NAUKA O MATERIAŁACH, 2010/2011

Przykładowe zagadnienia z laboratoriów i wykładów - do egzaminu

LAB. 2.

1. Co to są badania makroskopowe? ( cel i rodzaje badań)

2. Jakie wady mogą występować w stalach, żeliwach ?

3. W jakiej postaci występuje w stali siarka i fosfor? Jak wpływają na własności stali?

4. W jaki sposób można przeciwdziałać szkodliwym skutkom obecności w stali siarki i fosforu.

5. Opisać przebieg i cel następujących badań niszczących:

1. próba przełomu niebieskiego,

2. próba strugania lub toczenia schodkowego,

3. próba Baumana,

4. próba Adlera,

5. próba Heyna.

1.Co to są badania makroskopowe i jej rodzaje?

Badania makroskopowe polegają na obserwacji okiem nieuzbrojonym lub przy niewielkim powiększeniu odpowiednio szlifowanych i trawionych zgładów, a także przełomów elementów metalowych.

Rodzaje:

- Badania niszczące: np. trawienie odczynnikiem Heyna

- Badania nieniszczące: np. radiograficzne, ultradźwiękowe

2.Jakie wady mogą występować w stalach i żeliwach? (niepełne i nie jestem pewien)

-wtrącenia niemetaliczne (brudy, nieczystości)

-zanieczyszczenia (np. siarką)

-defekty w kryształach (punktowe, plaskie i liniowe)

-dyslokacje ( krawędziowe, śrubowe)

3.W jakiej postaci występuje siarka, fosfor w stali i jak wpływają na własności stali?

Występują w postaci zanieczyszczeń niekorzystnych.

Wpływ:Podczas podgrzania stali powodują kruchość stali, zwłaszcza podczas obróbki plastycznej. Siarka o dużej skłonności do segregacji pogarsza spawalność i wytrzymałość stali na zmęczenie.

4.W jaki sposób można przeciwdziałać szkodliwemu działaniu siarki?

Do stali dodaje się pierwiastki: Ca,Ti, Zr lub metale ziem rzadkich. Pierwiastki te wiążą siarkę w twarde nieodkształcalne podczas przeróbki plastycznej siarczki.

Próba Adlera:

Próba Adlera stosowana jest przy badaniach makroskopowych połączeń spawanych. Służy ona do ujawnienia warstw spoiny i strefy wpływu ciepła.

Na powierzchnię przygotowanej wcześniej (wyciętej i wyszlifowanej) próbki ze spoiną nakłada się odczynnik Adlera (roztwór uzyskiwany z 3 g (NH4)2[CuCl4] + 20 ml wody destylowanej + 50 ml HCl + 15 g FeCl3). W wyniku trawienia spoiny przez czynnik na powierzchni próbki zarysowuje się kształt spoiny oraz strefa wpływu ciepła.

Próba Baumana

Próba Baumanna służy do określenia dystrybucji siarki w badanym stopie i polega na detekcji miejsc występowania siarczków w stali.

Wcześniej przygotowaną próbkę należy położyć zgładem na papierze fotograficznym nasączonym kwasem siarkowym. Kwas siarkowy na papierze działa na siarczki zawarte w badanym przekroju przedmiotu. W wyniku reakcji wydzielający się siarkowodór reaguje z bromkiem srebra zawartym w emulsji światłoczułej, powodując powstanie na papierze zaciemnień wywołanych czarnym siarczkiem srebra. W ten sposób przeprowadzona próba Baumanna ujawnia segregację siarki w badanym przekroju przedmiotu w postaci zaczernionych miejsc na zdjęciu.

Próba przełomu niebieskiego

Wykonywana na stali w temp. ok. 300 °C, przy której powierzchnia stali pokrywa się niebieskim nalotem, na którym wyraźnie widoczne są wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia w postaci jasnych plam. Badanie przełomu jest także bardzo pomocne przy ustalaniu przyczyn awarii, gdyż wady powodujące pęknięcia są na nim ujawnione.

Próba strugania lub toczenia schodkowego

Ma na celu określenie stopnia zanieczyszczenia stali makroskopowymi wtrąceniami niemetalicznymi. W tym celu na próbkach wyciętych z prętów lub kęsów wykonuje się w drodze obróbki skrawaniem trzy schodki, każdy o długości 50mm.

DOKŁADNY OPIS: Skrawać należy wiórem drobnym, nie dążąc do uzyskania bardzo gładkiej powierzchni, tak aby zapewnić najlepszą widzialność wtrąceń, które są najlepiej widoczne, jeżeli nieciągłość usytuowana jest prostopadle do kierunku śladów narzędzia skrawającego.

Przygotowaną powierzchnię każdego schodka oglądamy w świetle rozproszonym.

Próba Heyna

Ujawnia segregację fosforu i węgla oraz w pewnej mierze strukturę pierwotną.

Odczynnik Ma1Fe (10g chlorku amonowo-miedziowego, 100 wody) oddziałuje w ten sposób, że miejsca bogate w fosfor zabarwiają się na brunatno, zaś bogatsze w węgiel na szaro.

DOKŁADNY OPIS: Makrostruktura stali po wytrawieniu tym odczynnikiem jest bardziej wyraźna na mniej wygładzonej powierzchni próbki miedzi. Zgład badanego elementu szlifowany na papierach ściernych o średniej grubości ziarna zwilża się odczynnikiem Ma1Fe; czas trawienia wynosi od 0,5 do 5 minut. Wydzieloną warstewkę miedzi można spłukać strumieniem wody; usuwanie miedzi przyspiesza zmywanie zgładu wodnym roztworem amoniaku. Następnie zgład suszy się strumieniem powietrza.

LAB. 11

1. Reguła faz Gibbsa. Do czego służy i jak się ją interpretuje?*

2. Co są: linie solidus i likwidus?*

3. Wyjaśnić przyczyny segregacji składu chem. podczas krzepnięcia stopu.*

4. Co to jest roztwór stały, co to jest mieszanina faz, jak różnią się własnościami?*

5. Co to jest termopara? Zasada pracy, sposób podłączenia do miernika temperatur.*

6. Czy tzw. zimne końce są niezbędne dla pracy termopary - uzasadnij odpowiedz ?

7. Jak mierzy się temperaturę pirometrem optycznym i stożkami pirometrycznymi?*

8. Co to jest wlewek? Jak stygnie metal we wlewku.*

1.Reguła faz Gibbsa, do czego służy i jak sie ją interpretuje.

Jest to reguła opisująca równowagę faz. Została ona wprowadzona w 1876 roku. Zgodnie z tą regułą suma maksymalnej liczby faz (f), które mogą współistnieć w układzie w stanie równowagi, oraz liczby stopni swobody (n) jest równa liczbie niezależnych składników układu (s) powiększonej o 2:

f + n = s +2.

Stopniami swobody (n) są parametry określające stan termodynamiczny układu, takie jak temperatura, ciśnienie i stężenie składników, które niezależnie mogą ulegać zmianom. Liczbę składników (s) można przyjąć jako równą liczbie pierwiastków.

W odniesieniu do stopów dwuskładnikowych, gdy ciśnienie jak we wszystkich układach metalurgicznych jest stałe, a zmianom ulegają tylko temperatura i stężenie, reguła faz przybiera postać:

f + n = 3.

Na podstawie powyższej postaci reguły faz dla układów dwuskładnikowych można sformułować cztery wnioski:

- równowaga czterech i więcej faz w układach dwuskładnikowych jest niemożliwa

- równowaga trzech faz w układach dwuskładnikowych jest możliwa tylko w jednej stałej temperaturze przy określonym stężeniu składników w fazach i odpowiada przemianom typu eutektycznego lub perytektycznego, liczba stopni swobody układu jest w tym przypadku równa zeru

- dwie fazy pozostają w równowadze, gdy układ ma jeden stopień swobody, zmiany stanu układu nie występują, gdy jest zmieniane albo stężenie składników w fazach, albo temperatura

- gdy istnieje tylko jedna faza, układ ma dwa stopnie swobody, a więc bez naruszenia stanu równowagi zmianom mogą ulegać niezależnie temperatura i stężenie.

2. Co są: linie solidus i likwidus?

Likwidus - linia na wykresie fazowym, na której zachodzi przemiana ciecz-ciało stałe. Wyznacza ona skład roztworu nasyconego względem jednego ze składników. Po jednej stronie tej linii znajduje się ciecz (roztwór nienasycony), a po drugiej ciało stałe i roztwór nasycony względem tego składnika.

Solidus - linia na wykresie fazowym, na której zachodzi przemiana ciecz-ciało stałe. Po jednej stronie tej linii znajduje się ciało stałe (kryształy soli), a po drugiej ciało stałe i roztwór nasycony względem tego składnika.

3.Wyjaśnić przyczyny segregacji składu chem. podczas krzepnięcia stopu.

Oprócz różnic w budowie krystalicznej poszczególnych stref wlewka istnieją także różnice w ich składzie chemicznym. W czasie krzepnięcia skład chemiczny wydzielanych kryształów i pozostałej cieczy ulega ciągłej zmianie.Pierwsze kryształy są metalem najbardziej czystym, wolnym od domieszek, zaś pozostała ciecz stopniowo wzbogaca się w zanieczyszczenia, wskutek czego największa zawartość siarki i fosforu, a także węgla występuje w krzepnącej na końcu górnej części wlewka nosi nazwę segregacji makroskopowej w odróżnieni od segregacji mikroskopowej, występującej w obrębie poszczególnych ziarn metalicznych.

4.Co to jest roztwór stały, co to jest mieszanina faz, jak różnią się własnościami?

Roztwór stały - jednorodna pod względem fizycznym krystaliczna mieszanina dwóch lub więcej izomorficznych substancji, znajdująca się w stałym stanie skupienia. Mieszaninę taką traktuje się jako roztwór, jeżeli po dodaniu substancji rozpuszczonych struktura krystaliczna rozpuszczalnika nie zmienia się i roztwór ten pozostaje w pojedynczej fazie jednorodnej.

Eutektoid (mieszanina eutektoidalna) - drobnokrystaliczna mieszanina dwóch lub więcej faz przypominająca budową mieszaninę eutektyczną, ale powstała w stanie stałym.

Stanem stopu, występującym bardzo często, jest mieszanina faz.

O mieszaninie faz mówi się wtedy, gdy w stopie znajdują się co najmniej

dwie fazy w stanie rozdrobnienia, oddzielone od siebie granicami

międzyfazowymi.

Każda faza ma przy tym określone, właściwe sobie;

- skład chemiczny,

- strukturę krystaliczną ,

- własności.

Mieszaniny faz mają zwykle lepsze własności wytrzymałościowe i mniejszą plastyczność od poszczególnych faz.

5.Co to jest termopara, zasada jej pracy i sposób podłączenia do miernika temperatury.

Termopara i zasada jej działania - jest to termometr termoelektryczny służący do pomiaru temperatury podczas analizy termicznej stopów metali. Działanie tych przyrządów oparte jest na wykorzystaniu zjawiska termoelektrycznego, polegającego na indukowaniu się siły termoelektrycznej w połączonej w parze przewodników, których końce umieszczono w punktach o różnej temperaturze.

Sposób podłączenia termopar do miernika temperatury - dwa przewodniki metalowe 1 i 2, wykonane z różnych materiałów metalowych połączone na końcach w punkcie 3 (jest to tzw. gorący koniec termopary). Końce oznaczone cyfrą 4 nazywa się umownie zimnymi końcami termopary. Podczas pomiaru powinny być one umieszczone w stałej temperaturze. W celu dokonania pomiaru temperatury do zimnych końców termopary podłącza się miliwoltomierz 6 z odpowiednio przecechowaną skalą jednostek.

