1. statyczna próba rozciągania: interpretacja wykresu, definicja i pokazanie na wykresie R_e, R_p0,2, R_m, A, Z

Statyczna próba rozciągania - podstawowa metoda badań wytrzymałościowych dla metalowych materiałów konstrukcyjnych.

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).

Początkowo wzrost naprężenia powoduje liniowy wzrost odkształcenia. W zakresie tym obowiązuje prawo Hooke'a. Po osiągnięciu naprężenia R_e, zwanego granicą sprężystości 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. 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 R_m. Dalsze rozciąganie próbki powoduje jej zerwanie przy naprężeniu rozrywającym R_u.

2. Pełzanie: krzywa pełzania, granica pełzania i wytrzymałość na pełzanie.

Pełzanie jest to zjawisko wzrostu wydłużenia z upływem czasu przy stałej temperaturze i stałym obciążeniu.

Granica pełzania

- jest to wartość stałego obciążenia podzielonego przez początkowe pole przekroju próbki, które po upływie określonego czasu działania w danej stałej temperaturze spowoduje trwałe wydłużenie próbki o pewną określoną wartość

- (szybkość) jest to wartość stałego obciążenia podzielonego przez początkowe pole przekroju próbki, które w określonym odstępie czasu spowoduje pełzanie o określonej szybkości średniej

Wytrzymałość na pełzanie

jest to wartość stałego obciążenia, podzielonego przez początkowe pole przekroju, które po upływie określonego czasu w danej temperaturze spowoduje zerwanie próbki.

Dla większości materiałów w temperaturach normalnych naprężenia wywołujące pełzanie są większe od naprężeń wywołujących granicę plastyczności w próbach doraźnych.

W miarę podwyższania temperatury obniża się zarówno granica plastyczności jak i granica pełzania. Dlatego przy konstruowaniu elementów maszyn pracujących w podwyższonych temperaturach o stosowaniu bezpiecznych wartości naprężeń decyduje pełzanie ,a nie granica plastyczności.

Sporządzając wykres pełzania (rys.1),można stwierdzić, że każdą krzywą cechują trzy dające się wyodrębnić okresy.

Δl I II III

Czas (t)

Okres I cechuje malejąca prędkość pełzania, w okresie II prędkość pełzania jest stała, okres III wykazuje gwałtowny wzrost prędkości pełzania, aż do zniszczenia próbki.

W zastosowaniu praktycznym największe znaczenie mają okresy I i II, ponieważ bezpieczna eksploatacja urządzeń może być prowadzona tylko w tych dwóch okresach.

3. Co to jest pękanie korozyjno naprężeniowe, jego etapy i rodzaje badań.

Korozja naprężeniowa (Pękanie korozyjne, pękanie sezonowe) jest to korozja lokalna zachodząca w materiale, w którym występują stałe naprężenia technologiczne lub eksploatacyjne. Prowadzi ona do pękania metalowych (często stalowych, mosiężnych lub aluminiowych) lub polymerowych przedmiotów. Korozja naprężeniowa występuje na skutek połączenia agresywnego środowiska, naprężeń mechanicznych, i typu materiału podatnego na ten typ korozji.

Etapy zniszczenia korozyjno - naprężeniowego:

-Inicjacja (zapoczątkowanie) pęknięcia

-Propagacja (rozwój) pęknięcia.

-Dorwanie próbki.

Rodzaje badań korozyjno - naprężeniowych:

Poddanie próbki jednoczesnemu działaniu naprężeń o założonej wartości σ i korozji, przez założony okres czasu t - następnie próbki (jeśli nie pękły) poddane są statycznej próbie rozciągania w powietrzu - jak wcześniejsza K-N wpłynęła na R_e R_m A Z.

Wyznaczanie całkowitej trwałości próbki Tc przy różnych wartościach σ = const.

Badanie prędkości propagacji pęknięć K-N da/dt w funkcji współczynnika intensywności naprężenia K.

Badania K-N przy obciążeniach wolno narastających, podobne do statycznej próby rozciągania, lecz przy dużo mniejszej (Np. 100 razy) szybkości odkształcenia.

WYNIK R0,2 Rm Ap Z w zależności od szybkości odkształcenia, środowiska, potencjału.

1, 2 i 4 - próbki takie jak w statycznej próbie rozciągania

2 - próbki również z karbem

4. Definicja twardości i badania statyczne (sposobem: Brinella, Vickersa, Rockwella)

Twardość - odporność na odkształcenia powierzchni, zgniecenie jej lub zarysowanie, pod wpływem zewnętrznego nacisku. Twardość materiału mierzy się za pomocą sklerometru i mikrotwardościomierza. Twardość jest istotną charakterystyką materiałów konstrukcyjnych. Dla każdego z typu tych materiałów utworzono odpowiednie metody klasyfikacji i pomiarów twardości.

Skala twardości Brinella - skala oznaczania twardości metali na podstawie testu dokonanego metodą Brinella. Twardość w skali Brinella oznacza się HB i leży w zakresie od 3 do 600.

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. Metoda Brinella najczęściej stosowana jest przy odbiorze materiałów hutniczych. Procedurę dokonywania pomiarów opisuje Polska Norma PN-EN ISO 6506

Skala twardości Rockwella - Twardość w skali Rockwella oznacza. się HR.

