk elektryczny o określonym napięciu i natężeniu. Energie do jego jarzenia uzyskuje się ze spawalniczego źródła prądu stałego lub prądu przemiennego. Natężenie prądu dobiera spawacz w zależności od średnicy elektrody, jej gatunku i pozycji spawania. Spawanie zarówno cienkich 1,5 mm jak i grubych elementów, różnych gatunków i rodzajów metali, wszystkich rodzajów złączy w dowolnych pozycjach w warunkach polowych.

Łukiem krytym i pod topnikiem - ciepło łuku elektrycznego topi się drut elektrodowy, metal spawany i topnik który pokrywa obszar spawania. Proces ten jest częściowo lub całkowicie zmechanizowany ponieważ elektroda jest podawana w sposób ciągły ze stałą prędkością lub ulegającą samoregulacji. Źródłem energii może być zasilacz prądu stałego lub przemiennego. Rodzaj topnika dobiera się w zależności od rodzaju metalu spawanego i dokładnie dobiera ze składem chemicznym elektrody topliwej. Wysoka wydajność, duża czystość spoin, mała wadliwość spoin, głębokie wtopienie metalu, niewidoczny łuk, bardzo mała ilość oparów, brak rozprysku stopiwa, mechanizacja procesu.

7. Scharakteryzuj spawanie plazmowe.

Źródłem ciepła potrzebnym do stopienia brzegów łączonych metali i materiału dodatkowego (jeśli taki jest) jest łuk spawalniczy zawężony mechanicznie w dyszy plazmowej głowicy oraz (dodatkowo) przez pole elektromagnetyczne, nazywany łukiem plazmowym. Łuk ten charakteryzuje się dużą gęstością mocy (do 10kW/mm^2), wysoką temperaturą (do 20000 C), prawie kolumnowym kształtem zapewniającym niewielkie zmiany gęstości mocy nawet przy dużych zmianach odległości palnika od przedmiotu. Stosuje się dwie metody spawania plazmowego: plazmowe TIG, plazmowe MIG. Rozróżnia się dwie odmiany spawania: łukiem zależnym i niezależnym

8. Wymień i scharakteryzuj znane Ci problemy związane z krystalizacją złącz spawanych, zdefiniuj pojęcia krystalizacji pierwotnej i wtórnej oraz towarzyszące im przemiany strukturalne w strefie oddziaływania ciepła.

Pękanie na gorąco - występuje przeważnie w spoinie tam gdzie temp. jest na tyle wysoka, że współistnieje faza stała i ciekła, pęknięcia mają przebieg międzykrystaliczny i powstają najczęściej w stalach wysokostopowych i metalach nieżelaznych. Pękanie te jest związane z pierwotną krystalizacją jeziorka metalu i dużym skurczem termicznym metalu, który powoduje odkształcenia plastyczne i naprężenia.

Krystalizacja pierwotna - obejmuje powstawanie zarodków nowych ziaren i ich wzrost do momentu odzyskania wyjściowej mikrostruktury.

Krystalizacja wtórna - uznawana jest jako zjawisko niekorzystne. Jest to proces wysokotemperaturowy gwałtownego wzrostu niektórych ziaren. Tego typu struktura pogarsza głównie właściwości wytrzymałości metali i stopów poprzez koncentracje naprężeń w obszarach na pograniczu większych ziaren.

9. Na czym polega proces technologiczny lutowania co to jest lutowność?

Lutowanie - jest procesem za pomocą materiału dodatkowego zwanego lutem, który jest inny niż materiały łączone. Złącze lutowane powstaje wówczas, gdy pod wpływem doprowadzonego ciepła topi się lut i zwilża powierzchnie łączone części, które pozostając w stanie stałym. Lutowanie dzieli się na miękkie (poniżej 450 C) i twarde (powyżej 450).

Lutowność - własność technologiczna materiału określająca jego zdolność do tworzenia złącz lutowanych.