7.Pomiar temperatury za pomocą piromatu optycznego i stożka piromatycznego.

Jak mierzy się temperaturę i według jakiej zasady fizycznej przy użyciu pirometru optycznego i stożków pirometrycznych - pirometr optyczny służy do bezdotykowego pomiaru temperatur powyżej 600°C. Działa w oparciu o analizę promieniowania cieplnego emitowanego przez badane ciała.

Stożki pirometryczne są to trójścienne ostrosłupy ścięte o określonych wymiarach, z tak dobranego materiału, że przy ogrzaniu ich do określonej temperatury, zwanej temperaturą zgięcia stożka, zginają się dotykając wierzchołkiem podstawy. Stopniowane są, co 15 do 40°C.

8.Co to jest wlewek i jak stygnie metal we wlewku.

Wlewek - jest to półfabrykat hutniczy w postaci bloku wykonanego ze stali lub z innego metalu poprzez odlanie ciekłego metalu do wlewnicy i wystudzenie go.

Stygnięcie metalu we wlewku - jeżeli wlewnicę napełnimy ciekłą stalą, to jako pierwsza, prawie na tych miast, krzepnie cienka warstwa metalu, stykająca się bezpośrednio ze ścianami wlewnicy. Ze względu na to, że ściany wlewnice są zimne, warstewka ta ulega silnemu przechłodzeniu. Powstaje więc duża liczba zarodków, tak że zakrzepnięta warstwa stali składa się z drobnych chaotycznie ułożonych kryształów. Jest to strefa kryształów zamrożonych. Wskutek wytworzenia się warstwy zakrzepniętego metalu i pewnego nagrzania ścian wlewnicy dalsze krzepnięcie odbywa się w warunkach mniejszego przechłodzenia, przy czym rozrost kryształów następuje zgodnie z kierunkiem odprowadzania ciepła, tj. prostopadle do ścian wlewnicy. Grubość strefy kryształów słupkowych zależy od temperatury odlewania i szybkości chłodzenia wlewka. Im wyższa jest temperatura odlewania oraz szybsze chłodzenie, tym grubość tej strefy jest większa. Środkowa część wlewka krzepnie przy niskiej prędkości odprowadzania ciepła. Orientacja krystaliczna powstałych kryształów jest chaotyczna.

LAB. 14/15

1. Przebieg statycznej próby rozciągania metali.*

2. Jak wyglądają typowe wykresy ze statycznej próby rozciągania z wyraźną i umowną granicą plastyczności? Jakie własności można z niej odczytać? Co one oznaczają? Które z nich są własnościami wytrzymałościowymi, a które plastycznymi ? Co to są: granica proporcjonalności, sprężystości, plastyczności, wytrzymałości, zerwania ? Jak wyznacza się umowne granice sprężystości i plastyczności ?

3. W jaki sposób odkształcenie plastyczne zachodzi w metalach i stopach? - (przez poślizg i bliźniakowanie), co to znaczy?*

4. Przebieg próby udarności. Co to jest udarność i jak się ją oblicza? Jak zmienia się udarność wraz z temperaturą, co to jest Tpk ?*

5. Pomiar twardości metodą:*

• Rockwella,

• Vickersa,

• Brinella,

• Poldi,

• Skleroskopem Shore'a.

1.Statyczna próba rozciągania metali (sposób przeprowadzenia, rodzaje próbek, 2 charakterystyczne wykresy tej próby[ z wyraźną granicą plastyczności i umówną]

W statycznej próbie rozciągania rozciąga się odpowiednio wykonany pręt o przekroju okrągłym wykorzystując urządzenie zwane zrywarką. W czasie próby rejestruje się zależność przyrostu długości próbki od wielkości siły rozciągającej oraz rejestruje się granicę sprężystości, przewężenie próbki i siłę zrywającą próbkę. Naprężenia w próbce oblicza się dzieląc siłę rozciągającą przez pole przekroju poprzecznego próbki (uwzględniając przewężenie lub nie uwzględniając go).

Wykresy rozciagania: a) dla stali z wyrazna granica plastycznosci,

b) bez wyraznej granicy plastycznosci

Do próby rozciągania używa się próbek obrabianych okrągłych i płaskich oraz próbek w postaci

odcinków materiału w stanie nieobrobionym.

2. Jak wyglądają typowe wykresy ze statycznej próby rozciągania z wyraźną i umowną granicą plastyczności? Jakie własności można z niej odczytać? Co one oznaczają? Które z nich są własnościami wytrzymałościowymi, a które plastycznymi ? Co to są: granica proporcjonalności, sprężystości, plastyczności, wytrzymałości, zerwania ? Jak wyznacza się umowne granice sprężystości i plastyczności ?

Na podstawie wyników pomiarów statyczną próbą rozciągania można określić podstawowe wielkości wytrzymałościowe materiału, jakimi są: Re, Rm, moduł Younga i współczynnik Poissona.

Plastyczne:

-granica plastyczności umówna lub wyraźna
-maksymalne wydłużenie próbki

-podatność na odkształcenia sprężyste

Granica proporcjonalności RH - jest to naprężenie,

po przekroczeniu którego materiał nie podlega prawu

Hooke'a

Granica plastyczności  jest to naprężenie, po osiągnięciu 
którego występuje wzrost wydłużenia rozciąganej próbki 
bez wzrostu, lub nawet przy spadku obciążenia.

Granica plastyczności jest to naprężenie, po osiągnięciu

którego występuje wzrost wydłużenia rozciąganej próbki

bez wzrostu, lub nawet przy spadku obciążenia

Umowna granica plastyczności  R^P0,2 to naprężenie  
wywołujące w próbce wydłużenie trwałe równe 0,2% 
długości pomiarowej.

Granica sprężystości to takie naprężenie, po przekroczeniu którego ciało nie powraca do pierwotnego kształtu po usunięciu naprężenia.

Wytrzymałość materiału na rozciąganie Rm jest to stosunek

największej siły Pm przenoszonej przez próbkę

do pierwotnego pola przekroju próbki

Proporcjonalność:

W poczatkowym etapie rozciagania metali siła rozciagajaca rosnie proporcjonalnie do wydłużenia

, aż do osiagniecia tzw. granicy proporcjonalnosci, która jest granica stosowalnosci prawa Hooke'a.

Sprężystość:

Granica sprężystości to takie naprężenie, po przekroczeniu którego ciało nie powraca do pierwotnego kształtu po usunięciu naprężenia. W materiale pozostają trwałe deformacje bądź to w wyniku uplastycznienia substancji (przejście ze stanu sprężystego w plastyczny), bądź w wyniku dekohezji, czyli zerwania oddziaływań międzycząsteczkowych.

Oprócz granicy sprężystości, często wyróżnia się granicę proporcjonalności, czyli wartości naprężenia, dla którego odkształcenie jest liniową funkcją naprężenia. Jest to granica liniowej sprężystości a więc obowiązywania prawa Hooke'a. Powyżej tej granicy materiał może pozostać sprężysty nieliniowo.

Plastyczność:

Granica plastyczności to wartość naprężenia przy której zaczynają powstawać nieodwracalne odkształcenia plastyczne. Za umowne kryterium do określenia tej granicy przyjmuje się trwałe odkształcenie względne równe 0,002. Pomiędzy granicą sprężystości a granicą plastyczności rozciąga się obszar częściowej sprężystości (lub częściowej plastyczności)

3.Na czym polega odkształcenie plastyczne materiału i w jaki sposób może ono zachodzić w metalach ( poślizg lub bliźniakowanie)

Odkształcenie plastyczne - odkształcenie, które nie ustępuje po usunięciu naprężenia, które je wywołało.

W procesie odkształcania wyróżnia się kilka podstawowych mechanizmów odkształcania:

a. Poślizg - powoduje nieodwracalne zmiany kształtu, powstaje na skutek działania naprężeń stycznych i polega na przemieszczaniu jednej części kryształu względem drugiej po uprzywilejowanej płaszczyźnie przy czym budowa krystaliczna obu części kryształu pozostaje niezmieniona.
Rozróżniamy poślizg: styczny- zachodzi jednocześnie na całej płaszczyźnie poślizgowej, dyslokacyjny- przebiega przy współudziale dyslokacji ruchliwych przemieszczających się w danej płaszczyźnie poślizgu.
b. Bliźniakowanie - polega na jednakowym ściskaniu kolejnych warstw kryształu o wektor bliźniakowania. Skutkiem tego jest obrót kryształu w taki sposób, że pozostała jego część jest zwierciadlanym odbiciem względem określonej płaszczyzny zwanej płaszczyzną bliźniakowania.

4. Przebieg próby udarności. Co to jest udarność i jak się ją oblicza? Jak zmienia się udarność wraz z temperaturą, co to jest Tpk ?

Próba udarności polega na złamaniu jednym uderzeniem młota wahadłowego próbki z karbem podpartej swobodnie na obu końcach i pomiarze energii złamania.
Udarność - odporność materiału  na obciążenia dynamiczne. Udarność określa się jako stosunek pracy L  potrzebnej na złamanie znormalizowanej próbki z karbem do przekroju pola A poprzecznego tej próbki w miejscu karbu:
U=L/A
Udarność materiałów kruchych jest mała, a ciągliwych duża.

Próby udarowe wykonuje się w celu określenia wpływu prędkości obciążenia i odkształcenia na własności mechaniczne materiałów przy obciążeniach dynamicznych. Wzrost prędkości obciążenia powoduje podwyższenie granicy plastyczności i wytrzymałości materiału oraz zmniejszenie odkształceń plastycznych. Materiał staje się bardziej kruchy.
Do wykonywania tych badań wykorzystuje się urządzenia umożliwiające przyłożenie dużej siły w krótkim czasie, zwane najczęściej młotami udarowymi. Najczęściej spotykanym urządzeniem jest młot Charpy'ego.

KC = K / So [J / cm2 ]

K - praca uderzenia [J]

So -pole przekroju w miejscu karbu

KCU- udarność próbek z karbem „u „

Niska temperatura wpływa na przejście materiału w stan kruchości.
W podwyższonych temperaturach istnieją pewne charakterystyczne przedziały temperatur, w których przejawia się skłonność metalu do kruchości, co praktycznie wykrywa się za pomocą udarowego zginania w podwyższonej temperaturze.

Tpk - temperatura przejścia plastyczno-kruchego 

5.Pomiar twardości metodą:

1. Rockwella,

2. Vickersa,

3. Brinella,

4. Poldi,

5. Skleroskopem Shore'a.

1. Pomiar twardości metodą Rokwella polega na dwustopniowym wciskaniu (przy określonych warunkach) w badaną próbkę wgłębnika w kształcie kulki stalowej (skala B, T, F) lub stożka diamentowego o kącie rozwarcia 120 stopni (skala C, A). Miarą twardości w metodzie Rockwella jest różnica pomiędzy stałą wartością K a głębokością odcisku h:
   
   HR = K - h
   
   gdzie: h - trwały przyrost głębokości odcisku
   K = 130 (0,26 mm) dla kulki;
   K = 100 (0,20 mm) dla stożka

2. Pomiar twardości metodą Vickersa polega na wgnieceniu w powierzchnię badanego materiału czworobocznego ostrosłupa diamentowego o kącie wierzchołkowym 136˚ i obliczeniu powierzchni bocznej powstałego odcisku.