Metoda Rockwella polega na pomiarze głębokości wcisku dokonanego wzorcowym stożkiem diamentowym o kącie wierzchołkowym 120° dla skali C, A i N lub stalowej, hartowanej kulki o średnicy 1,5875 mm (1/16") w metodach B, F i T przy użyciu odpowiedniego nacisku. Metoda ta jest łatwa w użyciu i szybka, gdyż stosuje się przy niej specjalne przyrządy, które same odczytują głębokość wgniecenia i określają twardość, bez konieczności dokonywania dodatkowych pomiarów i obliczeń. Dodatkową jej zaletą jest to, że jest ona nieniszcząca i pozostawia na badanym przedmiocie tylko niewielką skazę.

Procedurę dokonywania pomiarów metodą Rockwella opisuje Polska Norma PN-EN ISO 6508.

Skala twardości Vickersa - Twardość w skali Vickersa oznacza się HV i leży w zakresie od 80 do 700.

Metoda Vickersa łączy w sobie cechy metody Brinella i Rockwella. Używana jest jedna skala, uniwersalna dla wszystkich klas materiałów jak w metodzie Brinella, lecz możliwe jest badania próbek bardzo cienkich jak w metodzie Rockwella. Podobnie także jak w tej ostatniej jest mało inwazyjna i nadaje się do stosowania przy badaniu gotowych wyrobów (głównie pokryć metalicznych związanych z obróbką powierzchniową jak: cyjanowanie, nawęglanie, kaloryzowanie oraz cienkich powierzchni metalicznych - platerowanie). Pomiar metodą Vickersa obdarzony jest także najmniejszą niepewnością pomiarową, mimo to odciśnięty ślad jest zazwyczaj niesymetryczny, co jest związane z anizotropowymi właściwościami metali.

Procedurę dokonywania pomiarów metodą Vickersa opisuje Polska Norma PN-EN ISO 6507.

5. Definicja udarności, rodzaje próbek.

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:

Udarność materiałów kruchych jest mała, a ciągliwych duża.

Do próby udarności używa się próbki w kształcie prostopadłościanów lub walców, gładkich 

albo z wykonanym karbem w miejscu, w którym przewidziany jest przełom. Próbki gładkie 

walcowe o 20 mm używane są do badania żeliwa szarego, gładkie prostopadłościenne 20 x 

20 mm dla drewna i prostopadłościenne z karbem dla stali i staliwa. Podana już wyżej 

PN-69 / H - 04370 przewiduje do prób udarności stali i staliwa trzy typy próbek:

- typu Mesnager

- typu ISO - Charpy U

- typu ISO - Charpy V

6. Scharakteryzować cykl obciążenia zmęczeniowego, narysować wykres Wohlera, wpływ środowiska korozyjnego i współczynnika asymetrii cyklu na ten wykres.

Zmęczenie materiału - zjawisko pękania materiału pod wpływem cyklicznie zmieniających się naprężeń.

Obciążenia zmęczeniowe - są obciążeniami zmiennymi w czasie, typowymi obciążeniami dla różnorodnych części i podzespołów maszyn. Odpowiadające im naprężenia nazywane są naprężeniami zmiennymi lub naprężeniami zmęczeniowymi. Przebieg obciążeń zmiennych w czasie jest określany jako widmo obciążenia.

W ciągu jednego okresu zachodzi pełen cykl zmian obciążenia, a analogicznie do tego pełen cykl zmian naprężenia. Szczególnym przypadkiem obciążenia okresowo zmiennego jest obciążenie sinusoidalnie zmienne. Obciążenie te zostało przyjęte za podstawę wyznaczania

właściwości zmęczeniowych materiałów i elementów konstrukcji.

7. Cechy stanu metalicznego materii.

1. nieprzezroczystość i połysk metaliczny,

2. dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne,

3. zdolność do odkształceń plastycznych,

4. budowa krystaliczna (sieć krystaliczna),

5. wiązania metaliczne.

8. Budowa krystaliczna metali i stopów: rodzaje sieci i jej defektów, wpływ defektów na własności, ziarna i ich granice.

Układy krystalograficzne i typy sieci przestrzennych

F - ściennie centrowana, C - centrowana na podstawach, I - przestrzennie centrowana, P - prymitywna

1. regularny (a=b=c, α=β=χ=90°) - P, I, F;

2. tetragonalny (a=b≠c, α=β=χ=90°) - P, I;

3. rombowy (a≠b≠c, α=β=χ=90°) - P, I, F, C;

4. trygonalny (romboedryczny) (a=b=c, α=β=χ≠90°) - P;

5. heksagonalny (a=b≠c, α=β=90°, χ=120°) - P;

6. jednoskośny (a≠b≠c, α=β=90°, χ≠90°) - P, C;

7. trójskośny (a≠b≠c, α≠β≠χ≠90°) - P.

