• Wyjaśnij dlaczego metale i stopy o sieci regularnej ściennie centrowanej (RSC) są bardziej plastyczne niż te o sieci heksagonalnej zwartej (HZ).
  Metale o sieci RSC są bardziej plastyczne niż metale o sieci HZ, ponieważ mają one więcej systemów poślizgów. RSC ma ich aż 12, natomiast HZ tylko 2.

• Który spośród stopów metali A- o sieci RSC, czy B- o sieci HZ, nadaje się do kształtowania metodą odlewniczą, a który metodą obróbki plastycznej i dlaczego?
  Stopy metali A, o budowie sieci RSC nadają się do obróbki plastycznej, natomiast stopy metali B, o budowie sieci HZ tylko do kształtowania metodą odlewniczą. Jest tak dlatego, że sieci RSC mają aż 12 systemów poślizgów, co czyni je bardziej plastycznymi, natomiast sieci HZ, mają ich tylko 2.

• Podaj klasyfikację defektów sieci krystalicznej i wskaż, które z nich są odpowiedzialne za odkształcenie plastyczne.
  Klasyfikacja defektów sieci krystalicznej :
  -defekty płaskie (granice ziaren);
  -defekty punktowe (wakanse);
  -defekty objętościowe;
  -defekty liniowe : krawędziowe, śrubowe i mieszane (dyslokacje).
  Za odkształcenia plastyczne odpowiedzialne są defekty liniowe. Płaszczyzny się „ślizgają” i powstają odkształcenia plastyczne.

• Co rozumiesz przez sztywność materiałów? Który z materiałów stal czy guma jest bardziej sprężysty i dlaczego?
  Sztywność (sprężystość) - jest to odporność materiału na zmianę kształtu w obszarze odkształceń plastycznych, czyli takich które następują po usunięciu naprężenia.
  Materiałem bardziej sprężystym jest stal, ponieważ ma ona większy moduł sprężystości Young'a, który to właśnie decyduje o sprężystości materiałów.

• Czy, a jeśli tak to w jaki sposób możemy znacząco zmienić moduł sprężystości materiałów krystalicznych?
  Nie możemy zmienić modułu sprężystości, bo ten zależy od siły wiązań między atomami oraz gęstości wiązań przypadających na jednostkę powierzchni, a tego nie możemy zmienić( nie mamy na to wpływu). Moduł sprężystości jest to stała materiałowa.

• Na czym polega ogólna zasada umacniania materiałów metalowych?
  Zasada umacniania materiałów metalowych, polega na blokowaniu ruchu dyslokacji.

• Która z identycznych próbek wykonanych z tego samego metalu (np. Al): A - o wielkości ziarna 10um, czy B - o wielkości ziarna 1mm będzie wykazywać większe własności wytrzymałościowe i dlaczego (10um=0,01mm) ?
  Im wielkość ziarna jest mniejsza, tym granice ziaren występują w większej ilości. Granice ziaren są naturalną blokadą dla ruchu dyslokacji, a im mniej ruchów dyslokacji występuje, tym materiał jest twardszy. Dlatego też, większe własności wytrzymałościowe, będzie wykazywać próbka A, o mniejszej wielkości ziarna - 10um.

• Co to jest roztwór stały międzywęzłowy, a co różnowęzłowy?
  Roztwór stały międzywęzłowy to taki roztwór w którym atomy po rozpuszczeniu zajmują miejsca w lukach między atomami węzłowymi. Natomiast roztwór stały różnowęzłowy charakteryzuje się tym, że atomy lokują się w węzłach sieci rozpuszczalnika.

• Dany jest metal o temperaturze topnienia 327°C. Czy można umocnić go przez zgniot na zimno? Uzasadnij odpowiedź.
  Zamiana na Kelwiny 327^oC+273=600K
  Temp. rekrystalizacji w przybliżeniu 0,3-0,4 - 600K * 0,3 = 180
  Odejmujemy 273 ^oC - 180-273 = -93
  Nie możemy umocnić metalu o temperaturze 327^oC przez zgniot na zimno, ponieważ reakcja zachodzi w ujemnych temperaturach.

• Opisz krótko (lub zilustruj w tabeli) co dzieje się podczas ogrzewania metalu uprzednio odkształconego przez zgniot na zimno?
  
  
  

• Dlaczego odbudowa struktury stopów odkształconych przez zgniot na zimno zachodzi zwykle w wyższej temperaturze niż w czystych metalach?
  Odbudowie struktury towarzyszy ruch dyslokacji , bardziej utrudniony, im więcej przeszkód napotyka na swojej drodze. Temperatura rekrystalizacji zależy również od struktury metali. Struktura stopów posiada dużo więcej defektów (przeszkód) niż struktura metali czystych i przez to temperatura odbudowy struktury musi być większa.