10. Wymień i scharakteryzuj etapy i mechanizmy tworzenia się złącza lutowanego.

-zwilżanie ciekłym lutem powierzchni materiału rodzimego,

-rozpływanie się lutu na powierzchniach łączonych materiałów,

-kapilarne wnikanie lutu w szczeliny połączenia i mikronierówności powierzchni
-dyfuzja i tworzenie się roztworów z metalem podstawowy

-krystalizacja lutu

11. Scharakteryzuj zjawisko zwilżania powierzchni metali przez ciekły lut, co to jest stopień zwilżania i co jest jego miarą?

Zwilżalność - jest to zdolność pokrywania powierzchni materiału lutowanego cienką, równomierną i nieprzerwaną warstewką lutu. Miarą zwilżalności jest wartość tzw. kąta zwilżenia, jaki tworzy powierzchnia ciekłego lutu z powierzchnią metalu lutowanego.

12. Co rozumiesz pod pojęciem włoskowatości i lejności lutów?

Włoskowatość (kapilarność) - decyduje o wnikaniu lutowia w głąb szczeliny, zjawisko zapewniające szczelne wypełnienie lutem przestrzeni między powierzchniami lutowanymi.

13. Wymień czynniki wpływające na budowę złącza lutowanego.

-skład chemiczny lutu i metalu lutowanego

-temperatura procesu

-ochrona złącza przed utlenianiem

-wielkość szczeliny między łączonymi powierzchniami

-czystość łączonych powierzchni

-metoda lutowania

14. Scharakteryzuj własności dobrego lutu, wymień przypadki mogące wystąpić w procesie tworzenia się złącza lutowanego.

Lut powinien wykazywać powinowactwo metalurgiczne z materiałem łączonym, najlepiej tworzyć z nim roztwór stały lub związek międzymetaliczny. Zakres krystalizacji lutu powinien być możliwie jak najwęższy. Im szerszy zakres tym gorsza jest rozpływność i rzadkopłynność, a przez to jest utrudnione wnikanie w szczelinę. Najkorzystniejsze są stopy eutektyczne i niektóre czyste metale.

15. Określ rodzaje lutowania i zakresy stosowanej temperatury, scharakteryzuj lutowanie miękkie.

Miękkie (poniżej 450 C)

Twarde (powyżej 450 C

16. Wymień i scharakteryzuj luty miękkie.

Charakteryzują się niską temp. topnienia oraz niską wytrzymałością i twardością, wykazują na ogół znaczną plastyczność oraz dobrą zwilżalność powierzchni. Luty: cynowe, ołowiowe, cynkowe, kadmowe, bizmutowe, indowe, galowe.

17. Wymień i scharakteryzuj luty twarde.

Charakteryzują się wyższą temp. topnienia (450 - 2000 C) niż lutu miękkie i wyższą wytrzymałością dochodzącą do 800 MPa. Luty: aluminiowe, srebrne, miedziano-fosforowe, miedziane, niklowe, kobaltowe, złote, luty z palladem.

18. Wymień i scharakteryzuj niekorzystne zjawiska towarzyszące lutowaniu i określ rolę topników.

Niekorzystnym zjawiskiem jest tworzenie się trudnotopliwych związków niemetalicznych (tlenków) na powierzchni łączonych elementów i stopionego lutu.

Rolą topników jest rozpuszczanie i usunięcie trudnotopliwych związków niemetalicznych
z łączonych powierzchni i ciekłego lutu oraz ochrona lutowanego złącza przed działaniem gazów atmosferycznych, jak również poprawa zwilżalności poprzez zmniejszenie napięcia powierzchniowego ciekłych lutów.

19. Wymień i scharakteryzuj topniki do lutowania miękkiego.

Chemicznie aktywne stosowane jako roztwory wodne lub alkoholowe

-Chlorki (cynku, amonu, potasu)

-Kwasy (solny, ortofosforowy)

Chemicznie nieaktywne (bezkwasowe) nie wywołujące korozji, oparte na kalafonii i tłuszczach zwierzęcych.