Twardość wyrażana jest w skali twardości Vickersa HV w N/mm2. HV wyliczane jest ze wzoru:

3. W metodzie pomiaru twardości Brinella, w próbkę metalu wciska się kulkę ze stali hartowanej lub z węglików spiekanych. Średnica kulki (1 do 10 mm), czas oraz siła docisku, zależy od rodzaju materiału i grubości próbki. Twardość HB oblicza się z zależności:

HB = siła obciążająca w kG (obecnie używa się jednostek w N) / powierzchnia odcisku w mm².

Twardość oblicza na podstawie średnic kulki i odcisku:

gdzie:

P = siła obciążająca (kgf)

D = średnica kulki (mm)

d = średnica odcisku (mm)

4. Badanie twardości młotkiem Poldi jest dynamiczne i polega na równoczesnym wgniataniu 

kulki stalowej ( najczęściej o średnicy 10 mm ) w materiał badany i płytkę wzorcową o 

twardości 202 HB. 

5. Twardość ta jest mierzona za pomocą odskoku stalowej kulki, która spadając z określonej wysokości po odbiciu się od badanego w tym przypadku materiału wskazuje na specjalnej podziałce wartość uzyskanego wyniku.

Działanie to oparto na zasadzie sprężystości odbicia się bijaka zakończonego diamentową końcówką od materiału badanego. Pomiar ten polega na swobodnym spadaniu kulki wewnątrz szklanej rurki oraz pomiarze wysokości, na jaką się kulka odbije.

ĆW. 34

1. Co to jest zgniot i co jest miarą zgniotu?*

2. Jak zmieniają się własności stopu po zgniocie?*

3. Na czym polega zjawisko poligonizacji?*

4. Co dzieje się w stopie podczas zdrowienia? Jak zmieniają się jego własności?*

5. Co to jest, jak się oblicza i od czego zależy temperatura rekrystalizacji?*

6. Co dzieje się w stopie podczas rekrystalizacji i rozrostu ziarna? Jak zmieniają się własności?*

7. Od czego i jak zależy wielkość ziarna po zgniocie i rekrystalizacji?*

8. Co to jest zgniot krytyczny?*

9. Co to jest rekrystalizacja wtórna?*

10. Wyjaśnij mechanizm rozrastania się ziarn podczas rekrystalizacji wtórnej.*

11. Odkształcenie plastyczne przez poślizg i bliźniakowanie.*

1.Co to jest zgniot i co jest jego miarą.

Zgniotem określa się zmiany, jakie zachodzą w strukturze i właściwościach metali pod wpływem odkształcenia plastycznego na zimno. Zgniot zachodzi poniżej temperatury rekrystalizacji, gdyż szybkość procesów dyfuzyjnych jest mała.

Za miarę zgniotu przyjęto stopień odkształcenia wyrażany ubytkiem przekroju w procentach

• F₀ - kształt początkowy

• F₁ - kształt po odkształceniu

2.Jak zmieniają się własności stopu po zgniocie?

W wyniku umocnienia własności wytrzymałościowe metali, jak: granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie, twardość - podwyższają się, natomiast własności plastyczne, jak wydłużenie: przewężenie i udarność ulegają obniżeniu. Równolegle z własnościami mechanicznymi zmieniają się także własności fizyczne i chemiczne metali. Ze wzrostem stopnia zgniotu maleją przewodnictwo elektryczne i przenikalność magnetyczna, natomiast siła koercji i szczątkowy magnetyzm rosną. Zgnieciony metal posiada większą objętość właściwą, a mniejszy ciężar właściwy; rozpuszczalność w kwasach zwiększa się. Najwyraźniejsze zmiany zachodzą jednak we własnościach mechanicznych.

3.Na czym polega zjawisko poligonizacji?

Poligonizacja - jest to powstawanie jednoimiennych dyslokacji w jednej płaszczyźnie poślizgu, które przemieszczając się tworzą ścianki prostopadłe do tej płaszczyzny.

4.Co dzieje się w stopie podczas zdrowienia? Jak zmieniają się jego własności?

Zdrowienie- jest etapem przemian zachodzących w zakresie temp. polega na zaniku defektów punktowych: wakancji i atomów międzywęzłowych. W wyniku tego następuje spadek naprężeń. Zanik defektów punktowych, które wywołuje odnowienie takich własności, jak odporność elektryczna i własności magnetyczne, oraz powoduje częściowe uwolnienie zmagazynowanej energii odkształcenia, mniejsze jednak niż w procesie rekrystalizacji.

5.Co to jest temperatura rekrystalizacji i jak się ją oblicza.

Najniższa temperatura, w jakiej zachodzi proces rekrystalizacji, nazywana jest temperaturą rekrystalizacji. Temperatura ta jest charakterystyczna dla danego metalu lub stopu i zależy głównie od dwóch czynników:

a) od uprzedniego stopnia odkształcenia plastycznego, tj. im wyższy był jego stopień, tym

niższa będzie temperatura rekrystalizacji;

b) od czystości metalu.

Porównując temperaturę rekrystalizacji z temperaturą topnienia dla różnych metali można

stwierdzić, że zachodzi pomiędzy nimi prosta proporcjonalność. Dla metali technicznie czystych w przypadku dużych odkształceń plastycznych występuje zależność

Tr = 0,3 ÷ 0,4 Ttop

gdzie: Tr — temperatura rekrystalizacji,

Ttop — bezwzględna temperatura topnienia.

Temperatura rekrystalizacji dla stopów jest wyższa niż

6.Co dzieje się w stopie podczas rekrystalizacji i rozrostu ziarna? Jak zmieniają się własności?

Rekrystalizacja- jest procesem zasadniczo różnym od zdrowienia, gdyż w tym okresie powstają zarodki nowych, nieodkształconych ziaren, które następnie się rozrastają, podobnie jak podczas krystalizacji z fazy ciekłej. Proces ten zachodzi w temp. wyższych niż zdrowienie. Następuje uwolnienie zmagazynowanej energii, większe nawet niż przy zdrowieniu. Wywołuje to zmniejszenie umocnienia, a więc obniżenie twardości i wytrzymałości i wzrost własności plastycznych.

7.Od czego i jak zależy wielkość ziarna po zgniocie i rekrystalizacji?

-stopień zgniotu

-temperatura wyżarzenia rekrystalizacyjnego

-wielkość ziarna metalu przed przeróbką plastyczną

-rozkład wielkości ziarna w chwili zakończenia procesu rekrystalizacji

8.Co to jest zgniot krytyczny?

Zgniot krytyczny - jest to taka wartość odkształcenia plastycznego na zimno dla którego po rekrystalizacji otrzymujemy ziarno o maksymalnych wymiarach (efekt jest niepożądany).

9.Co to jest rekrystalizacja wtórna? Wyjaśnij mechanizm rozrastania się ziarn podczas rekrystalizacji wtórnej.

Zachodzi po rekrystalizacji pierwotnej w temperaturach znacznie przewyższających temperaturę rekrystalizacji. Polega na szybkim rozroście niektórych ziarn kosztem ziarn drobnych. Ziarna wtórne w krótkim czasie osiągnąć mogą bardzo duże wymiary, tak że w poszczególnych przypadkach możliwe jest powstawanie pojedynczych ziarn o wymiarach nawet do kilkuset mm².

10.Opisz odkształcanie przez bliźniakowanie i poślizg.

W procesie odkształcania wyróżnia się kilka podstawowych mechanizmów odkształcania:

a. Poślizg - powoduje nieodwracalne zmiany kształtu, powstaje na skutek działania naprężeń stycznych i polega na przemieszczaniu jednej części kryształu względem drugiej po uprzywilejowanej płaszczyźnie przy czym budowa krystaliczna obu części kryształu pozostaje niezmieniona.
Rozróżniamy poślizg: styczny- zachodzi jednocześnie na całej płaszczyźnie poślizgowej, dyslokacyjny- przebiega przy współudziale dyslokacji ruchliwych przemieszczających się w danej płaszczyźnie poślizgu.
b. Bliźniakowanie - polega na jednakowym ściskaniu kolejnych warstw kryształu o wektor bliźniakowania. Skutkiem tego jest obrót kryształu w taki sposób, że pozostała jego część jest zwierciadlanym odbiciem względem określonej płaszczyzny zwanej płaszczyzną bliźniakowania.

11. Co wpływa na rozrost ziarna podczas rekrystalizacji.

Dla każdego metalu istnieje w zakresie stosunkowo małych odkształceń plastycznych pewien

charakterystyczny stopień tego odkształcenia, zwany krytycznym odkształceniem plastycznym -qkr , który powoduje w czasie rekrystalizacji w wysokiej temperaturze wyjątkowo silny rozrost

ziarna.

Wyżarzanie metalu w wysokich temperaturach (już po zakończeniu procesu rekrystalizacji)

powoduje, jak już wspomniano, rozrost ziarna Głównym czynnikiem rządzącym tym procesem

jest napięcie powierzchniowe występujące na granicach ziarn, związane z wyższą energią

swobodną atomów znajdujących się na powierzchni ziarn w porównaniu z energią atomów

znajdujących się wewnątrz nich. W konsekwencji w materiale polikrystalicznym będzie

występowała tendencja do zmniejszenia powierzchni ziarn, a więc do ich rozrostu, gdyż

związane to jest z obniżeniem energii swobodnej materiału. Proces rozrostu ziarna odbywa się

przez pochłanianie małych ziarn przez większe.

ĆW. 17

1. Od czego zależy jakość stali niestopowych?*

2. Wpływ węgla na własności stali niestopowych.*

3. Jakimi własnościami powinny się charakteryzować stale niestopowe konstrukcyjne a jakimi stale niestopowe narzędziowe?*

4. Obróbka cieplna stali niestopowych konstrukcyjnych i niestopowych narzędziowych.*

5. Siarka i fosfor w stali.*

6. Co to są stale automatowe? Co w ich składzie chemicznym i własnościach jest charakterystycznego?*

7. Inne stale niestopowe o szczególnym przeznaczeniu.*

1.Od czego zależy jakość stali niestopowych?

W zależności od zawartości zanieczyszczeń P i S:

• stale zwykłej jakości - P + S = 0,10%

• stale wyższej jakości - P + S = 0,07%

• stale najwyższej jakości - P + S = 0,03%

2.Wpływ węgla na własności stali niestopowych.

3.Jakimi własnościami powinny się charakteryzować stale niestopowe konstrukcyjne a jakimi stale niestopowe narzędziowe? Obróbka cieplna stali niestopowych konstrukcyjnych i niestopowych narzędziowych.

Stal narzędziowa węglowa - stal narzędziowa, która nie posiada większej ilości dodatków stopowych oprócz węgla, którego zawartość mieści się w granicach 0.5% - 1.3%. Innymi cechami odróżniającymi stale węglowe narzędziowe od stali konstrukcyjnej jest zmniejszona zawartość manganu i drobnoziarnistość. ( odpuszczanie niskie)

Od większości stali narzędziowych węglowych wymaga się by były płytkohartujące (zobacz hartowność stali). Na mniej odpowiedzialne narzędzia stosuje się tańszą stal głęboko hartującą się. Płytkie hartowanie jest pożądane, gdyż zapewnia twardość powierzchni narzędzia, przy jednoczesnej wytrzymałości rdzenia narzędzia na uderzenia.