Metale krystalizują wyłącznie w pierwszych pięciu układach krystalograficznych. Większość metali krystalizuje w układach krystalograficznych charakteryzujących się wysoką symetrią zapełnienia sieci przestrzennej atomami, w szczególności w sieciach:

• A1 - ściennie (płasko) centrowanej układu regularnego

• A2 - przestrzennie centrowanej układu regularnego

• A3 - heksagonalnej o gęstym ułożeniu atomów

Własności metali, a szczególnie podatność na odkształcenia plastyczne, w dużej mierze zależą od typu sieci przestrzennej

Wady budowy krystalicznej

Wady budowy krystalicznej w istotny sposób wpływają na własności wytrzymałościowe i plastyczne metali. Dążenie do ograniczenia wad budowy krystalicznej jest technicznie b. trudne. Stosuje się więc metodę umacniania metali przez znaczne zwiększenie gęstości wad budowy krystalicznej, co można osiągnąć przez stosowanie stopów metali o strukturze polikrystalicznej, w wyniku rozdrobnienia ziarn, wydzielania faz o dużej dyspersji, a także przez zgniot wskutek odkształcenia plastycznego na zimno. Osiągnięciu tego celu sprzyjają więc procesy technologiczne odlewania, obróbki plastycznej i obróbki cieplnej.

Defekty punktowe

Do nich należą wakanse, tj. wolne węzły w sieci krystalicznej, oraz atomy międzywęzłowe, które zajęły pozycje w lukach opuszczając węzły sieci na skutek drgań cieplnych. Wodór, bor, tlen, azot i węgiel są uprzywilejowane do zajmowania przestrzeni międzywęzł. ze względu na małą średnicę. Obecność zarówno wakansów, jak i atomów międzywęzł., powoduje wokół nich lokalne odkształcenie sieci przestrz. kryształu, zwane odpowiednio kontrakcją lub ekspansją.

Mechanizmy tworzenia wad punktowych: Liczba wad punktowych budowy krystalicznej jest funkcją temperatury Podwyższeniu temperatury towarzyszy wzrost amplitudy drgań cieplnych, co ułatwia opuszczenie przez rdzenie atomowe pozycji w węźle sieci krystalicznej. Wyróżnia się tu dwa mechanizmy:

1. defekt Schottky'ego - polega na przemieszczaniu się atomu w miejsce sąsiadującego wakansu w wyniku czego powstaje wakans w innym miejscu sieci.

2. defekt Frenkla - polega na przemieszczeniu się rdzenia atomowego z pozycji węzłowej do przestrzeni międzywęzłowej.

Wzrost gęstości defektów powoduje wzrost oporności, wzrost twardości i obniżenie plastyczności.

Defekty liniowe (dyslokacje)

• krawędziowa - stanowi krawędź ekstrapłaszczyzny, tj. półpłaszczyzny sieciowej umieszczonej między nieco rozsuniętymi płaszczyznami sieciowymi kryształu o budowie prawidłowej. Dyslokacje krawędziowe leżące w płaszczyznach najgęściej obsadzonych atomami będących płaszczyznami poślizgu, przemieszczają się pod działaniem naprężenia stycznego. Powstanie dyslokacji krawędziowej można sobie wyobrazić zakładając pewną ściśliwość kryształu, dzięki której przemieszczenie górnej części kryształu, wynoszące na brzegowej jeden odstęp międzyatomowy, w miarę oddalania się od tej płaszczyzny będzie malało, aż wreszcie zanika. Poślizg zachodzi zatem nie na całej płaszczyźnie łatwego poślizgu, ale tylko na jej części (poślizg niejednorodny). Dyslokacja krawędziowa już pod działaniem niewielkich naprężeń łatwo zmienia swoje położenie, a po wyjściu z kryształu tworzy na przeciwległej powierzchni stopień. W czasie ruchu dyslokacje krawędziowe mogą na swojej drodze napotkać inne defekty sieciowe. Gdy krawędź półpłaszczyzny napotka atom w pozycji międzywęzłowej, wydłuża się ona o jeden odstęp sieciowy - zmieniając tym samym płaszczyznę poślizgu. Gdy napotka wakans, krawędź skróci się o jeden odstęp sieciowy. Dyslokacje mogą się przesuwać aż do przeszkody (koniec materiału, granica ziarna, granica obcofazowa). Jeśli po tej samej płaszczyźnie poślizgu przesuwać się będzie, druga dyslokacja o tym samym znaku, to zatrzyma się ona w takiej odległości od poprzedniej, by wzrastające zaburzenie sieci krystalicznej i związane z nim naprężenie równoważyły się z naprężeniami zewnętrznymi. Następna z kolei dyslokacja jednoimienna przemieszczająca się po tej samej płaszczyźnie poślizgu zatrzyma się w większej odległości od poprzedniej, gdyż jest odpychana już przez dwie dyslokacje poprzednie. Podobnie będzie z dyslokacjami następnymi, a powstałe zgrupowanie zatrzymanych dyslokacji nazywane jest spiętrzeniem dyslokacji. Obce wtrącenia, drobne wydzielenia innych faz, gęsta sieć granic ziarn w polikryształach, wszystko to utrudnia swobodę ruchu dyslokacji i zwiększa odporność materiału na odkształceń. plastyczne. Materiał staje się mniej plastyczny, twardszy i wzrasta jego wytrzymałość; całokształt zmian-umocnienie.

• śrubowa - defekt liniowy struktury krystalicznej spowodowany przemieszczeniem części kryształu wokół osi, zwanej linią dyslokacji śrubowej. Wektor Burgersa dyslokacji śrubowej jest skierowany równolegle do jej linii. Dyslokacje śrubowe występują wtedy, gdy na materiał działają naprężenia tnące skierowane przeciwnie. Pod działaniem tych naprężeń dyslokacje śrubowe przemieszczają się. Dyslokacja krawędziowa przemieszcza się w kierunku działania naprężenia, natomiast linia dyslokacji śrubowej przemieszcza się w głąb kryształu, prostopadle do kierunku działania naprężenia stycznego. Dyslokacje śrubowe mogą być prawo- lub lewoskrętne.