• Dlaczego możemy z pewnym przybliżeniem wnioskować o granicy plastyczności na podstawie wyniku badania twardości?
  Łatwo zauważyć, że twardość musi być związana z plastycznością, ponieważ aby zbadać twardość stali musimy odkształcić ją plastycznie (ślad odcisku wgłębnika), a w dodatku w każdym punkcie twardość może się nieznacznie różnić. Twardość nie jest też stałą materiałową.

• Które z tworzyw metalowych A-o sieci RSC, B - o sieci HZ jest bardziej podatne na umocnienie odkształceniowe (przez zgniot na zimno)?
  Tworzywa metalowe o sieci HZ, nadają się tylko do kształtowania metodą odlewniczą, ponieważ mają tylko 2 systemy poślizgowe. Tworzywa metalowe o budowie sieci RSC mają aż 12 systemów poślizgowych i lepiej blokują ruch dyslokacji, tak więc to właśnie tworzywo A jest bardziej podatne na umocnienie odkształceniowe.

• Co to jest zmęczenie materiału i czym charakteryzuje się powierzchnia przełomu zmęczeniowego w skali makro- i mikroskopowej ?
  Zmęczenie materiału to utrata zdolności do przenoszenia obciążeń. W skali makroskopowej widać ognisko zmęczeniowe, natomiast w skali mikroskopowej widać prążki.

• Która z próbek, A-o gładkiej powierzchni czy B - o powierzchni chropowatej, wykonanych z tego samego materiału jest bardziej odporna na zniszczenie wskutek zmęczenia lub obciążenia udarowego?
  Chropowata powierzchnia będzie powodowała szybsze zmęczenie lub obciążenie udarowe, ponieważ wszystkie nierówności są koncentratorami naprężeń lokalnych. Tak więc, próbka A jest bardziej odporna na wyżej wymienione czynniki.

• Co rozumiesz przez temperaturę przejścia w stan kruchy - próg kruchości w tworzywach metalowych o sieci RPC? Czy z punktu widzenia eksploatacji wykonanego zeń elementu, zmieniającej się od -40°C do +50°C byłoby lepiej gdy będzie ona wyższa czy niższa?
  Próg kruchości to temp od której materiał traci swoje właściwości plastyczne. Byłoby lepiej gdyby temperatura ta była niższa, ponieważ poniżej temp kruchości metal jest kruchy, a powyżej bardziej plastyczny.
  Przykład łopatologiczny:
  „Im zimniej tym metal jest bardziej kruchy dlatego najpierw zamrażasz np. kłudke jak chcesz ją łomem rozdupczyć…”

• Jaki jest zasadniczy cel obróbki cieplnej zwanej wyżarzaniem. Co znaczy termin, że wyżarzanie stali należy do grupy obróbki cieplnej z przemianą albo bez przemiany fazowej? Podaj po jednym przykładzie każdego z rodzajów wyżarzania.
  Podstawowym celem wyżarzania jest otrzymanie w materiale mikrostruktury możliwie najbliższej stanowi równowagi.
  Wyżarzanie bez przemiany fazowej (przemiany perlit -> austenit) - wyżarzanie ujednoradniające ( homogenizujące), wyżarzanie rekrystalizujące, wyżarzanie odprężające. Wyżarzanie bez przemiany fazowej, ma zastosowanie ogólne
  Wyżarzanie z przemianą fazową - wyżarzanie zupełne, wyżarzanie normalizujące, wyżarzanie zmiękczające (sferoidyzujące). Wyżarzanie z przemianą fazową, stosuje się jedynie do stopów żelaza, głownie stali.

• Co to jest dyfuzja? Która z dwóch próbek z tego samego metalu: A - drobnoziarnista czy B -gruboziarnista, będzie wykazywać większą dyfuzyjność i dlaczego?
  Dyfuzja, proces bezładnego ruchu elementów układu prowadzący do ustalenia się równowagi stężeń. Ogólnie rzecz biorąc, dyfuzja polega na transporcie masy w przestrzeni. Większą dyfuzyjność będzie wykazywać próbka A, ponieważ granice ziaren blokują dyslokację ale wspomagają dyfuzję.

• Co to jest dyfuzja? Która z dwóch próbek z tego samego metalu: A - umocniona przez zgniot na zimno czy B - wyżarzona, będzie wykazywać większą dyfuzyjność i dlaczego?
  Dyfuzja, proces bezładnego ruchu elementów układu prowadzący do ustalenia się równowagi stężeń. Ogólnie rzecz biorąc, dyfuzja polega na transporcie masy w przestrzeni. Większą dyfuzyjność będzie wykazywać próbka A - metal umocniony przez zgniot na zimno, ponieważ ma mniejsze ziarna (atomy), przez co większą liczbę granic ziarna.