20. Wymień i scharakteryzuj topniki do lutowania twardego.

Boraks (Na2B4O7 x 10H2O) - stosowany do lutowania prawie wszystkich metali, których Tc jest wyższa od 741oC, (t.j. temperatury topnienia boraksu)

21. Scharakteryzuj uwarunkowania technologiczne lutowania w aspekcie wytrzymałości złącza.

----

22. Co to jest zabielanie i czym się wykonuje, wymień znane Ci metody lutowania?

Zabielanie - stosuje się dla metali pokrywających się trudno topliwymi tlenkami i ma na celu zabezpieczenia przed utlenieniem oczyszczonej powierzchni oraz polepszenie zwilżalności i rozpuszczalności lutów.

Metody lutowania - lutownica, gazowe, piecowe, kąpielowe, oporowe, indukcyjne,

ultradźwiękowe, chemiczne za pomocą topników reakcyjnych i stopów galu, lutowanie pocieraniem (dla stopów Al)

23. Co to jest lutospawanie?

-----

24. Zdefiniuj proces zgrzewania, określ charakter połączenia otrzymanego złącza.

Proces cieplny termicznego spajania metali (bez użycia materiału dodatkowego), polegający na nagrzaniu metali w miejscu ich styku do stanu plastycznego (lub nawet ciekłego) oraz wywarcia silnego docisku na łączone elementy.

Docisk jest warunkiem koniecznym dla uzyskania połączenia niezależnie od metody zgrzewania, która zależy od:
-rodzaju energii użytej do nagrzewania
-sposobu jej doprowadzenia do m-ca styku elementów
-sposobu wywarcia docisku

W wyniku nagrzania i silnego docisku zachodzą procesy dyfuzyjne powodujące zrastanie się ziaren metalu w m-cu styku i trwałe połączenie części.

Technologia inżynierii powierzchni

/budowa i właściwości warstw powierzchniowych (WP), techniki wytwarzania warstw wierzchnich, techniki wytwarzania powłok,
badanie jakości warstw powierzchniowych/

1. Co rozumiemy pod pojęciem warstwy powierzchniowej, zdefiniować ww wykazać różnice pomiędzy technologiczną i eksploatacyjna ww.

• Warstwa powierzchniowa ma inne właściwości (lepsze) niż rdzeń (podłoże)

- antykorozyjne, antyzmęczeniowe, antyścierne, dekoracyjno optyczne, termofizyczne, elektryczne, magnetyczne, adhezyjne, ablacyjne, pasywujące, dyfuzyjne.

• Warstwa wierzchnia(ww) - warstwa materiału ograniczona rzeczywistą powierzchnią, obejmująca tę powierzchnie oraz cześć materiału w głąb od powierzchni rzeczywistej, która wykazuje zmienione cechy fizyczne w stosunku cech tego materiału w głębi przedmiotu w wyniku wymuszeń zewnętrznych: nacisku, temperatury, czynników chemicznych, elektrycznych i innych. Jest to tzw. techniczna ww.

• Techniczne ww - wytwarzane w wyniku stosowania różnych technologii ich wytwarzania pogrupowanych w 6 obszarach: -mechaniczne

- cieplno - mechaniczne

- cieplno chemiczne

- elektrochemiczne i chemiczne

- fizyczne

• Eksploatacyjne - powstają w wyniku użytkowania warstw technologicznych w warunkach naturalnych lub sztucznych.

2. Co to jest efekt Rebindera?

Wzrost ciśnienia na ścianki mikroszczelin substancji powierzchniowo-aktywnych przenikających do ww i powstawanie mikronieciącłości ( pękania szczeliny) tzw. efekt Rebindera.

3. Co to jest warstwa Bailby'ego? I co jest powodem jej powstawania?

Na powierzchni warstw zniszczonych kryształów nazywanych warstwą Bailby'ego lub warstwą powierzchniową.