• mieszana - dyslokacja o dowolnej orientacji wektora Burgersa względem linii dyslokacji (nierównoległy i nie-prostopadły)

umacnianie - metoda zmian właściwości poprzez:

• dodawanie dodatkowych pierwiastków stopowych

• wzrost gęstości defektów (dyslokacji) w materiale - najczęściej używana metoda (przeróbka plastyczna)

• zmianę wielkości naprężenia tnącego

Defekty płaskie

• granice ziarn - powierzchnie oddzielające dwa ziarna różniące się orientacją głównych osi krystalograficznych (w metalach), w stopach technicznych także składem chemicznym. Granice wąskokątowe (kąt dezorientacji: 6-10°) charakteryzują się budową dyslokacyjną. Płaszczyzny atomowe w pobliżu styku kończą się w taki sposób, jak w dyslokacjach krawędziowych.

Kąt dezorientacji może być również kątem o jaki obrócono względem siebie przyległe ziarna. Jeśli kąt ten jest niewielki, to granica taka stanowi ścianę przecinających się podobnie jak w sieci rybackiej linii dyslokacji śrubowych. Granica taka nazywana jest granicą skręconą. Granice szerokokątowe - charakteryzują się dużym kątem (>10°) dezorientacji krystalicznej ziarn, na styku których powstają. Budowa tych granic jest b. złożona i nie w pełni zbadana. Sądzi się, że na granicach ziarn powstaje strefa miejsc koincydentnych, tj. jednoczesnych, tworzących supersieć przestrzenną, nakładającą się na sieć przestrzenną sąsiadujących ze sobą ziarn. Parametr supersieci miejsc koincydentnych jest wielokrotnością parametru sieci ziarn. W strefie granicy ułożenie atomów charakterystyczne dla wnętrza ziarn jest zaburzone. Granica szerokokątowa nie jest przy tym płaska, lecz zawiera liczne dyslokacje oraz protuzje, tj. wybrzuszenia i występy. Szczególnym przypadkiem granic szerokątowych są granice bliźniacze. Tworzą się one przy ściśle określonej orientacji ziarn, gdy płaszczyzna granicy staje się płaszczyzną symetrii. Na granicy takiej zachodzi zatem pełne dopasowanie (koherencja) sieci obu ziarn. Niemal zupełny brak zaburzeń w prawidłowym rozmieszczeniu atomów sprawia, że energia takiej granicy jest małą i wynosi 3-10% energii granic szerokokątowych. Gdy granica bliźniacza odchyli się o mały kąt od płaszczyzny idealnego dopasowania, wtedy dzieli się ona na strefy, w których dopasowanie jest dobre i strefy w których dopasowanie uzyskuje się kosztem niewielkich odkształceń sprężystych (przesunięć atomów poza położenia równowagi) lub okresowo powtarzających się dyslokacji. Pociąga to za sobą zwiększenie się energii takiej granicy, a gdy kąt odchylenia wzrasta, prowadzi to do osiągnięcia takich wartości energii, jaką wykazują granice szerokokątowe.

9. Mechanizm odkształceń sprężystych i plastycznych.

Odkształceniem sprężystym nazywamy takie odkształcenie, które ustępuje po usunięciu siły, która je spowodowała. Odkształcenia sprężyste występują w każdej konstrukcji budowlanej, maszynie, urządzeniu. Najczęściej spotykanymi odkształceniami są: rozciąganie, ściskanie, skręcanie. Reakcją na rozciąganie jest przyciąganie się cząsteczek, zaś na ściskanie odpychanie się. Odkształcenia sprężyste nie występuje w ciałach idealnie plastycznych (ich przybliżeniem jest Np. glina)

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

10. Co to jest wykres równowagi fazowej (narysować o objaśnić jakiś prosty wykres), co to jest faza, eutektyka i eutektoid.

Stopy dwóch lub więcej metali tworzą układ równowagi dwu lub więcej składnikowy.

Układ równowagi: graficzna zależność między zawartością %-ową składników, temperaturą i budową fazową stopu.

Faza: jednorodna część układu, mająca jednakowy

1. skład chemiczny

2. budowę krystaliczną

3. własności

którą od pozostałych części układu można oddzielić powierzchnią (albo granicą) fazową.

EUTEKTYKA - mieszanina (najczęściej bardzo drobnoziarnista) dwóch lub więcej faz (dwa metale lub dwa roztwory stałe, albo metal i roztwór stały itp.), powstała wskutek krzepnięcia fazy ciekłej, co zachodzi przy stałej temperaturze.

EUTEKTOID - mieszanina (jak wyżej) lecz powstała wskutek chłodzenia roztworu stałego, co zachodzi również przy stałej temperaturze.

11. Układ równowagi żelazo-cementyt, wymienić fazy (ciecz, ferryt, cementyt, austenit) i eutektoid (perlit), oraz co są te fazy i perlit.

Układ Fe-Fe3C jest częścią układu Fe-C do zawartości 6,7 % masy C.