Stale niskostopowe używane są do budowy konstrukcji narażonych na działanie warunków atmosferycznych takich jak mosty, maszty, wagony kolejowe itp. - wszędzie tam, gdzie zastosowanie jej jest uzasadnione ekonomicznie. Charakteryzują się większą wytrzymałością od stali konstrukcyjnych wyższej jakości oraz większą odpornością na korozję. ( wysokie)

4.Siarka i fosfor w stali.

Siarka w stali jest domieszką wybitnie szkodliwą, stąd jej zawartość nie może przekraczać 0,06%. Główną przyczyną dla której uważa się siarkę za pierwiastek szkodliwy jest powodowana kruchość na gorąco. Próba Baumanna polega na detekcji miejsc występowania siarczków w stali.

Fosfor- dostaje się do stali z rud żelaza, które zawierają różne jego ilości. Podczas wytapiania stali fosfor zostaje z niej usunięty w mniejszym lub większym stopniu, zależnie od rodzaju procesu stalowniczego. Fosfor rozpuszczony w ferrycie (graniczna rozpuszczalność w temperaturze pokojowej wynosi ok. 1,2%) zmniejsza bardzo znacznie jego plastyczność i podwyższa temperaturę, w której stal staje się krucha, wywołując tzw. kruchość na zimno. Ten wpływ fosforu jest bardzo wyraźny wówczas, gdy jego zawartość w stali jest większa niż 0,1%.

5.Co to są stale automatowe? Co w ich składzie chemicznym i własnościach jest charakterystycznego?

Stale automatowe - to stale wykorzystywane do produkcji drobnych części np.: śrub, nakrętek, podkładek, końcówek węży hydraulicznych itp. Używana na części nie podlegające silnym obciążeniom.

Stal taka, dostarczana w postaci prętów najczęściej ciągnionych lub łuszczonych, jest używana w automatach tokarskich, które pracując przy minimalnym nadzorze ludzkim, wymagają stali tworzącej krótkie i łamliwe wióry. Zapewnia się to przez zwiększony dodatek siarki do 0,35% i fosforu do 0,15%. Siarka, tworząca z metalami kruche siarczki, najbardziej wpływa na łamliwość wiórów. Występują również stale automatowe do nawęglania lub ulepszania cieplnego. Do stali automatowych dodaje się takie pierwiastki jak ołów (Pb), bizmut (Bi) czy telur (Te) celem zwiększenia prędkości skrawania.

6.Inne stale niestopowe o szczególnym przeznaczeniu.

-Stale niestopowe specjalne do ulepszania cieplnego i utwardzania powierzchniowego

-Stale niestopowe jakościowe i specjalne o określonym zastosowaniu

- Stale węglowe magnetycznie

ĆW. 18

1. Co to jest surówka i co to jest żeliwo? Czym się różnią?*

2. Jakimi własnościami różni się żeliwo od stali ?*

3. Postacie występowania węgla w żeliwie.*

4. Rodzaje grafitu. Jak kształt grafitu wpływa na odp. na pękanie żeliwa*

5. Siarka, fosfor i krzem w żeliwie - jak wpływają na własności żeliwa żeliwa.*

6. Rodzaje żeliwa.

7. Co to jest steadyt?

1.Co to jest surówka i co to jest żeliwo? Czym się różnią?

Surówka i żeliwo - jedno i drugie to stop żelaza z węglem o teoretycznej zawartości 2,11 do 6,67% węgla. Oba stopy zawierają także: krzem, mangan, fosfor i siarkę, a czasem dodatki stopowe: nikiel, chrom, molibden, aluminium i inne.

Nie ma różnicy pomiędzy surówkami a żeliwami, jeżeli chodzi o strukturę - w związku z tym wszystko co dotyczy surówek białych i szarych dotyczy odpowiednich gatunków żeliwa.

Różnica pomiędzy surówką a żeliwem tkwi wyłącznie w technologii ich otrzymywania: (tak jest w polskiej terminologii)

- surówka - jest bezpośrednim produktem wielkiego pieca

- żeliwo - otrzymuje się po przetopieniu surówki w piecach odlewniczych

Wyróżniamy:

- surówki i żeliwa białe i szare - podział zależy od postaci występowania węgla i związanego z tym zabarwienia przełomu.

- żeliwa ciągliwe - otrzymujemy je po specjalnej obróbce cieplnej odlewów z żeliwa białego

2.Jakimi własnościami różni się żeliwo od stali ?

Wytrzymałość żeliwa szarego jest niższa niż stali, a ponadto żeliwo jest kruche, w zasadzie pozbawione plastyczności. Żeliwo dzięki wysokiej zawartości węgla posiada wysoką odporność na korozję.

3.Postacie występowania węgla w żeliwie.

-grafit (żeliwo białe)

-cementyt (żeliwo szare)

- jako grafit oraz cementyt (żeliwo połowiczne)

4.Rodzaje grafitu. Jak kształt grafitu wpływa na odp. na pękanie żeliwa

Grafit jako faza niemetaliczna wpływa osłabiająco na metal, gdyż sam ma małą wytrzymałość i twardość. Płatki grafitu wytwarzają w osno¬wie metalicznej nieciągłości o ostrych krawędziach, które działają jak karb, a więc zwiększają skłonność do kruchego pękania. Stąd wytrzymałość na rozciąganie, udarność i ciągliwość żeliw są znacznie mniejsze niż stali o strukturze analogicznej jak osnowa żeliwa.

-grafitu płatkowego

5.Siarka, fosfor i krzem w żeliwie - jak wpływają na własności żeliwa żeliwa.

Fosfor - dodajemy do żeliwa aby obniżyć temperaturę topnienia żeliwa i podnieść jego rzadkopłynność. Fosfor występuje w żeliwach w zawartości 0,1 - 1,5%

Krzem - jest to typowy pierwiastek sprzyjający grafityzacji, dlatego poprzez odpowiednie dodanie zawartości krzemu i węgla oraz szybkości chłodzenia możemy regulować stopień grafityzacji oraz wpływać na osnowę struktury metalicznej.

Siarka zmniejsza też rzadkopłynność żeliwa, a tym samym pogarsza jego własności odlewnicze. Dlatego zawartość siarki w żeliwie jest ograniczona do 0,12%, przy czym w odlewach cienkościennych nie powinno jej być więcej niż 0,08%.

6.Rodzaje żeliwa.

- żeliwo szare:

- żeliwo białe

- żeliwo połowiczne

- żeliwo ciągliwe (zawiera grafit postrzepiony(kłaczkowy))

- żeliwo stopowe

7.Co to jest steadyt?

Steadyt - jest to fosfor pojawiający się w żeliwie w postaci potrójnej eutektyki fosforowej o temperaturze topnienia 960 stopni C.

ĆW. 19/26/27

1. Co nazywamy stalami stopowymi?*

2. W jakiej postaci mogą występować w stalach dodatki stopowe i co one powodują?*

3. Jak ocenia się przydatność stali stopowych konstrukcyjnych do określonego ich zastosowania?*

4. Co to są stale konstrukcyjne? W jakich warunkach mogą pracować?*

5. Rodzaje stali stopowych konstrukcyjnych.*

6. Krótkie charakterystyki poszczególnych grup stali stopowych konstrukcyjnych (charakterystyczne własności, charakterystyczny pierwiastek lub pierwiastki, charakterystyczna obróbka cieplna, charakterystyczne zastosowanie).*

7. Jak ocenia się spawalność stali konstrukcyjnych i co to jest równoważnik węgla?*

8. Wpływ wielkości ziarna na granicę plastyczności i Tpk.*

9. Jaka jest prawidłowa budowa stali na łożyska, a także podział stali do pracy w niskich temperaturach.*

10. Jakie własności powinny mieć stale stopowe narzędziowe?*

11. Rodzaje stali stopowych narzędziowych.*

12. Do jakiej temperatury mogą się nagrzewać stale stopowe do pracy na zimno?*

13. Charakterystyczny pierwiastek i obróbka cieplna stali stopowych narzędziowych do pracy na zimno.*

14. Prawidłowa budowa stali stopowych narzędziowych do pracy na zimno.*

15. W jakim przedziale temperatur mogą pracować stale stopowe narzędziowe do pracy na gorąco?*

16. Jakie powinny mieć własności stale stopowe narzędziowe do pracy na gorąco?*

17. Obróbka cieplna stali stopowych narzędziowych do pracy na gorąco.*

18. Zastosowanie stali stopowych narzędziowych do pracy na zimno i na gorąco.*

19. Co to są stale szybkotnące i do jakiej temperatury mogą się nagrzewać?*

20. Jaką mikrostrukturę powinny mieć stale szybkotnące?*

21. Zastosowanie stali szybkotnących.*

22. Obróbka cieplna stali szybkotnących.*

23. Rodzaje stali i stopów specjalnych.*

24. Co to jest stal lub staliwo Hadfielda, jaką mają charakterystyczną: skład chemiczny i własności ? Jaki warunek musi być spełniony żeby były odporne na ścieranie ?*

25. O stalach odpornych na korozję. Dlaczego mają taką odporność?*

26. Wpływ chromu na potencjał elektrochemiczny stopów żelaza.*

27. Co to są stale 18/8?*

28. Na czym polega korozja międzykrystaliczna w stalach 18/8 i jak się jej przeciwdziała?*

29. Co to jest korozja naprężeniowa?*

30. Zastosowanie stali 18/8.*

31. Co to jest żaroodporność, żarotrwałość i żarowytrzymałość?*

32. Jakie własności muszą mieć stale zaworowe, w jakich warunkach środowiska muszą pracować ?*

33. Co to są stale maraging? Jakie mają własności? Na co są stosowane?*

1.Co nazywamy stalami stopowymi?

Stal stopowa - stal, w której oprócz węgla występują inne dodatki stopowe o zawartości od kilku do nawet kilkudziesięciu procent, zmieniające w znaczny sposób charakterystyki stali.

Stale konstrukcyjne stopowe są stosowane w budownictwie oraz w budowie maszyn i urządzeń pracujących w zakresie temperatur od ok. 20 do 300 OC., w środowiskach o umiarkowanej agresywności korozyjnej.

2.W jakiej postaci mogą występować w stalach dodatki stopowe i co one powodują?

Dodatki stopowe dodaje się by:

* podnieść hartowność stali,

* uzyskać większą wytrzymałość,

* zmienić pewne właściwości fizyczne i chemiczne.

Do najczęściej stosowanych dodatków w stalach zalicza się:

-Nikiel

Obniża temperaturę przemiany austenitycznej oraz prędkość hartowania. W praktyce ułatwia to proces hartowania i zwiększa głębokość hartowania. Nikiel rozpuszczony w ferrycie umacnia go, znacznie podnosząc wytrzymałość na uderzenie. Dodatek niklu w ilości 0,5% do 4% dodaje się do stali do ulepszania ciepłego, a w ilościach 8% do 10% do stali kwasoodpornej. W symbolach stali jego dodatek oznacza się literą N.

-chrom

Powoduje rozdrobnienie ziarna. Podwyższa hartowność stali. Zwiększa jej wytrzymałość. Stosowany w stalach narzędziowych i specjalnych. W tych ostatnich nawet w ilościach do 30%. W symbolach stali jego dodatek oznacza się literą 'H'.

-mangan

Obniża temperaturę przemiany austenitycznej, a przy zawartości powyżej 15% stabilizuje i umożliwia uzyskanie struktury austenitycznej w normalnych temperaturach. Już przy zawartościach 0,8% do 1,4% znacznie podwyższa wytrzymałość na rozciąganie, uderzenie i ścieranie. W symbolach stali jego dodatek oznacza się literą G.