4. Co to jest absorpcja i jakie ma znaczenie w inżynierii powierzchniowej?

Absorpcja proces fizykochemiczny przenikania mas polegający na pochłanianiu składnika (zwykle mieszaniny gazu zwanego absorbatem, przez ciecz lub ciało stałe

- absorbent: równomiernym rozpuszczaniu w całej masie absorbentu.

5. Co to jest adsorpcja, jakie znasz jej rodzaje jaką rolę w zjawisku adsorpcji odgrywa ww?

Adsorpcja - proces fizykochemiczny przyciągania substancji (gazów, par, ciał stałych rozpuszczanych w roztworze jonów i cieczy) i gromadzenia się jej na powierzchni ciał stałych i cieczy na granicy dwóch faz.

Większą adsorpcją odznaczają się ciała o rozwiniętej powierzchni (porowate, chropowane) a niżeli gładkie.

Adsorpcja

- statyczna

- dynamiczna

6. Co to jest dyfuzja i jakie znasz jej rodzaje, jakie znaczenie odgrywa dyfuzja w inżynierii powierzchni?

DYFUZJA - polega na przenoszeniu cząsteczek jednej substancji względem cząsteczek drugiej, wewnątrz tej samej fazy(gazowej, ciekłej, stałej) ze względu na występujące w niej gradienty wywołany bezładnym ruchem cieplnych atomów.

• Rodzaje dyfuzji

- w stanie stałym

sieciowa (zachodząca w kryształach zawierających wakansy i dyslokacje ) dyslokacyjna

powierzchniowa (zachodząca na swobodnej powierzchni kryształu

- dyslokacyjna

- w stanie gazowym.

Wodór ze względu na prostą budowę, łatwo wnika do wnętrza materii tworząc związki chemiczne (wodorki) lub „fizyczne” roztwór → zjawisko korozji wodorowej.

7. Scharakteryzuj ogólne wiązania chemiczne.

Wiązania chemiczne

- kowalencyjne

- jonowe

- kowalencyjno jonowe

- metaliczne

- wodorowe

8. Czy wiązania kowalencyjne są wiązaniami chemicznymi, scharakteryzuj je.

Atomy związane kowalencyjnie mają wspólne elektrony.-chemiczne

9. Czy wiązania jonowe są wiązaniami chemicznymi? Scharakteryzuj je.

Dwa etapy powstawania wiązań:

Przejście elektronu z jednego atomu do drugiego =>powstanie jonów „+” i „-”.Wiązanie jonowe jest stabilne jeśli energia potrzebna do jego zerwania jest większa niż energia wyzwolona przy powrocie elektronu.

Wiązanie chemiczne

10. Czy wiązania metaliczne są wiązaniami chemicznymi, co o nich wiesz, wymień teorie im towarzyszące, scharakteryzuj jedną z nich.

Wiązania metaliczne jonów dodatnich a gazem elektronowym utrzymuje metal w całości

• Duża przewodność ciepła i elektryczna dzięki ruchliwości swobodnych elektronów

• O kolektywnym charakterze oddziaływania świadczą:

- możliwość zginania i rozciągania, tworzenia stopów o dość dowolnych proporcjach.

Wiązanie chemiczne.

11. Czy wiązania van der Waalsa są wiązaniami chemicznymi, co o nich wiesz?

Są to siły pomiędzy dipolami elektrycznymi stałymi albo indukowanymi czy chwilowymi (zmiany w czasie rozkładu ładunku w cząsteczce). Wiązania takie są słabsze, ich energia wiązania 1% energii wiązań jonowych: kowalencyjnych

Nie są wiązaniami chemicznymi

12. Scharakteryzuj wiązania elektrostatyczne

Istotą tego wiązania jest elektrostatyczne oddziaływanie między jonami o różnoimiennym ładunku. Wiązanie to powstaje najczęściej między metalem a niemetalem.

13. Co to jest adhezja? Podaj znane ci definicje

ADHEZJA - zjawisko powierzchniowe polegające na silnym łączeniu (szczepieniu) warstw powierzchniowych stykających się ciał (stałych lub ciekłych) wskutek oddziaływania międzyatomowego.