Składniki układu:

• Żelazo występujące w 2 odmianach alotropowych

Feα do 912ºC i Feγ

od 1394ºC do 1535 ºC (t. topnienia) od 912ºC do 1394ºC

Opis faz występujących w układzie Fe-Fe3C

1. Roztwór ciekły L

2. Ferryt (α) - międzywęzłowy roztwór stały węgla w Feα o maksymalnej zawartości węgla 0,022 % w temperaturze 727ºC

3. Austenit (γ) - międzywęzłowy roztwór stały węgla w Fe γ o maksymalnej zawartości węgla 2,14 % w temperaturze 1147ºC

4. Cementyt - faza międzymetaliczna (międzywęzłowa) zawierająca 6,7% węgla, krystalizująca w temperaturze 1252ºC. 3 rodzaje cementytu:

Pierwotny - powstający podczas krzepnięcia fazy L,

Wtórny - wydziela się z austenitu

Trzeciorzędowy - wydziela się z ferrytu

Perlit - mieszanina eutektoidalna ferrytu z cementytem zawierająca 0,77% węgla. Powstaje podczas przemiany eutektoidalnej w temperaturze 727°C. Nazwę swą zawdzięcza perlistemu odcieniowi, jaki posiada wypolerowany przekrój tego stopu. Perlit ma budowę ziarnistą. Pojedyncze ziarno perlitu zbudowane jest z płytek (w przekroju widocznych jako linie) ferrytu i cementytu ułożonych na przemian.

1. Co to jest obróbka cieplna, wymienić jej rodzaje.

Obróbka cieplna jest to zespół odpowiednio dobranych zabiegów cieplnych prowadzących do zmiany właściwości stali poprzez zmiany struktury w stanie stałym w wyniku zmian temperatury i czasu.
Ze względu na czynniki wpływające na kształtowanie struktury oraz właściwości metali i stopów można wyróżnić następujące rodzaje obróbki cieplnej:

1. obróbka cieplna zwykła

2. obróbka cieplno-chemiczna

3. obróbka cieplno-plastyczna

4. obróbka cieplno-magnetyczna

1. Na czym polega i jaki na cel: hartowanie, odpuszczanie, ulepszanie cieplne

Hartowanie - jest operacją cieplną, któremu poddawana jest stal, składającym się z dwóch bezpośrednio po sobie następujących faz. Pierwsza faza to nagrzewanie do temperatury powyżej przemiany austenitycznej i wygrzewanie, tak długo jak to potrzebne, by nastąpiła ona w całej objętości hartowanego obiektu. Drugą fazą jest szybkie schładzanie. Szybkość schładzania musi być taka, by z austenitu nie zdążył wydzielić się cementyt i jego struktura została zachowana do temperatury przemiany martenzytycznej, w której to austenit przemienia się w fazę zwaną martenzytem. Stal posiadająca strukturę martenzytyczną nazywana jest stalą martenzytyczna lub hartowaną. Przy hartowaniu niezwykle istotnym jest dobór szybkości schładzania. Zbyt wolne schładzanie powoduje wydzielanie się cementytu i uniemożliwia przemianę martenzytyczną, podczas gdy zbyt szybkie chłodzenie powoduje powstanie zbyt dużych naprężeń hartowniczych, które mogą doprowadzić do trwałych odkształceń hartowanego elementu lub jego pęknięć.

Hartowanie przeprowadza się, by podnieść twardość i wytrzymałość stali.

Odpuszczanie - jest operacją cieplną, któremu poddawana jest stal wcześniej zahartowana. Celem odpuszczania jest usunięcie naprężeń hartowniczych oraz zmiana własności fizycznych zahartowanej stali, a przede wszystkim zmniejszenie twardości, a podniesienie udarności zahartowanej stali.

Odpuszczanie polega na rozgrzaniu zahartowanego wcześniej przedmiotu do temperatury w granicach 150° do 650°C, przetrzymywaniu w tej temperaturze przez pewien czas, a następnie schłodzeniu. W czasie odpuszczania całość lub część martenzytu zawartego w zahartowanej stali rozpada się, wydzielając bardzo drobne ziarna cementytu, tworząc fazę zwaną sorbitem lub troostytem.

Ulepszanie cieplne - jest zabiegiem cieplnym polegającym na połączeniu hartowania z wysokim odpuszczaniem. Stosowany na odpowiedzialne wyroby stalowe, które poddawane są obróbce skrawaniem, takie jak wały okrętowe i samochodowe, wały korbowe, części broni maszynowej itp.

14. Na czym polega i jaki na cel: wyżarzanie normalizujące, zupełne, odprężające

Wyżarzanie normalizujące (normalizowanie) polega na nagrzaniu do stanu austenitycznego, tzn. 30-50°C powyżej temperatury linii GSE (A_c3, A_cm) i następnie studzeniu w powietrzu. Celem operacji jest uzyskanie jednorodnej struktury drobnoziarnistej, a przez to poprawa właściwości mechanicznych stali. Jest stosowane do niestopowych stali konstrukcyjnych i staliwa - często przed dalszą obróbką cieplną w celu ujednorodnienia struktury.