-wolfram

Zwiększa drobnoziarnistość stali, powiększa wytrzymałość, odporność na ścieranie. Duży dodatek wolframu 8% do 20% zwiększa odporność stali na odpuszczanie. W symbolach stali jego dodatek oznacza się literą W.

-molibden

Zwiększa hartowność stali. Podnosi wytrzymałość i zmniejsza kruchość i podnosi odporność na pełzanie. W symbolach stali jego dodatek oznacza się literą M.

-wanad

Zwiększa drobnoziarnistość stali i znacznie powiększa jej twardość. W symbolach stali jego dodatek oznacza się literą V (F).

-kobalt

Zwiększa drobnoziarnistość stali i znacznie powiększa jej twardość. W symbolach stali jego dodatek oznacza się literą K.

-krzem

Normalnie traktowany jako niepożądana domieszka, zwiększa kruchość stali. Staje się pożądanym składnikiem w stalach sprężynowych. Ze względu na fakt, że zmniejsza energetyczne straty prądowe w stali, dodaje się go w ilościach do 4% do stali transformatorowej. W symbolach stali jego dodatek oznacza się literą S.

-miedź

Posiada podobne właściwości fizyczne jak czyste żelazo, lecz jest znacznie bardziej odporne na korozję. Miedź jest pożądanym dodatkiem i jej zawartość systematycznie wzrasta wraz z użyciem stali złomowej przy wytapianiu nowej stali. W symbolach stali jej dodatek oznacza się literami Cu.

3.Jak ocenia się przydatność stali stopowych konstrukcyjnych do określonego ich zastosowania?

Przydatność stali konstrukcyjnych do określonego ich zastosowania ocenia się na podstawie badań własności mechanicznych przeprowadzonych przy temperaturze pokojowej lub dodatkowo przy innej temperaturze zalecanej warunkami ich pracy. Najbardziej istotnym kryterium wytrzymałościowym jest stosunek Re/Rm x 100%, który dla stali ulepszanych cieplnie osiąga wartość 90 do 95% (co oznacza, że konstrukcja stalowa nie odkształca się plastycznie w czasie pracy). Jeżeli natomiast konstrukcja musi być wyjątkowo sztywna, wtedy przy obliczeniach w miejsce Re stosuje się wartość granicy sprężystości Rs.

4.Co to są stale konstrukcyjne? W jakich warunkach mogą pracować?

Stal konstrukcyjna - stal używana do budowy konstrukcji stalowych, części urządzeń i maszyn o typowym przeznaczeniu. Gdy konstrukcja lub element urządzenia pracuje w trudnych lub ekstremalnych warunkach atmosferycznych, wytężeniowych lub cieplnych, stosuje się stale specjalne.

5.Rodzaje stali stopowych konstrukcyjnych.

Podstawowymi grupami stali stopowych konstrukcyjnych są:

•stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości

•stale do ulepszania cieplnego

•stale sprężynowe

•stale do utwardzania powierzchniowego (nawęglania, azotowania, hartowania powierzchniowego)

•stale na łożyska toczne

6.Krótkie charakterystyki poszczególnych grup stali stopowych konstrukcyjnych (charakterystyczne własności, charakterystyczny pierwiastek lub pierwiastki, charakterystyczna obróbka cieplna, charakterystyczne zastosowanie).

-Stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości (SSPW)
Do tej grupy zalicza się stale spawalne stosowane do budowy konstrukcji przemysłowych, statków, zbiorników ciśnieniowych, rurociągów, nadwozi pojazdów, mostów, zbrojenia betonów itp. Charakteryzuje je dobra spawalność co powoduje, że ich skład chemiczny podlega ograniczeniom i jest dobierany z uwzględnieniem wartości równoważnika węgla obliczanego wg. wzoru: Ce = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 %

Stale stopowe do ulepszania cieplnego

Do tej grupy zalicza się stale przeznaczone na elementy konstrukcji i części maszyn podlegające dużym obciążeniom mechanicznym, np. wały, koła zębate, korbowody, oprawy narzędzi składanych z częścią roboczą z węglików spiekanych. Charakteryzuje je średnia lub duża hartowność wyrażona średnicą krytyczną (po hartowaniu w wodzie) od ok. 30 do 80 mm. Należą tu stale niskostopowe o zawartości węgla ok. 0,25 - 0,5% (decydującego o własnościach wytrzymałościowych) oraz dodatków stopowych, których głównym celem jest nadanie stali określonej hartowności - takich jak Mn, Cr, Si, Mo,Ni,V i W- w łącznym stężeniu nie przekraczającym 3 do 5%. Molibden i wanad powodują dodatkowo zmniejszenie wrażliwości na kruchość odpuszczania stali.

Stale sprężynowe

Materiał na sprężyny powinien charakteryzować się następującymi własnościami:

•bardzo dobre własności sprężyste, a więc wysoka granica sprężystości,

•duża wartość stosunku Rs do Re i Rm,

•pewne minimum plastyczności aby w razie przekroczenia granicy sprężystości nie występowało kruche pękanie materiału,

•duża wytrzymałość na zmęczenie ważna zwłaszcza dla sprężyn i resorów pojazdów mechanicznych.

Stale stopowe do utwardzania powierzchniowego:

A. Stale stopowe do nawęglania

Stale do nawęglania stanowią najliczniejszą grupę gatunków poza stalami do ulepszania cieplnego. Są to stale niskostopowe charakteryzujące się małą zawartością węgla - do 0,25%, zapewniającą ciągliwość rdzenia wyrobu w stania zahartowanym i niskoodpuszczonym, oraz zwykle niewielkim dodatkiem chromu - 1 do 2%. Dodatkowo stale te mogą zawierać Ni (do 3,5%), Mo (do 0,3%), W (1,0%) i Ti (0,1%). Dodatki stopowe zwiększają hartowność, zapewniają wymagane własności wytrzymałościowe rdzenia wyrobu, zapobiegają rozrostowi ziarna i zmniejszają naprężenia hartownicze

B. Stale stopowe do azotowania

Azotowanie pozwala otrzymać cienką, twardą i odporną na ścieranie warstwę powierzchniową o zwiększonej odporności na korozję. Twardość warstwy wierzchniej, jak i wytrzymałość rdzenia powinny być większe od uzyskiwanych w wyniku nawęglania i obróbki cieplnej. Podstawowymi składnikami stali do azotowania są Cr,Mo i Al. Zawartości węgla (0,25 do 0,40%) są tak dobierane aby po ulepszaniu cieplnym zapewnić właściwą

wytrzymałość rdzenia wyrobu.

Stale na łożyska toczne

Z uwagi na zastosowanie do stali konstrukcyjnych zalicza się również stale na łożyska toczne, chociaż ich skład chemiczny ( do 1,0% C) odpowiada stalom narzędziowym. Powinny charakteryzować się bardzo dużą twardością, odpornością na ścieranie, jednorodnością struktury (równomiernie rozmieszczone, sferoidalne węgliki), wysokim stopniem czystości (max. 0,027%P i 0,020%S) oraz hartownością zapewniającą występowanie struktury martenzytycznej na całym przekroju.

Stale do pracy przy niskich temperaturach

Charakteryzują się dużą ciągliwością przy niskich temperaturach, tzn. temperatura przejścia plastyczno-kruchego dla tych stali musi być możliwie niska. Zakres temperatur ich stosowania wynosi 20 oC do - 273 oC. Obniżenie temperatury, zwłaszcza znacznie poniżej 0 oC, powoduje wzrost granicy plastyczności i wytrzymałości, z równoczesnym zmniejszeniem plastyczności. Zatem o możliwości stosowania stali przy bardzo niskich temperaturach decydują nie tylko własności wytrzymałościowe (jak u innych stali konstrukcyjnych) ale odpowiednia ciągliwość dla zapobiegania kruchemu pękaniu.

Stale do pracy w temperaturach podwyższonych

Są stosowane głównie w energetyce na rury wymiennikowe, armaturę kotłów i turbin, walczaki kotłów parowych itp. pracujące w temperaturach do ok. 500 oC i dlatego dodatkowo muszą być odporne na zmęczenie cieple, pełzanie, korozję.

7.Jak ocenia się spawalność stali konstrukcyjnych i co to jest równoważnik węgla?

Ocenia się za pomocą równoważnika węgla o wzorze: Ce = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 %

gdy Ce < 0,45% to stal jest spawalna bez żadnych ograniczeń. Stale o większym równoważniku węgla wymagają podgrzewania przed spawaniem, regulowanego chłodzenia albo wyżarzania po spawaniu. Z tego powodu stale te mają ograniczoną zawartość węgla do 0,20 %, przy czym obecnie dąży się do jego ograniczenia nawet do 0,10 %.

8.Wpływ wielkości ziarna na granicę plastyczności i Tpk.

Tpk - temperatura przejścia plastyczno-kruchego 

Wraz ze zmniejszaniem się średniej wielkości ziarna, większa jest granica ich plastyczności, twardość, a mniejsza jest plastyczność materiału.

9.Jaka jest prawidłowa budowa stali na łożyska, a także podział stali do pracy w niskich temperaturach.

Z uwagi na zastosowanie do stali konstrukcyjnych zalicza się również stale na łożyska toczne, chociaż ich skład chemiczny ( do 1,0% C) odpowiada stalom narzędziowym. Powinny charakteryzować się bardzo dużą twardością, odpornością na ścieranie, jednorodnością struktury (równomiernie rozmieszczone, sferoidalne węgliki), wysokim stopniem czystości (max. 0,027%P i 0,020%S) oraz hartownością zapewniającą występowanie struktury martenzytycznej na całym przekroju.

10.Jakie własności powinny mieć stale stopowe narzędziowe?

Stal narzędziową charakteryzuje zasadniczo: skład chem. , twardośc i wytrzymałośc oraz hartowność.Do dalszych właściwości nalezą : odporność na scieranie, ciągliwość zdolność skrawania, odporność na działanie wysokich temperatur, skłonność do rozrostu ziarna, wytrzymałość zmęczeniowa, stabilność wymiarów, odporność na działanie czynników korozyjnych oraz zdolność do regeneracji. W zależności od rodzaju narzędzia i jego warunków przacy niektóre z tych włanosci mogą mieć znaczenie decydujące, a inne drugoorządne albo też nie musz być wogole brane pod uwage.

11.Rodzaje stali stopowych narzędziowych.

* stale do pracy na zimno

*stale do pracy na gorąco

* stale szybkotnące.

12.Do jakiej temperatury mogą się nagrzewać stale stopowe do pracy na zimno?

Od stali do pracy na zimno wymaga się, by zachowała swoje właściwości do temperatury +200 °C.

13.Charakterystyczny pierwiastek i obróbka cieplna stali stopowych narzędziowych do pracy na zimno. 14.Prawidłowa budowa stali stopowych narzędziowych do pracy na zimno.

Dośc dużo węgla i dodatek chromu aby powstały twarde węgliki chromu.

Obróbka cieplna: Hartowanie i niskie odpuszczanie.

prawidłowa struktura: martenzyt odpuszczony i węgliki chromu

15.W jakim przedziale temperatur mogą pracować stale stopowe narzędziowe do pracy na gorąco?

Stale te przeznaczone są w szerokim zakresie temperatur od 250 stopni Celcjusza aż do 600-700 stopni Celcjusza.

Zastosowanie: Wytwarznie matryc do pras i kużniarek, stępli do spęczniania, trzepieni i ciągadeł do przeciągania na gorąco rur i prętów, bębnów walcarek, noży, przebijaków do gorących blach itp.