14. Wymień i scharakteryzuj znane ci metody pomiaru wytrzymałości adhezyjnej.

Badanie polega na rozrywaniu, które wykonuje się na maszynie FPZ 100. w badaniu używa się kleju, który ma określone właściwości wytrzymałościowe w MPa

15. Wymień przyczyny degradacji powierzchniowych warstw ochronnych, charakteryzując jednocześnie skutki mające wpływ na właściwości układu powłoka podłoże.

……?

16. Wymień i scharakteryzuj najczęściej spotykane metody fizycznego nanoszenia powłok(PVD implantacja jonów)

Fizyczne nanoszenie par metali lub jonów PVD

- doprowadzenie materiału powłokowego ( trudnotopliwego metalu, materiału na osnowie faz międzymetalicznych lub związków metali np. azotków, węglików, borków, krzemków, tlenków) do stanu pary i osadzenia go przez:

- napylanie

- naparowanie

- rozpylanie

na powierzchni materiału podłoża

- zimnego

- lekko nagrzanego

Implantacja jonów metali i niemetali.

- jonizacja par metali lub gazu i przyspieszenia jonów dodatnich za pomocą pola elektrycznego do takiej prędkości, przy której energia kinetyczna jonu wystarcza do jego wniknięcia w implantowany materiał na głębokość kilku lub więcej warstw atomowych (tzw. inplantacja jonów wtórnych).

17. Scharakteryzować metodę EBPVD oraz powłoki typ MCrALY otrzymane tą metodą, podaj co najmniej 5 rodzajów tych powłok i przykładów ich zastosowania.

EBPVD - odparowanie przy pomocy wiązki elektronów materiału pokrycia wprowadzonego do przestrzeni redukcyjnej.

Cały proces odbywa się pod małym ciśnieniem

Powłoki MCrAlY charakteryzuje:

- dobra plastyczność

- stabilność w podwyższonej temperaturze

- odporność na korozję siarkową

CoCrAlY - odporność na korozję oraz utlenianie dla stopów Ni i Co do temp. 1166˚C

NiCrAlY - odporność na utlenianie stopów na bazie niklu do temp. 1166˚C

NiCoCrAlY -

CoNiCrAlY

FeCrAlY -

18. Scharakteryzuj powłoki typu DUPLEX oraz jedną z wybranych metod ich nanoszenia.

Najnowsze powłoki mają bardziej złożone składy oparte na systemie wielowarstwowym.

MCrAlX →DUPLEX

M = Fe, Ni i /lub Co

X = itr, Si, Ta, Hf

Struktura powłoki MCrAlX

• Warstwa zewnętrzna z umocnioną strefą tlenków

- niedopuszczalne występowanie porów

- pożądane jest występowanie struktury dendrytycznej lub ziaren kolumnowych obniżających właściwości mechaniczne powłoki

• Warstwa dyfuzyjna łącząca warstwę zewnętrzną z materiałem podłoża tzw. międzywarstwowa.

19. Scharakteryzuj powłoki typu TBCs oraz jedną z wybranych metod ich nanoszenia.

TBCs - (Thermal Barier Coatings)

Stosowana na tzw. „ gorące elementy” narażone na bardzo silne oddziaływanie temperatury np: - wytwarzanie powierzchni palników plazmowych

- najbardziej obciążone cieplnie (strumieniem gorących spalin) elementy silników lotniczych

- strefy komór spalania

- łopatki wieńca dyszowego

Trendem jest TBCs ( ceramiczne) nakładanie na międzywarstwy

- Ni-AL.