Wyżarzanie zupełne polega na nagrzaniu stali, jak przy wyżarzaniu normalizującym i powolnym studzeniu (Np. z piecem). Celem zabiegu jest zmniejszenie twardości, usunięcie naprężeń własnych, poprawa ciągliwości stali. Procesowi temu poddaje się zwykle stale stopowe, dla których szybkość chłodzenia w spokojnym powietrzu podczas normalizowania jest za duża i może prowadzić do zahartowania stali.

Wyżarzanie odprężające (odprężanie) polega na nagrzaniu materiału do temperatury poniżej A_c1, najczęściej 600-650°C, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym studzeniu. Celem wyżarzania odprężającego jest zmniejszenie naprężeń własnych bez wyraźnych zmian struktury i właściwości uzyskanych w wyniku wcześniejszej obróbki, stosowane jest do odlewów staliwnych, elementów spawanych oraz utwardzonych przez odkształcenia plastyczne.

15. Na czym polega i jaki na cel: nawęglanie, azotowanie?

Nawęglanie jest zabiegiem cieplnym polegającym na dyfuzyjnym nasyceniu węglem warstwy powierzchniowej stalowego elementu. Do nawęglania używa się stali niskowęglowej by podnieść twardość powierzchni, a co za tym idzie odporność na ścieranie, przy równoczesnym pozostawieniu miękkiego, elastycznego rdzenia.

Azotowanie - jest zabiegiem cieplnym polegającym na dyfuzyjnym nasyceniu azotem warstwy powierzchniowej stalowego elementu. Proces ten polega na wprowadzeniu do warstwy wierzchniej przedmiotu stalowego azotu, który wiąże się z żelazem oraz innymi dodatkami stopowymi, zwłaszcza aluminium, tworząc azotki, warstwę powierzchniową stali. Utworzona warstwa zapewnia polepszenie następujących właściwości:

• odporność na ścieranie

• wytrzymałość na rozciąganie

• twardość

• właściwości przeciwkorozyjne (nierdzewność)

W przeciwieństwie do nawęglania przy azotowaniu strefa powierzchniowa utwardza się bez dodatkowej obróbki cieplnej. Azotowaniu poddaje się stale uprzednio ulepszone cieplnie.

16. Pokazać na wykresie żelazo-cementyt zakresy temperatur wygrzewania dla różnych rodzajów obróbki, temperatury początku i końca przemiany martenzytycznej.

17. Co to są wykresy CTP

Przebieg procesu przemiany przechłodzonego austenitu wygodnie jest rozpatrywać na

podstawie wykresów rozpadu austenitu, zwanych wykresami CTP (czas, temperatura,

przemiana). Na wykresach tych naniesione są linie początku i końca przemian we

współrzędnych logarytm czasu-temperatura, przy czym rozróżnia się wykresy dla przemian

austenitu w warunkach izotermicznych oznaczane CTPi oraz wykresy przemian austenitu w warunkach chłodzenia ciągłego, oznaczane Ctpi

1. Hutniczy proces wytwarzania żeliwa, staliw i stali

2. Definicja stali

Stal to plastycznie przerobiony i cieplnie obrabialny stop żelaza z węglem (praktycznie do ok.1,3%) oraz innymi pierwiastkami pochodzącymi z przerobu hutniczego, których ilość jest ograniczona i określona w normach. W procesie metalurgicznym pierwiastki mogą być wprowadzone do stali przypadkowo - jako domieszki lub zanieczyszczenia, albo celowo - jako dodatki stopowe.

3. Kryteria podziału stali, znakowanie wg PN-EN ( w oparciu o własności mechaniczne lub fizyczne lub w oparciu o skład chemiczny):

1. skład chemiczny:

-stale niestopowe (węglowe)

- stale stopowe

2. podstawowe zastosowanie:

- stale konstrukcyjne

- stale narzędziowe

- stale o szczególnych własnościach

18. Wpływ zawartości węgla na własności stali niestopowych, charakterystyka stali niestopowych

Stal niestopowa (węglowa)-stal, która nie zawiera specjalnie wprowadzonych pierwiastków, jedynie węgiel i ograniczoną ilość pierwiastków -domieszek i zanieczyszczeń.

•domieszki: Np. Mn(max.~0,8%) i Si (max.~0,3 %), pochodzące głównie z procesu metalurgicznego

•zanieczyszczenia: Np. S (max.~0,05%), i P (max.~0,05%), pochodzące z rud

Zawartość węgla i związana z tym struktura wywierają zasadniczy wpływ na właściwości mechaniczne stali niestopowych (węglowych)

19. Stale odporne na korozję, oraz „maraging”

Stale odporne na korozję należą do grupy stali stopowych o szczególnych własnościach fizycznych i chemicznych. Niejednokrotnie zawartość w tych stalach pierwiastków stopowych przekracza kilkadziesiąt procent.

Stale odporne na korozję dzielimy na:

 stale nierdzewne- są to stale odporne na korozję atmosferyczną i wodną,

 stale kwasoodporne- stale o strukturze austenitycznej- są to stale, które nie ulegają działaniu większości środowisk kwaśnych.

Odporność na korozję stali zależy głównie od:
1. składu chemicznego,
2. struktury,
3. stanu powierzchni

Stal maraging jest to rodzaj stali (wysokostopowa, niskowęglowa) 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.

20. Definicja żeliwa, rodzaje żeliwa w zależności od szybkości chłodzenia surówki, wpływ grafitu na własności mechaniczne, technologiczne i użytkowe, charakterystyka żeliw modyfikowanych i zwykłych, sferoidalnych.