16.Jakie powinny mieć własności stale stopowe narzędziowe do pracy na gorąco?

Własciwosci:zachowanie wysokich własnosci mechanicznych w podwyzszonych temp,duża hartowność,wysoka wytrzymałość na obciązenia dynamiczne,zdolność do znoszenia nagłych zmian temperatury oraz odpornosc na zmęczenie cieplne.

17.Obróbka cieplna stali stopowych narzędziowych do pracy na gorąco.

Hartowanie i odpuszczanie w temp o 100 stopni Celcjusza wyższej niż przewidywalna temp pracy narędzia.

18.Zastosowanie stali stopowych narzędziowych do pracy na zimno i na gorąco.

Na gorąco:

Zastosowanie: Wytwarznie matryc do pras i kużniarek, stępli do spęczniania, trzepieni i ciągadeł do przeciągania na gorąco rur i prętów, bębnów walcarek, noży, przebijaków do gorących blach itp.

Na zimno:

przeznaczona jest na narzędzia tnące do cięcia papieru, gumy, noże krążkowe, wiertła, Używane do wytwarzania pierścieni do przeciągania, noży do nożyc, kowadeł, wykrojników, rolek do walcowania na zimno, narzędzi do cięcia kamienia, narzędzi do ciągnienia drutu, gratownic, narzędzi do wyrobu gwoździ, przymiarów, form do tłoczenia i wtryskiwania tworzyw sztucznych. Używane na ostrza młotów pneumatycznych lub inne podobne urządzenia.pily

19.Co to są stale szybkotnące i do jakiej temperatury mogą się nagrzewać?

Stale szybko tnące są stalami stosowanymi na narzedzia skrawające z duzymi szybkosciami, a zatem muszą mieć one dużą twardość i odpornośc na sciaranie w wys temp(dochodzących do 600-650stopni).Charakteryzują się duzą zawartoscia wegla i pierwiastków stopowych , tworzących wegliki.

20.Jaką mikrostrukturę powinny mieć stale szybkotnące?

martenzyt odpuszczony i dużo twardych równomiernie rozmieszczonych w całej objętości materiału węglików stopowych.

21.Zastosowanie stali szybkotnących.

Stali szybkotnącej używa się do wytwarzania noży tokarskich, frezów, wierteł i innych narzędzi skrawających nagrzewających się w czasie pracy do wysokich temperatur.

22.Obróbka cieplna stali szybkotnących.

obróbka cieplna polega na nagrzaniu do temp znacznie wyższej(1100-1150stopni) od A3A1 w celu rozpuszczenia w stali dodatkow stopowych(aby mogły powstac węgliki),wygrzaniu w tej temp a nast. chłodzeniu w oleju.Po hartowaniu stal należy 3-krotnie odpuścić w temp 600-650 stopni aby usunąc naprzężenia wewnętrzne, austenit szczatkowy oraz spowodowac dodatkowe widzialnie się weglików.

23.Rodzaje stali i stopów specjalnych.

Stale specjalne:

* stal nierdzewna

* stal kwasoodporna

* stal żarowytrzymała

* stal żaroodporna

* stal magnetyczna

* stal odporna na zużycie

Stopy specjalne:

-Stopy do termopar, kabli kompensacyjnych i łączeniowych.

-Stopy Ni - Fe o stałym współczynniku rozszerzalności cieplnej.

-Stopy żaroodporne do zastosowań mechanicznych.

-Stopy miedziowo - niklowe do zastosowań specjalnych.

24.Co to jest stal lub staliwo Hadfielda, jaką mają charakterystyczną: skład chemiczny i własności ? Jaki warunek musi być spełniony żeby były odporne na ścieranie ?

Stal odporna na zużycie - staliwo, w którym następuje bardzo powolne zużycie powierzchowne, tzw. ścieranie. Jest stalą wysokowęglową zawierającą 11 do 14% manganu. Jest tak twarda, że nie daje się jej obrabiać skrawaniem. Gotowe elementy odlewa się w formach, dlatego choć nazywana jest stalą, technicznie jest staliwem.

Stal Hadfielda - (o oznaczeniu: X120Mn13 - stare oznaczenie 11G12) - stal o dużej odporności na ścieranie. Zawiera 1,1-1,3%C i 12-13%Mn. Powyżej 950°C stal Hadfielda posiada strukturę austenityczną. Po ochłodzeniu do temperatury pokojowej, jest mieszaniną ferrytu i cementytu manganowego. Stal ta charakteryzuje się bardzo dużą skłonnością do umocnienia, gdyż pod wpływem zgniotu tworzą się w niej mikrobliźniaki. Twardość takiej stali wynosi ok. 500 HB.

Stal Hadfielda umacnia się podczas pracy

Stosowana jest głównie na elementy szczególnie narażone na ścieranie przy dużych naciskach:

1. kosze koparek,

2. gąsienice ciągników,

3. rozjazdy kolejowe,

4. kraty więzienne.

25.O stalach odpornych na korozję. Dlaczego mają taką odporność?

Stale odporne na korozję - jest to pojęcie zbiorcze dla stali zawierających co najmniej

10,5 % chromu (Cr) i wykazujących w przeciwieństwie do stali niestopowych wyraźnie polepszoną odporność na korozję. Wyższe zawartości Cr i dalszych składników stopowych jak na przykład nikiel (Ni) oraz

molibden (Mo) jeszcze bardziej podwyższają odporność na korozję. Ponadto dodanie

określonych innych, pierwiastków do stopu może mieć pozytywny wpływ na dalsze

własności, na przykład:

-niob, tytan (odporność na korozję

międzykrystaliczną),

-azot (wytrzymałość, odporność na

korozję) oraz

- siarka (skrawalność).

26.Wpływ chromu na potencjał elektrochemiczny stopów żelaza.

Chrom wprowadzony do stali przy 13% swej zawartości powoduje skokową zmianę potencjału elektrochemicznego z -0,6V do +0,2V.Wynika stąd ze odporność na korozję występuje dopiero przy zawartości 13%-+14% chromu

27.Co to są stale 18/8? 30.Zastosowanie stali 18/8.

Stal nierdzewna o zawartości 18% chromu - 8% niklu, stosowana najczęściej w sprzęcie kuchennym (garnkach, sztućcach, części sprzętu kuchennego) i przemyśle spożywczym. Odporna na korozje, na działanie kwasu azotowego, steżonego kwasu siarkowego , fosforowego i innych.

28.Na czym polega korozja międzykrystaliczna w stalach 18/8 i jak się jej przeciwdziała?

Wadą stali 18/8 jest skłonność do korozji międzykrystalicznej, która występuje, gdy były one nagrzane do temperatury 450° ÷ 700°C.Przyczyną tego rodzaju korozji jest wydzielanie się na granicach ziarn węglików chromu powodujące zubożenie granic ziarn w chrom. Skłonność do korozji międzykrystalicznej można usunąć przez:

-obniżenie zawartości węgla w stali do 0,02 - 0,03%

-wprowadzenie do stali silnie węglikotwórczych pierwiastków jak tytan i niob

-wyżarzanie stabilizujące przy ok. 850°c

-przesycanie

29.Co to jest korozja naprężeniowa?

Korozja naprężeniowa - rodzaj korozji elektromechanicznej, zachodzi na skutek istnienia w metalu naprężeń własnych. Miejsca materiału o różnych naprężeniach mają rozmaite ilości energii wewnętrznej, co w obecności roztworów prowadzi do powstania ogniw lokalnych, które z kolei powodują korozję. Mogą to być naprężenia zarówno wywołane działaniem sił zewnętrznych jak i naprężenia z uprzedniach procesów technologicznych, np. zginania, spawnia. Przejawem tej korozji są peknięcia.

31.Co to jest żaroodporność, żarotrwałość i żarowytrzymałość?

Żaroodporność - odporność na utleniające działanie gazów przy temperaturach powyżej 550°C, tj. powyżej temperatury czerwonego żaru

Żarowytrzymałość - zdolność do przenoszenia obciążeń przy wysokich temperaturach.Wytrzymałość materiału jest zależna od temperatury i czasu.

32.Jakie własności muszą mieć stale zaworowe, w jakich warunkach środowiska muszą pracować ?

Stal zaworowa - odmiana stali żarowytrzymałej wykorzystywanej do wytwarzania zaworów silników spalinowych.Odznaczaja się żarodpornością i żarowytrzymałością, znaczną plastycznością i dobrą spawalnością.Odporne na korozje.Pracuja w zakresie 500-650 stopni.

33.Co to są stale maraging? Jakie mają własności? Na co są stosowane?

Stal maraging jest to rodzaj stali w którym podstawowym mechanizmem umacniania jest wydzielanie faz międzymetalicznych w osnowie typu martenzytycznego z końcowym procesem starzenia. Stale tego typu zachowują dobre właściwości plastyczno-wytrzymałościowe w szerokim zakresie temperatur pracy. Niektóre gatunki stali maraging mogą pracować niezawodnie nawet do 600°C. Do najbardziej znanych stali tego typu należą stale zawierające 20-25% Ni z dodatkami 1,3-1,6%Ti, 0,15-0,30% Al, 0,3-0,5% Nb. Wadą stali mariging jest ich wysoka cena, w porównaniu do niskostopowych stali wysokowytrzymałych, w związku z tym zastosowanie ogranicza się jedynie do specjalnych zastosowań takich jak:

1. elementy silników rakietowych,

2. przeguby skrzydeł o zmiennej geometrii,

3. wały turbin gazowych,

4. lufy dział szybkostrzelnych,

5. korbowody i wały napędowe samochodów,

6. ostrza do szermierczej broni sportowej (np. floret),

ĆW. 24/30/31

1. Podział stopów metali nieżelaznych ze względu na ich występowanie na układzie równowagi.

2. Co to są siluminy? Na czym polega ich modyfikacja i w jakim celu się ją przeprowadza? Jak zmienia się podczas modyfikacji budowa siluminu?*

3. Rodzaje mosiądzów. *

4. Co to są mosiądze?*

5. Korozja mosiądzów.*

6. Rodzaje brązów.*

7. Co to są brązy?*

8. Obróbka cieplna stopów metali nieżelaznych (utwardzanie wydzieleniowe).*

9. Jakimi własnościami powinny się charakteryzować stopy łożyskowe i jaką mają budowę?

10. Co to są babbity?*

1.Podział stopów metali nieżelaznych ze względu na ich występowanie na układzie równowagi.

2.Co to są siluminy? Na czym polega ich modyfikacja i w jakim celu się ją przeprowadza? Jak

zmienia się podczas modyfikacji budowa siluminu?

Silumin, alpaks - typowy stop odlewniczy - stop aluminium z dodatkiem krzemu, oraz innymi (o mniejszym udziale procentowym) dodatkami takimi jak miedź, magnez, mangan i nikiel, odporny na korozję, o dobrej lejności, małym skurczu i małą skłonnością do pękania, popularny w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.

Siluminy maja bardzo dobre właściwości odlewnicze, tzn. dobrą lejność, mały skurcz, dokładnie wypełniają formę, tworzą skoncentrowaną jamę usadową i nie wykazują skłonności do pękania. Dodatki stopowe, takie jak magnez i miedz zwiększają wytrzymałość, nikiel poprawia odporność korozyjną stopu.

Najpopularniejsze siluminy to AK12 i AK20 (o 12% i 20% zawartości krzemu), wykorzystywane powszechnie na tłoki cylindrów. W celu poprawy własności siluminów stosuje się ich modyfikację. Siluminy podeutektyczne i eutektyczne modyfikuje się fluorkiem sodu nie przekraczającym 0,1%, a siluminy nadeutektyczne fosforem.