- powłoki typu MCrALX

20. Scharakteryzować metodę CVD osadzania powłok.

Metoda CVD- chemiczne osadzanie z fazy gazowej w próżni. Do komory w której zachodzi proces wprowadza się gazy, które rozpadają się termicznie (dysocjacja). Temp procesu jest wysoka (800-1400 C). Powstają pierwiastki, które łączą się (jeden pierwiastek z jednego związku z drugim z innego związku), na powierzchni kondensują się związki poprzez reakcje chemiczne, pierwiastki z atmosfery wiążą się z pierwiastkami z podłoża. Grubość warstwy CVD do 20 μm. Duże ograniczenie to wysoka temp procesu. Otrzymuje się tylko powłoki na węglikach spiekanych, uzyskuje się bardzo twarde powłoki, odporne na ścieranie, zużycie przy tarciu. Najczęstsze powłoki: TiC, TiN, Al₂O₃, Si₃N₄ lub gradientowe TiC—Ti(C,N)--TiN. Źródłami metali są halogenki metali (chromki, borki). Kierunki rozwoju tej technologii

-obniżenie temp reakcji poprzez oddziaływanie plazma, PACVD- aktywacja plazmą

-tworzenia pokryć wielowarstwowych i kompozytowych.

21. Na podstawie znanych ci przykładów scharakteryzuj powierzchniowe powłoki natryskiwanych cieplnie wymieniając jednocześnie wykorzystywane powszechnie przemysłowe metody natryskiwania cieplnego.

Powłoki natryskiwane cieplnie mają zastosowanie w:

- technice jądrowej

- energetyce

- motoryzacji

- lotnictwie

- kosmonautyce

- technice zbrojeniowejg

Most Pierre Laport w Quebek - z powłoką cynkową otrzymaną metalizacji warstwowej.

Platformy wiertnicze na Morzu Północnym - natryskiwane cieplnie AL.

Powszechnie wykorzystywane metody:

- metoda gazowo płomieniowa

- natryskiwanie łukowe

- natryskiwanie plazmowe VPS i LPPS

- naddźwiękowe nanoszenie paliwowo - tlenowe HVOF.

22. Jakimi wspólnymi cechami charakteryzują się metody gazotermiczne nakładania powłok.

a) gazowo - płomieniowa

b) natryskiwania łukowego

c) natryskiwania plazmowego (APS)

d) natryskiwania plazmowego (VPS i LPPS)

e) HVOF

f) DGS

wspólną cechą wszystkich metod gazowotermicznych jest nagrzewanie cząstek metali do określonej temperatury i nadawanie im odpowiedniej prędkości zapewniającej formowanie powłoki procesu zderzenia z podłożem.

a) W metodzie gazowo - płomieniowej wykorzystuje się zjawiska towarzyszące spalaniu gazów roboczych (acetylenu, wodoru, propan-butan, metan, gaz ziemny) w tlenie lub powietrzu w celu roztopienia materiału tworzącego powłokę. Materiał może być podawany w formie:

- proszku

- drutu

- pręta.

• Temperatura produktów spalania 2000-3000˚C przy udziale tlenu

• Prędkość wypływu gazów tworzących płomień V = (150-160)m/s

• Prędkość uplastycznionych cząstek proszku Vcz = (20-80)m/s

Zalety

- prosta konstrukcja przenośnych lekkich urządzeń spalania

- wysoka wydajność procesu

- możliwość otrzymywania powłoki z substancji, których Tm nie przekracza 3000˚C bez ich rozkładu

- względnie niski poziom chaosu

- niewielki koszt

Wady

- względnie słaba wytrzymałość adhezyjna powłoki (5-25)MPa

- wysoka porowatość

- mały stopień wykorzystania energii płomienia do nagrzania materiałów powłokowych

- nie można wżywać proszków z materiałów wysokotopliwych

Zastosowanie

Ochrona przed korozją konstrukcji i części ( np. mostów, platform wiertniczych, butli z ciekłym paliwem gazowym.

b) W natryskiwaniu łukowym ( Arc Spraying Process) czynnikiem grzewczym jest łuk elektryczny występujący między dwiema elektrodami.