• Co to jest dyfuzja? Która z dwóch próbek, które były wyżarzone w piecu w wysokiej temperaturze: A - szybko chłodzona w wodzie, czy B - chłodzona wolno wraz z piecem, będzie wykazywać większą dyfuzyjność i dlaczego?
  Dyfuzja, proces bezładnego ruchu elementów układu prowadzący do ustalenia się równowagi stężeń. Ogólnie rzecz biorąc, dyfuzja polega na transporcie masy w przestrzeni. Większą dyfuzyjność będzie wykazywać próbka A - która jest schładzana szybciej, ponieważ ma większą ilość wakansów, gdyż podczas szybkiego chłodzenia atomy nie zdążą ich wypełnić (tych wakansów).

• Dane są trzy metale A o sieci RSC I promieniu atomowym rA = 0,125nm, B o sieci RPC i promieniu atomowym rb = 0,128nm oraz C o sieci RSC i promieniu atomowym rc = 0,145nm Czy którakolwiek para rokuje nadzieje na utworzenie roztworu stałego ciągłego? Uzasadnij odpowiedź.
  Przede wszystkim, by stworzyć roztwór stały ciągły muszą być spełnione 2 warunki: jednakowe sieć krystaliczne i różnica promieni poniżej 15%.Tak więc na utworzenie roztworu stałego ciągłego rokuje para A i C ponieważ mają te same sieci - RSC, i właściwą różnicę promieni 13,8%<15%.
  ∆R=(145-125)/145=13,8%

• Co jest warunkiem umacniania wydzieleniowego? Naszkicuj przebieg zmian twardości stopu podczas starzenia w funkcji czasu i temperatury starzenia.
  Umacniać wydzieleniowo (dyspersyjnie) możemy jedynie stopy metali. Warunkiem jest również tworzenie roztworu stałego. W obszarze roztworu stałego rozpuszczalność musi maleć z obniżaniem temperatury, by możliwe było otrzymanie przesyconego roztworu stałego. Wydzielenia powstające podczas rozpadu przesyconego roztworu stałego powinny być całkowicie lub przynajmniej częściowo sprzężone z osnową. W takim bowiem przypadku możliwe jest zapewnienie istotnego zwiększenia własności wytrzymałościowych, których miarą jest granica plastyczności oraz twardość.
  wg. Wstęp do inżynierii materiałowej Marek Blicharski :
  Umacniać wydzieleniowo można tylko takie stopy, który w stanie stałym, w wysokiej temperaturze mają strukturę jednofazową, natomiast w niskiej temperaturze - strukturę dwufazową i w których, przy niezbyt dużych szybkościach chłodzenia, można uzyskać roztwór przesycony.
  
  

• Co jest warunkiem umacniania przez roztwór?
  By umocnić przez roztwór muszą być spełnione dwa warunki:
  -przez roztwór umacniamy tylko stopy
  -musi tworzyć się roztwór stały.

• Dlaczego metale i ich stopy są bardziej odporne na kruche pękanie niż ceramika?
  wg. Mieczysław Kaczorowski
  O tym czy materiał jest mniej czy bardziej odporny na katastroficzne niszczenie np. przy chwilowym przeciążeniu konstrukcji decyduje zdolność do relaksacji koncentracji tj. spiętrzania naprężenia u wierzchołka pęknięcia. Wynika stąd, że materiały zdolne do odkształceń plastycznych np. miękkie metale , są bardziej odporne na kruche pękanie w przeciwieństwie do materiałów kruchych takich jak np. ceramika.

Metale i ich stopy mają wiązania metaliczne, natomiast ceramika jonowe.
wg. Marek Blicharski
W materiałach takich jak ceramika nawet na czole pęknięcia, gdzie następuje koncentracja naprężeń, opory sieci sprawiają, że poślizg jest bardzo trudny. Właśnie zdolność do odkształceń na czole pęknięcia powoduje, że metale mają dużą udarność, gdyż w nich energia jest absorbowana w strefie plastycznej, przez co rozprzestrzenianie pęknięcia jest utrudnione. Pewna plastyczność na czole pęknięcia może również występować w materiałach ceramicznych, jednak jest ona bardzo ograniczona, przez co zaabsorbowana energia jest niewielka. W rezultacie odporność na kruche pękanie ceramiki jest niewielka.

• Co to jest pełzanie? Narysuj wykres ilustrujący szybkość pełzania tego samego materiału w funkcji czasu i temperatury pełzania
  Pełzanie jest to odkształcanie pod wpływem podwyższonej temperatury i obciążenia.
  
  
  

• Na czym polega umacnianie metali przez rozdrabnianie mikrostruktury (przez granice ziaren)?
  
  więcej granic = więcej blokad dyslokacji
  
  Granice ziaren są mocną przeszkodą dla ruchu dyslokacji. Przemieszczające się ruchem poślizgowym dyslokacje spiętrzają się na granicach ziaren, co prowadzi do koncentracji naprężeń. Rozdrobnienie ziarna, powoduje wzrost powierzchni granic ziaren, a to bezpośrednio wpływa na umocnienie materiału

---