W celu poprawy właściwości mechanicznych siluminu, bardzo często stosuję się zabieg utwardzania dyspersyjnego, polegający na wyżarzaniu i starzeniu stopu.

3.Rodzaje mosiądzów.

-Mosiądze dwuskładnikowe

-Mosiądze ołowiowe

-Mosiądze specjalne

* Mosiądze cynowe

* Mosiądze aluminiowe

* Mosiądze manganowe

* Mosiądz niklowy

* Mosiądz krzemowy

-Mosiądze wysokoniklowe

4.Co to są mosiądze?

Mosiądz - stop miedzi i cynku, zawierający do 45% cynku. Może zawierać dodatki innych metali, takich jak ołów, aluminium, cyna, mangan, żelazo, chrom oraz krzem. Topnieje w temperaturze ok. 1000 °C (zależnie od gatunku).

Mosiądz ma kolor żółty (złoty), przy mniejszych zawartościach cynku zbliżający się do naturalnego koloru miedzi. Stop ten jest odporny na korozję, ciągliwy, łatwy do obróbki plastycznej. Posiada dobre właściwości odlewnicze.

Z mosiądzu wytwarza się armaturę, osprzęt odporny na wodę morską, śruby okrętowe, amunicję, okucia budowlane, w szczególności klamki.

5.Korozja mosiądzów.

Odcynkowanie zachodzi, gdy elementy mosiężne znajdują się w obecności niektórych elektrolitów, zwłaszcza zawierających jony chloru. Cynk i miedź przechodzą wówczas równocześnie do roztworu, z którego następnie wydziela się z powrotem miedź w postaci gąbczastej . Po wytrąceniu miedzi korozja jeszcze się wzmaga i po dłuższym okresie znaczną część przekorju zajmuje gąbczasta miedź, podczas gdy cynk pozostaje w roztworze, co prowadzi w końcu do pęknieć. Niebezpiecznie, że przebieg korozji nie uwidacznia się na zewnątrz i elementy do momentu ich pęknięcia zachowują swój pierwotny kształt.

6.Rodzaje brązów.

-Brąz cynowy - Zawiera od 1% do 9% cyny: Ma barwę szarą, której intensywność wzrasta wraz z zawartością cyny. Mogą zawierać także inne dodatki stopowe, takie jak cynk (2,7% do 5%), ołów (1,5% do 4,5%) oraz domieszki fosforu (0,1% do 0,3%) z zanieczyszczeniami nie przekraczającymi 0,3%.

-Brąz aluminiowy - Zawiera od 4% do 11% aluminium: Może zawierać także inne dodatki stopowe, takie jak żelazo (2,0% do 5,5%), mangan (1,5% do 4,5%) oraz nikiel (3,5% do 5,5%), z zanieczyszczeniami nie przekraczającymi 1,7%.

-Brąz berylowy - Zawiera od 1,6% do 2,1% berylu: Może zawierać także inne dodatki stopowe, takie jak nikiel w połączeniu z kobaltem (0,2% do 0,4%) oraz tytan (0,1% do 0,25%), z zanieczyszczeniami nie przekraczającymi 0,5%.

-Brąz krzemowy - BK31 (CuSi3Mn1): Zawiera 2,7% do 3,5 krzemu i 1,0% do 1,5% manganu, przy zanieczyszczeniach nie przekraczających 1,0%.

-Brąz manganowy - BM123 (CuMn12Ni3): zawiera 11,5% do 13% manganu i 2,5% do 3,5% niklu przy dopuszczalnych zanieczyszczeniach do 1%. Stosowany na oporniki wysokiej jakości.

7.Co to są brązy?

Brązy - stopy miedzi z cyną lub innymi metalami[1] i ewentualnie innymi pierwiastkami, w których zawartość miedzi zawiera się w granicach 80-90% wagowych (stopy miedzi, które nie noszą nazwy "brąz", to mosiądze - stopy miedzi i cynku oraz miedzionikiel - stop miedzi z niklem).

Techniczne stopy Cu z Sn mają zazwyczaj strukturę roztworu α. Duży zakres temperatury krystalizacji brązów o strukturze α sprzyja jednak ich skłonności do segregacji. Z tego powodu w stopach chłodzonych w warunkach rzeczywistych, nawet przy niewielkim stężeniu Sn, oprócz niejednorodnej fazy α tworzą się fazy, które w warunkach równowagi występują przy większym stężeniu Sn.

8.Obróbka cieplna stopów metali nieżelaznych (utwardzanie wydzieleniowe).

Utwardzanie wydzieleniowe - Metoda obróbki cieplnej metali prowadząca w efekcie do zwiększenia ich wytrzymałości mechanicznej. Utwardzenie jest efektem wydzielenia rozpuszczonego składnika z roztworu przesyconego a w temperaturze niższej prowadzące w efekcie do zmiany właściwości stopu.( przesycanie a nastepnie starzenie)

9.Jakimi własnościami powinny się charakteryzować stopy łożyskowe i jaką mają budowę?

Stopy łożyskowe - stopy metali wykorzystywane do wylewania panewek łożysk ślizgowych charakteryzujące się zazwyczaj następującymi cechami:

* niewielką rozszerzalnością cieplną w zakresie temperatur pracy łożyska

* dobrą przewodnością termiczną

* małym współczynnikiem tarcia

* zdolnością pochłaniania niewielkich obcych cząsteczek i możliwością dopasowywania się do powierzchni czopa

* odpornością na kwasy znajdujące się w niektórych smarach.

* odpornością na korozję.

Budowa: najlepsza budowe przestawiają babity

10.Co to są babbity?

Babbit to stop łożyskowy z zawartością 83% cyny 9%-10% antymonu oraz 3%-6% miedzi. Stop ten jest używany na silnie obciążonych panewkach łożysk ślizgowych.

Wysokie właśności wytrzymałościowe, małe własnośćie plastyczne

CW. 35 Obróbka cieplna

1. Schemat zabiegów OC

2. Opisać charakterystyczne cechy przemian dyfuzyjnych.

3. Przykłady przemian dyfuzyjnych w stalach.

4. Na czym polega normalizowanie stali, wyż. ujednoradniające, wyż. zupełne i jakie są różnice pomiedzy tymi zabiegami i jaki jest cel ich stosowania

5. Opisać charakterystyczne cechy przemian bezdyfuzyjnych.

6. Przebieg przemiany martenzytycznej w stali

7. Przebieg przemiany bainitycznej w stalach

8. Rodzaje hartowań

9. Jak ośrodki chłodzące : woda, olej lub powietrze wpływają na własności stali

10. Co to jest martenzyt, charakterystyczne własności i budowa martenzytu

11. Co to jest bainit ?

12. Co to jest hartowność, co jest miarą hartowności, od czego zależy hartowność.

13. Przemiany podczas odpuszczania stali niestopowej - rodzaje odpuszczania, zmiana własności stali podczas odpuszczania

14. Co to są wykresy CTP, rodzaje wykresów i cel ich stosowania

WYKŁADY - tematy do opanowania przez studentów, które są wymagane do egzaminu.

1. Wiązania między atomami.

2. Charakterystyczne cechy kryształów metali (stan krystaliczny, struktura amorficzna).

3. Elementy sieci przestrzennej kryształu (prosta sieciowa, podstawowy period identyczności, płaszczyzna sieciowa, sieć przestrzenna, węzły sieci).

4. Elementarna komórka sieciowa (prymitywna, centrowana, regularna).

5. A₁, A₂, A₃ - opis i wielkości je charakteryzujące (liczba koordynacyjna, współczynnik wypełnienia sieci).

6. Wady budowy krystalicznej (punktowe, liniowe, powierzchniowe).

7. Co to są procesy aktywowane cieplnie?

8. Polikrystaliczna struktura metali (monokryształy i polikryształy).

9. Co to jest stop? Jak opisuje się skład chemiczny stopu?

10. Co to jest faza? Co to jest układ równowagi fazowej?

11. Charakterystyczne cechy roztworów stałych, związków chemicznych, faz międzymetalicznych.

12. Wpływ wydzieleń i węglików na własności materiału.

13. Krzywa przejścia plastyczno - kruchego.

14. Metody badania własności stopów.

15. Mechanizmy pękania stopów.

1.Wiązania między atomami

a)jonowe - powstają wówczas gdy elektrony walencyjne atomu elektrododatniego dostaną przyłączone przez atom elektroujemny, wówczas oba atomy maja zapełnione powłoki walencyjne,

b)międzycząsteczkowe - powstają w wyniku przyciągania siłami Van-der-waalsa, które występują między chwilowymi dipolami elektrycznymi powstałych atomów na wskutek nierównomiernego rozmieszczenia ładunków w ich chmurach elektronowych.

c)atomowe - mają miejsce gdy elektrony walencyjne pierwotnie różnych atomów elektroujemnych stworzą pary elektronów należące wspólnie do jąder dwóch atomów

d)metaliczne - w wiązaniu tym elektrony znajdujące się na zewnętrznych powłokach tworzą chmurę elektronową, która może swobodnie się przemieszczać. Występują w dużych skupiskach atomów pierwiastków metalicznych, które po zbliżeniu się na odległość charakterystyczna dla stałego stanu skupienia oddają swoje elektrony walencyjne na rzecz całego zbioru atomów.

2.Charakterystyczne cechy kryształów metali (stan krystaliczny, struktura amorficzna)

Stan krystaliczny - jest to stan materii charakteryzujący się prawidłowym rozłożeniem przestrzennym atomów, jonów lub cząsteczek. Taką budowę mają metale i stopy metali.

Struktura amorficzna - Ciało będące w stanie amorficznym jest ciałem stałym, ma chaotyczną budowę. Atomy są rozmieszczone przypadkowo. Przykładem może być szkło metaliczne. Powstaje w wyniku bardzo szybkiego chłodzenia metalu w stanie ciekłym. Proces zeszklenia. Ma dobre właściwości magnetyczne.

3.Elementy sieci przestrzennej kryształu (prosta sieciowa, podstawowy period

identyczności, płaszczyzna sieciowa, sieć przestrzenna, węzły sieci).

Elementy sieci przestrzennej kryształu:

Prosta sieciowa - jest to każda prosta łącząca środki dowolnych dwóch atomów w krysztale.

Podstawowy period identyczności = parametr sieci - jest to najbliższa odległość atomów na prostej sieciowej w sieci prymitywnej.

Płaszczyzna sieciowa - jest wynikiem przesunięcia tzw. translacji prostej sieciowej o parametr sieci w kierunku różnym od kierunku prostej, co powoduje właśnie powstanie płaszczyzny prostej.

Sieć przestrzenna - tworzy ją płaszczyzna sieciowa poddana translacjom w kierunku do niej nierównoległym.

Węzły sieci - są to punkty przecięcia się prostych sieciowych.

4.Elementarna komórka sieciowa (prymitywna, centrowana, regularna).

5.A₁, A₂, A₃ - opis i wielkości je charakteryzujące (liczba koordynacyjna, współczynnik wypełnienia sieci).

A₁ - komórka płytko (ściennie) centrowana układu regularnego (RSC)

Jest sześcianem, w którym atomy są rozmieszczone na narożach i na środkach ścian. Środek takiej komórki jest pusty, nie ma tam atomu. Ta pusta przestrzeń gdzie nie ma atomu nazywana jest luką.

W tej sieci krystalizują takie pierwiastki: Cu, Ni, Al., Pb, Pt, Au, Ag, austenit? - cechują się one dużą powściągliwością.