W metodzie łukowej, ze względu na wyższy stopień koncentracji łuku elektrycznego dopuszczalnymi i przeważnie stosowanymi materiałami są powłokowymi są druty:

• z jednolitych metali i stopów

• kompozytowe

- z udziałem faz międzymetalicznych z kładu NiAL

- złożone z tzw. rdzenia i płaszcza np. (rdzeń WC-WZC w płaszczu Co)

Podstawowe parametry

- drut (2-5) mm

- prędkość cząstek proszku Vcz =(do 150)m/s

- temperatura łuku elektrycznego 6100˚C przy 280A

- porowatość powłok 10-20%

- uzyskiwana grubość (100-1500) µm

Zalety

- powłoki gęstsze: wytrzymalsze od powłok natryskiwanych płomieniowo

- możliwość pokrycia dużych powierzchni

- niskie koszty wytwarzania przy zadowalającej jakości powłok.

Wady

- konieczność stosowania drutów przewodzących prąd elektryczny

- stosowanie odrębnych źródeł ciepła potrzebnego do ogrzania podłoża

Zastosowanie

- pokrycia antykorozyjne z cynku, aluminium (również dużych elementów)

- regeneracja zużytych części maszyn

- wysoka odporność na właściwości trybologiczne.

c) metalizacja warstwowa technika plazmowa jest jedną z nowszych metod wytwarzania powłok, charakteryzuje się największym stopniem koncentracji energii: APS (Atmosferic Plasma Sparing) jest wykorzystywana w normalnych warunkach atmosferycznych lub atmosferze gazu obojętnego - argonu.

Metalizacja natryskowa technika plazmowa

• plazma wykorzystywana w plazmotronie

- łukowym

- indukcyjnym

- mikrofalowym

• struga plazmy o wysokich wartościach

- entalpii

- temperatury (5000-55000)˚C.

- prędkość (1000-1500)m/s

• do strugi plazmy wypływającej z dyszy wprowadza się proszek

- proszek ulega stopieniu ( nadtopieniu)

- z dużą prędkością uderza w podłoże tworząc powłokę

Zalety

- możliwość stosowania dowolnych gazów do wytwarzania plazmy np. argon, hel,

- możliwość stosowania powłok z proszków jak i drutów trudnotopliwych, niskostopowych, które nie ulegają sublimacji

- precyzyjne sterowanie parametrami

- przy odpowiednich parametrach nikłe oddziaływanie T na materiał podłoża

- metalizacja dużych obiektów bez demontażu

- wysoka wydajność

-lepsza jakość powłoki od metody plomieniowej i łukowej

Wady

- wysoki koszt plazmotronów

- wysoki poziom hałasu podczas pracy (do130)dB

- stosunkowo wysoka złożoność procesu natryskiwania

- dla każdego przypadku musi być dobrana odpowiednia technologia i odpowiedni zestaw materiału powłokowego.

d) Natryskiwanie plazmowe VPS i LPPS wykonuje się w komorach próżniowych. Uzyskiwane powłoki są:

- wolne od tlenków

- o znikomej porowatości

- wysokiej wytrzymałości adhezyjnej

Metoda VPS

- prędkość cząstek proszku do 800 m/s

- bardzo dobra wytrzymałość adhezyjna powłok (do 80MPa)

- niska porowatość (0,5-1%)

- temperatura natryskiwanych elementów mai przekracza 140˚C

Metoda LPPS

Strumień plazmy przy obniżonym ciśnieniu ok.(5·10³ ) Pa w atmosferze

- argonu

- helu lub

- argonu i helu

Wysoka jednorodność

- temperatury

- ciśnienia

Powłoki MCrALX natryskiwane metodąLPPS = wysoka jakość

- gęste

- jednorodne

- drobnoziarniste

- niskie ściskające naprężenie własne

- b. dobra wytrzymałość adhezyjna powłoki.

e) Naddźwiękowe nanoszenie polinowo-tlenowe HVOF (High Velocity Oxy-Fuel)

Podstawowy podział urządzeń do natryskiwania metodą HVOF ze względu na:

- geometrię

- system chłodzenia

- rodzaj dysz naddźwiękowych, które w głównej mierze decydują o sposobie i parametrach i sposobie i parametrach procesu natryskiwania