ŻELIWO są to stopy żelaza z węglem (2,5 - 4,5%C) oraz innymi pierwiastkami (Mn, Si) i zanieczyszczeniami (P, S), niekiedy z innymi dodatkami stopowymi (Np. Cr) przeznaczone do wykonywania części maszyn technologią odlewania do formy. Ze względu na swoje własności mechaniczne nie nadają się do obróbki plastycznej ani na zimno, ani na gorąco. Niektóre żeliwa można obrabiać cieplnie.

Grafit obniża wytrzymałość i plastyczność żeliwa tym silniej, im:

1. więcej grafitu

2. większe wydzielenia grafitu

3. kształt wydzieleń mniej zaokrąglony

dlatego:

1. zwykłe szare żeliwa maszynowe, mające duże płatkowe wydzielenia grafitu, mają niską wytrzymałość i praktycznie zerową plastyczność tym bardziej im więcej węgla zawierają,

2. modyfikowane szare żeliwa maszynowe, mające stosunkowo drobne płatkowe wydzielenia grafitu, mają większą wytrzymałość od zwykłych, chociaż plastyczność tylko nieznacznie lepszą,

3. żeliwa ciągliwe, mające wydzielenia grafitu kłaczkowate mają dużo wyższą wytrzymałość i plastyczność (tym lepsze im bardziej zwarte wydzielenia),

4. żeliwa sferoidalne mające wydzielenia grafitu kulkowe, mają najwyższą wytrzymałość i plastyczność, całkowicie porównywalne ze stalami.

18. Definicja staliwa, znakowanie, charakterystyka staliw niestopowych, wpływ zawartości węgla

STALIWO - cieplnie obrabialny stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami (zawsze Mn, Si, P, S, niekiedy dodatki Cr, Ni, Mo, Cu i mikrododatki Nb, Ti, Al., V, itd.) przeznaczony do wykonywania elementów konstrukcji, części maszyn i urządzeń na drodze odlewania do form, gdzie krzepnąc uzyskuje właściwy kształt użytkowy. Węgla zawiera tyle co stale (teoretycznie do 2,1%C). W staliwach węglowych konstrukcyjnych ogranicza się zawartość C do0,25% (ze względu na spawalność). W okrętownictwie zawartość tą ogranicza się do maks. 0,4 % (dla staliw węglowych i węglowo-manganowych).

19. Charakterystyka stopów aluminium (Al-Cu, Al-Mg, Al-Mn, Al-Si):

Stopy Al-Cu

Eutektyka 33,2% Cu graniczna rozpuszczalność spada od 5,65% do 0,5%

Stopy ODLEWNICZE AlCu - dodatek Cu zwiększa żaroodporność lecz osłabia odporność na korozję, zwłaszcza międzykrystaliczną, sprawia też problemy przy odlewaniu (mikropęknięcia), stąd mniej stosowane, niż AlSi. Po obróbce cieplnej (utwardzanie wydzieleniowe) osiągają wysoką wytrzymałość. Zastosowanie: średnio i wysoko obciążone elementy maszyn i samochodów.

Stopy do PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ AlCu lub AlCuMg czyli duraluminium albo durale miedziowe (wzrost stężenia Cu i Mg powoduje wzrost wytrzymałości i spadek plastyczności stopów). Wieloskładnikowe AlCuMgMnSi plus Fe, Ni, Ti, Zr, Li. Zastosowanie: ograniczone niską odpornością na korozję i niespawalnością, głównie na elementy maszyn, pojazdów, samolotów, w budownictwie; a stopy żarowytrzymałe głównie na elementy kute pracujące w podwyższonych do 350°C temperaturach.

Stopy Al-Mg

Eutektyka ok. 35,5% Mg, praktycznie stosowane 0,5 - 13% Mg

Stopy ODLEWNICZE Al-Mg to najczęściej stosowane (obok Al.-Si) stopy odlewnicze, gdyż mają najmniejszą gęstość i najlepszą odporność na korozję. Zawierają niewielkie ilości innych dodatków, polepszających rzadkopłynność (Si), własności odlewnicze i wytrzymałość (Zn); zmniejszające ziarno (Ti, B) zmniejszające skłonność Mg do utleniania się w stanie płynnym (Be, Li). Zastosowania: odlewy o dużej odporności na korozję (np. armatura morska), elementy armatury chemicznej i elementy odporne na uderzenia i niskie temperatury.

Stopy Al.-Mg do OBRÓBKI PLASTYCZNEJ zawierają 0,4-5,6% Mg i niewielki dodatek Mn a niekiedy Si, Cr, Fe, Pb. Podwyższone własności mechaniczne, odporność na korozję w atmosferze i wodzie morskiej, dobra spawalność i podatność na głębokie tłoczenie. Zastosowania: średnio obciążone elementy w przemyśle okrętowym, lotniczym i kolejowym, urządzenia w przemyśle chemicznym i spożywczym i Np. puszki do napojów.

Stopy Al.-Mn

Zawierają zwykle 1-1,5% Mn, struktura jednofazowa α, świetna odporność na korozję i spawalność. Stosowane w agresywnych środowiskach, głównie w przemyśle chemicznym i spożywczym, spawane zbiorniki na ciecze i gazy techniczne i inne konstrukcje spawane i zgrzewane.