A₂ - komórka przestrzennie centrowana układu regularnego (RPC)

Jest sześcianem, w którym atomy są rozmieszczone na narożach i w środku sześcianu.

W tej sieci krystalizują pierwiastki: Mo, V, Nb, Cr, ferryt - są one niezbyt ciągliwe.

A₃ - komórka elementarna układu heksagonalnego Jest graniastosłupem o podstawie rombu z kątami 60° i 120°. Atomy są rozmieszczone na narożach i w połowie wysokości komórki.

W tej sieci krystalizują: Zn, Mg, Cd - są one niezbyt ciągliwe

A_{4 - komórka tetragonalna}

Jest prostopadłościanem, w którym atomy rozmieszczone są

W tej sieci krystalizują: Su, Iu, martenzyt.

a = b mniejsze od c

Stopień tetragonalności = 1,37

Przy opisie komórki krystalicznej , podaje się wielkości charakteryzujące ją:

a) symbol (A_1, A_2, A₃ A_4, itd.)

b) liczba koordynacyjna - jest to ilość atomów znajdująca się w najbliższej i równej odległości od atomu leżącego wewnątrz sieci.

c) współczynnik wypełnienia sieci - jest to stosunek objętości sieci przestrzennej ujętej? poza atomy do całkowitej jej objętości.

* Im bardziej zwarte jest ułożenie atomów w sieci przestrzennej tym większa jest liczba koordynacyjna i większy współczynnik wypełnienia sieci:

A_{1 - l. k= 12 w. w = 0,74}

A_{2 - l. k = 8 w. w = 0,68}

A_{4 -} l. k = 12 w. w = 0,74

6.Wady budowy krystalicznej (punktowe, liniowe, powierzchniowe).

1. Wady punktowe - są to niewielkie wady, umiejscowione wokół punktu do których należą:

a) wakansy (luki) - są to wolne, nie obsadzone kryształami węzły w sieci krystalicznej

b) atomy międzywęzłowe - są to atomy, które opuściły węzły sieci krystalicznej zajmując pozycję w lukach międzywęzłowych, poza węzłami sieci krystalicznej.

Obecność atomu międzywęzłowego powoduje „rozepchanie” sieci krystalicznej zwane ekspansją.

Obie te wady mogą się poruszać. Dzieje się tak przy odpowiedniej energii dostarczone z zewnątrz, dlatego wady mogą zmieniać swoje położenie w sieci krystalicznje.

2. Wady liniowe - są to zakłócenia budowy krystalicznej, które w jednym kierunku mają wymiar kilku odległości atomowych, a w drugim — całego ziarna lub znacznej jego części.

a) dyslokację krawędziową stanowi krawędź ekstra płaszczyzny, tzw. półpłaszczyzny sieciowej umieszczonej między nieco rozsuniętymi płaszczyznami kryształu o budowie prawidłowej. Dyslokacje mogą być dodatnie (odwrócone T) i ujemne T.

W zależności od kierunku przyłożenia zewnętrznych sił, mogą się poruszać w sieci krystalicznej. Jeżeli siły przyłożone są prostopadłego dyslokacji

b) dyslokacja śrubowa - defekt spowodowany przemieszczeniem części kryształu wokół osi, zwanej linią dyslokacji śrubowej

c) dyslokacje mieszane - są to dyslokacje złożone, które maja cechy dyslokacji śrubowych jak i krawędziowych. Do wad powierzchniowych zaliczamy granice ziarn, mikroszczeliny wewnętrzne i tym podobne wady, które maja wymiar makroskopowy

3. Wady powierzchniowe - Granice ziaren stanowią powierzchniowe wady budowy krystalicznej. W metalu polikrystalicznym oddzielają ziarna różniące się orientacją krystaliczną a także składem.

7.Co to są procesy aktywowane cieplnie?

Procesy aktywowane cieplnie - są to procesy do który potrzebna jest inicjacja cieplna, a więc zachodzą one w funkcji temperatury.

Na przykład: przy odpowiedniej energii dostarczonej z zewnątrz obie wady: wakansy i atomy międzywęzłowe mogą zmieniać woje położenie w sieci krystalicznej. Gdy wakans spotka atom międzywęzłowy to ulegnie likwidacji ponieważ powstanie obsadzony węzeł sieci krystalicznej.

8.Polikrystaliczna struktura metali (monokryształy i polikryształy)

Metale w stanie stałym mogą występować jako:

a) Monokryształy - charakteryzują się

prawidłowym rozmieszczeniem przestrzennym atomów z zachowaniem jednakowej orientacji przestrzennej wszystkich elementarnych komórek sieciowych w całej objętości kryształu. Są to ciała anizotropowe, tzn. wykazują silną zależność własności fizycznych, chemicznych i mechanicznych od kierunku ich badania lub kierunku pobrania próbek. W praktyce metale rzadko wykazują strukturę monokryształów, chyba, że są otrzymane specjalnymi metodami.

b)Polikryształy - są to metale techniczne otrzymywane metodami konwencjonalnymi. Składają się z ziaren, z których każde w przybliżeniu ma prawidłową strukturę krystaliczną, ale różnią się całkowicie przypadkową orientacja krystaliczną poszczególnych ziaren. Dlatego metale polikrystaliczne są ciałami quasi-izotropowymi tzn, mają niemal identyczne własności w różnych kierunkach badan lub kierunkach pobrania próbek.

9.Co to jest stop? Jak opisuje się skład chemiczny stopu?

Stop - jest to substancja dwu lub wielo składnikowa makroskopowo wykazująca właściwości metaliczne, przy czym co najmniej jeden z głównych składników stopu jest metalem. Pozostałe składniki to substancje proste ( pierwiastki) lub złożonymi ( związki nie ulegające przemianom). Stopy charakteryzują się wiązaniem metalicznym jedynym, albo jednym z wielu występujących pomiędzy atomami.

Skład chemiczny stopu opisuje się następująco:

a) jako stężenie masowe składników - jest to stosunek jednego składnika do całkowitej masy stopu

b) jako stężenie atomowe składników - udział atomów składnika w ogólniej liczbie atomów stopu wyrażonej w %

10.Co to jest faza? Co to jest układ równowagi fazowej?

Faza - jest to jednorodna część oddzielona od pozostałych jego części granicą międzyfazową.

Poszczególne fazy stopu zwykle dość znacznie różnią się od siebie właściwościami.

Liczba, rodzaj i właściwości faz zależą od składu chemicznego stopu.

Układ równowagi fazowej -

11.Charakterystyczne cechy roztworów stałych, związków chemicznych, faz międzymetalicznych.

1. Roztwory stałe - jest to jednorodna faza w powiązaniu metalicznym i strukturze krystalicznej o właściwościach typowo metalicznych. Metal, którego atomy występują w przewadze jest rozpuszczalnikiem, drugi składnik to pierwiastek rozpuszczony.

Przy tworzeniu się roztworów stałych zawsze zostaje zachowana sieć przestrzenna metalu rozpuszczalnika chociaż zwykle ulega on pewnym zniekształceniom. Jest to bardzo charakterystyczna cecha roztworów stałych, która odróżnia je od faz międzymetalicznych.

Stopy, które mają roztwory stałe wykazują bardzo dobre własności plastyczne.

Roztwór stały może być:

1. graniczny - jest to roztwór stały, którego sieć krystaliczna rozpuszczalnika wchodzi pewna ograniczona ilość atomów pierwiastka rozpuszczalnego. Dla tego typu roztworów charakterystyczne są wykresy równowagi fazowej z ograniczoną rozpuszczalnością pierwiastków w stanie stałym

2. ciągły - ……….. których wszystkie atomy rozpuszczalnika mogą zostać zastąpione atomami pierwiastka rozpuszczalnego.

Wyróżnia się 4 czynniki ( Hume Rothere'go ) wpływające na tworzenie się roztworów stałych ciągłych: czynniki sieci, wielkości atomu, elektrochemiczny , wartościowości względnej

2. Związki chemiczne - w stopach metali …………. Roztworami stałymi występują fazy o odrębnych w porównaniu (wykład 012)

3. Fazy międzykrystaliczne

12. Wpływ wydzieleń i węglików na własności materiału.

13.Krzywa przejścia plastyczno - kruchego

14.Metody badania własności stopów:

1. Analiza chemiczna dzieli się na: suchą i mokrą.

Obie metody pozwalają określić: skład chemiczny stopu, czystość stopu, obecność różnego rodzaju zanieczyszczeń pochodzenia obcego

Analizę chemiczną wykazuje się w sposób ręczny przez działanie odczynników, które selektywnie wykazują obecność lub brak danego pierwiastka stopie - jest to metoda bardzo pracochłonna i długotrwała.

a)Analiza składu chemicznego - wykonuje się ją w urządzeniach

automatycznych wyposażonych w spektrometry i w spektroskopy. Metoda szybka - kilka minut. Jest bardzo dokładna. Jej wady to cena i brak możliwości analizy zawartości niektórych pierwiastków w stopach.

2. Krystalografia rentgenowska - pozwala zbadać układy krystalograficzne z jakich zbudowany jest dowolny stop lub pierwiastek. Na jej podstawie można określić np.: parametry komórek, pozycję i rozmieszczenie atomów. Obecność wad w sieciach

krystalicznych, a po układzie i odległościach rdzeni atomowych również można zidentyfikować jakie pierwiastki występują w badanym obszarze. Metoda oparta jest o dyfrakcję promieniowania X w węzłach sieci krystalicznej.

3. Badania metalograficzne - pozwalają opisać strukturę metali i stopów. Dzielą się na badania metodami mikroskopii świetlnej oraz badania mikroskopii elektronowej, która dzieli się na dwa rodzaje:

- transmisyje ( TEM)

- skaningowe (SEM)

Różnica polega na przechodzeniu skupionej wiązki elektronów przez badany metal lub stop i tak powstały obraz oglądamy monitorze.

Zaleta badań:

- bardzo duża zdolność rozdzielcza przy określonych powiększeniach do 1000000X

- możliwość obserwacji poruszających się w materiale dyslokacji poszczególnych atomów, bardzo małych elementów metali i stopów.

Wady mikroskopii transmisyjnej:

- wysoka cena zakupu od 1000000$

- konieczność posiadania odpowiedniej mikrostruktury

4. Badania własności mechanicznych:

a) badania własności wytrzymałościowych (statyczna próba rozciągania):

- badania udarności

- badania odporności na pękanie

- badania tribologiczne ( odporność na ścieranie)

- badanie odporności na pełzanie

b) badania własności technologicznych:

- badania tłoczności

- badania spawalności

- badania skrawalności

- badania korozyjne

5. Badania własności fizycznych, zaliczmy tu badania własności

- elektrycznych

- magnetycznych

- cieplnych

- badania przemian fazowych zachodzących w metalach i stopach pod wpływem temperatury np.: badania dylatometryczne

6. badania korozyjne - służą do określenia szybkości procesów korozyjnych oraz ich mechanizmów w metalach i stopach. Wyróżnia się dwa rodzaje badań korozyjnych:

a) badania w czasie korozyjnym - długotrwałe, ale pozwalają dokładnie poznać zjawiska korozyjne i ocenić z dużą dokładnością czas bezpiecznej pracy badanego elementu

b) badania przyspieszone - krótszy czas i przez to interpretacja wyników jest często trudna i odrębna od rzeczywistego zachowania się materiału w danym ośrodku korozyjnym.

15.Mechanizmy pękania stopów.

---