Wspólne cechy to:

- komora spalania

- podobne mechanizmy (przyspieszanie i nagrzewanie cząstek proszku)

W metodzie HVOF następuje ciągłe spalanie mieszanki paliwowo-tlenowej (np. propan-butan z tlenem) , która pod wysokim ciśnieniem (0,1 - 1) MPa dostarczana jest do komory spalania

W wyniku spalania wysokotemperaturowy strumień gazu przepływa przez dyszę

zbieżno-rozbieżną staje się strumieniem naddźwiękowym, który porywa cząsteczki proszku powłokowego.

Podstawowe parametry:

- prędkość cząsteczek proszku dochodzi do 1550m/s

- bardzo dobra wytrzymałość adhezyjna powłoki (powyżej 80MPa)

- niska porowatość (0,1-1%)

Możliwość wytwarzania kompozytowych powłok ma bazie faz międzymetalicznych

Wady:

- konieczność zachowania ciągłego spalania powoduje zużycie dużych ilości gazów

- powoduje nagrzewanie się podłoża co może prowadzić do zmian składu chemicznego

- wysokie temperatury wymuszają konieczność stosowania specjalnego systemu chłodzenia

- intensywne zużywanie dysz naddzwięko0wych

f) DGS (Detonation Gas Spraying)

W skali przemysłowej stosowane działo detonacyjne może być używanedo 15000 godzin co daje 5 lat eksploatacji bez wymiany żadnego z głównych elementów konstrukcyjnych.

Wytwarzanie i Obróbka Materiałów Ceramicznych

/wytwarzanie proszków ceramicznych; techniki formowania wyrobów; metody wypalania; obróbka ubytkowa; metody łączenia/

1. Kiedy i jakie tworzywo jako pierwsze człowiek całkowicie przekształcił wskutek obróbki cieplnej? Podać czas, miejsce, nazwę tworzywa jego elementy składowe i proces technologiczny wytwarzania.

Ceramika porowata - ok. 26000 lat p.n.e na terenie Czech, powstała z gliny i lessu pod wpływem żaru z ogniska

2. Co nazywamy ceramiką, z jakich składników jest produkowana, wymień znane Ci tradycyjne wyroby produkowane z ceramiki?

Ceramika - są to minerały nieorganiczne o jonowych i kowalencyjnych wiązaniach atomów, trwale zespolonych, stanowiących jedną całość dwóch lub więcej elementów

Tradycyjne wyroby:

- kamionka

- porcelana

- fajans

- dachówka

- cegły

3. Jakimi właściwościami mechanicznymi charakteryzuje się ceramika?

Wysoka temperatura topnienia, duża odporność chemiczna, brak plastyczności, duża twardość, dobra wytrzymałość na ściskanie, mała wytrzymałość na rozciąganie

4. Co to są cermetale?

Cermetale złożone są z drobnych cząstek krystalicznych, np. węglików lub azotków równomiernie rozmieszczonych w osnowie metali lub ich stopów stanowiących fazę wiążącą, o udziale masowym 5÷15%

5. Scharakteryzuj charakterystyczne właściwości węglików spiekanych.

Wysoka odporność na ścieranie, wysoka twardość, bardzo duża wytrzymałość na ściskanie, , dobre własności skrawne, zachowują swoje właściwości do 1000^oC, kruche. Stosowane głownie na nakładki narzędzi używanych do obróbki wiórowej, a także na ostrza świdrów i narzędzi górniczych, narzędzia do obróbki plastycznej i inne narzędzia lub elementy o dużej twardości i odporności na ścieranie

6. Jakie znasz współczesne odmiany ceramiki, w jaki sposób wytwarza się węgliki spiekane?

Cermetale, pyroceramika, tlenek glinu Al₂O₃, azotek krzemu Si₃N₄, tlenek cyrkonu ZrO₂

Węgliki spiekane wytwarzane są metodami metalurgii proszków

---