Stopy Al.-Si

Eutektyka 12,6%Si, graniczna rozpuszczalność Si do ok. 1,65%, w temperaturze pokojowej do 0,07%, faza β to praktycznie kryształki Si.

Stopy ODLEWNICZE: krzem (2-30%, najczęściej 5-13,5%) zapewnia rzadkopłynność, lejność i mały skurcz. Stopy bliskie eutektycznych nie mają skłonności do pęknięć na gorąco, ale kryształki Si obniżają wytrzymałość. Szybkie chłodzenie lub modyfikacja zmniejsza te kryształki. Wieloskładnikowe stopy odlewnicze zawierają dodatki Cu, Mg, Mn. Zastosowanie: stopy eutektyczne i nadeutektyczne głównie na wysoko obciążone tłoki silników spalinowych, podeutektyczne na wysoko obciążone elementy dla przemysłu okrętowego i elektrycznego, pracujące w podwyższonych temperaturach i w wodzie morskiej.

Stopy do PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ (najczęściej do 2%Si) zastosowanie: na średnio obciążone elementy konstrukcji lotniczych i różne elementy głęboko tłoczone i kute o złożonym kształcie. Stopy 5-12% Si głównie na druty spawalnicze.

20. Charakterystyka stopów tytanu

Stopy tytanu. 

Głównymi dodatkami stopowymi tytanu są: Al, Sn, Mo, V, Mn, Fe, Cr, przy czym aluminium występuje prawie zawsze w ilości 3 - 6°/o. Pierwia­stki stopowe, rozpuszczając się w tytanie, zwiększają jego wytrzymałość, przy czym największy efekt umacniający dają Fe, Cr i Al. Wpływają również na położenie temperatury przemiany alotropowej. Niektóre, np. Cr, Mn, Fe, Al, wykazują ograniczoną rozpuszczalność i tworzą związki międzymetaliczne, umożliwiając utwardzanie wydzieleniowe stopu, jednak efekt jest niewielki. Stopy tytanu są bardzo lekkie i wytrzymałe mechanicznie - zwłaszcza na rozciąganie i ścieranie i są wykorzystywane w przemyśle lotniczym, kosmicznym, a także do budowy rowerów i innych przyrządów sportowych. Stopy tytanu mają lepsze własności mechaniczne od stopów glinu, ale są od nich znacznie droższe.

9. Charakterystyka stopów niklu

Stopy niklu - stopy metali, w których dominujący lub znaczny udział ma nikiel.

Wykorzystywane do działania w bardzo wysokich temperaturach, odporne na działanie dużych sił mechanicznych, utrzymując przy tym wysoką stabilność powierzchniową, chemiczną, fizyczną. Stopy niklu są odporne na zmęczenie materiału zarówno termicznie jak i mechanicznie, na utlenianie i korozję, zachowując niski współczynnik rozszerzalności cieplnej. Główne zastosowanie:

1. składnik turbin

2. przemysł nuklearny

3. przemysł termoelektryczny

4. urządzenia chemiczne i petrochemiczne

5. przemysł stoczniowy

18. Charakterystyka stopów miedzi

Stopy miedzi

Miedź wykorzystuje się głównie w postaci stopów:

-Mosiądze (Cu-Zn)

-Miedzionikle (Cu-Ni)

-Brązy:

Cynowe (Cu-Sn)

Aluminiowe (Cu-Al.)

Krzemowe (Cu-Si)

Manganowe (Cu-Mn)

Manganowo-aluminiowe (Cu-Mn-Al.)

Berylowe (Cu-Be)

Ołowiowe (Cu-Pb)

Mosiądz - stop miedzi i cynku zawierający do 40% tego metalu. Mosiądze mogą zawierać także dodatki takich metali jak ołów, aluminium, cyna , mangan, żelazo i chrom oraz krzem.
Mosiądz ma kolor żółty (złoty), lecz przy mniejszych zawartościach cynku zbliża się do naturalnego koloru miedzi. Stop ten jest odporny na korozję, ciągliwy, łatwy do obróbki plastycznej. Posiada dobre właściwości odlewnicze.

Miedzionikle - stopy miedzi i niklu, które mogą zawierać także takie dodatki stopowe jak krzem, żelazo, aluminium lub mangan. Miedzionikle charakteryzują się dobrą wytrzymałością, żaroodpornością i odpornością na korozję. Miedzionikle posiadają dobre własności oporowe. Miedzionikle dostarczane są jako wyroby po obróbce plastycznej w postaci blach, drutów, prętów, taśm i rur.

Brązy - stopy miedzi z innymi metalami i ewentualnie innymi pierwiastkami, w których zawartość miedzi zawiera się w granicach 80-90% wagowych.

19. Krótka charakterystyka materiałów kompozytowych

Materiał kompozytowy (lub kompozyt) - materiał o strukturze niejednorodnej, złożony z dwóch lub więcej komponentów (faz) o różnych właściwościach. Właściwości kompozytów nigdy nie są sumą, czy średnią właściwości jego składników. Najczęściej jeden z komponentów stanowi lepiszcze, które gwarantuje jego spójność, twardość, elastyczność i odporność na ściskanie, a drugi, tzw. komponent konstrukcyjny zapewnia większość pozostałych własności mechanicznych kompozytu.

---