1. Co to znaczy, że metale i ich stopy są materiałami sprężysto- plastycznymi?

W pewnym zakresie obciążenia odkształcenie jest proporcjonalne do naprężenia. Po przekroczeniu granicy plastyczności materiał zaczyna odkształcać się trwale

2. Co rozumiesz przez umacnianie metali i ich stopów?

To wszystkie metody zmierzające do zwiększenia granicy plastyczności.

3. Jaka jest ogólna zasada umacniania metali i ich stopów?

Blokowanie ruchów dyslokacji. Wiąże się to z wytwarzaniem w materiale różnego rodzaju przeszkód.

Mechanizmy umacniania: zgniot na zimno, zmniejszenie średniej wielkości ziaren, dodawanie dodatków stopowych

4. Co to jest roztwór stały międzywęzłowy, a co różnowęzłowy?

Roztwór stały międzywęzłowy- jeśli atomy rozpuszczone są między węzłami sieci,

Roztwór stały różnowęzłowy- jeśli atomy rozpuszczone lokują sie w węzłach sieci

5. Opisz krótko lub zilustruj w tabeli co dzieje się podczas ogrzewania metalu uprzednio odkształconego przez zgniot na zimno?

Następuje rekrystalizacja, obejmuje etap zarodkowania nowych ziaren materiału wokół zarodków rekrystalizacji powstających w miejscach o najwyższej energii na granicach ziaren, subziaren, pasmach poślizgu oraz ich wzrost., który prowadzi do powstania jednorodnej i bardziej rozdrobnionej struktury w stosunku do materiału przed odkształceniem i rekrystalizacją.

6. Dlaczego odbudowa struktury stopów odkształconych przez zgniot na zimno zachodzi zwykle w wyższej temperaturze niż w czystych metalach?

Temperatura rekrystalizacji zależy od składu chemicznego, stopy zawierają więcej defektów wiec temp. musi być wyższa

7. Co to jest obróbka cieplna metali i stopów? Podaj jej klasyfikację.

To zespół zabiegów polegających na nagrzaniu materiału do pewnej temperatury, wygrzaniu w niej przez określony czas i chłodzeniu z zadaną prędkością.

Klasyfikacja: wyżarzanie, hartowanie i odpuszczanie, przesycanie i starzenie

8. Jaki jest zasadniczy cel obróbki cieplnej zwanej wyżarzaniem? Co znaczy termin że wyżarzanie stali należy do grupy obróbki z przemianą lub bez przemiany fazowej? Podaj po jednym przykładzie każdego z rodzajów wyżarzania.

Wyżarzanie polega na nagrzaniu materiału do określonej temperatury, wygrzaniu w tej

temperaturze i chłodzeniu z odpowiednią szybkością. Podstawowym celem wyżarzania jest otrzymanie mikrostruktury możliwie najbliższej stanowi równowagi.

Pod terminem przemiany fazowej rozumie się przemianę perlitu w austenit.

Wyżarzanie bez przemiany: odprężające, rekrystalizujące, ujednorodniające.

Wyżarzanie z przemianą: zupełne, normalizujące, zmiękczające.

9. Jaki jest zasadniczy cel nawęglania stali? Dlaczego do nawęglania stosuje się stale niskowęglowe lub niskostopowe i czy nawęglanie samo w sobie jest zabiegiem wystarczającym w tego typu obróbce cieplno- chemicznej?

Cel nawęglania - otrzymanie twardej, odpornej na ścieranie warstwy przy zachowaniu plastycznego rdzenia. Stosuje sie takie stale, bo charakteryzują sie niska hartownością. Nawęglanie jest procesem przygotowawczym do hartowania i niskiego odpuszczania bo po samym nawęglaniu przyrost twardości jest mały

10. Dlaczego do azotowania stosuje się stale średniowęglowe uprzednio ulepszone cieplnie i jaka jest temperatura azotowania?

Do azotowania stosuje sie takie stale bo tworzą drobnodyspresyjne azotki silnie zwiększające twardość. Wcześniej te stale są odpuszczane żeby uzyskać sztywniejszy rdzeń (po samym azotowaniu mamy cienką warstwę). Temp. Azot. 480-600C

11. Co to jest ulepszanie i utwardzanie cieplne?

Utwardzanie cieplne - połączenie hartowania z niskim odpuszczaniem

Ulepszanie cieplne - harowanie + średnie/ wysokie odpuszczanie.

12. Opisz krótko jak zmienia się mikrostruktura i własności zahartowanej stali podczas jej nagrzewania? Jak nazywamy obróbkę cieplną obejmującą hartowanie + średnie lub wysokie odpuszczanie?

Odpuszczane niskie - występuje martenzyt odpuszczony - wysoka wytrzymałość przy minimalnej ciągliwości.

Odpuszczanie średnie występuje drobnoziarnisty sorbit - znaczna wytrzymałość i dobra ciągliwość.

Odpuszczania wysokie - występuje cementyt kulkowy o osnowie ferrytu - dobra wytrzymałość i dobra ciągliwość

13. Na czym polega różnica między hartowaniem a przesycaniem?

W hartowaniu występuje przemiana martenzytyczna a w przesycaniu nie. W hartowaniu zmienia sie siec a w przesycaniu zmienia sie tylko parametr sieci

14. Co to jest stal i jak jej mikrostruktura i właściwości mechaniczne zależą od zawartości węgla i szybkości chłodzenia?

Stal to stop żelaza z węglem i dodatkami stopowymi, w którym zawartość C nie przekracza 2%.

Wraz ze wzrostem węgla rośnie twardość, spada plastyczność.

Szybkie schłodzenie spowoduje uzyskanie struktury martenzytycznej (większa twardość)

15. Co rozumiesz przez przehartowalność, a co przez utwardzalność stali? Która ze stali A- węglowa o zawartości węgla 1,2% czy B- niskowęglowa niskostopowa o zawartości 0,3%C + 1,0%Cr + 1,0%Mo + 1,0%Ni będzie miała większą utwardzalność, a która większą przehartowalność i dlaczego? Naszkicuj wykres zmian twardości w funkcji odległości od czoła dla tych stali.

Przehartowalność - podatność stali na utwardzanie w głąb przekroju podczas hartowania.

Utwardzalność - zdolność do hartowania wyrażona maksymalną twardością jaką można uzyskać podczas hartowania.

Większa utwardzalność ma stal A ze względu na większe stężenie węgla.

Większą przehartowalność ma stal B ze względu na stężenie pierwiastków stopowych (od tego zależy przehartowalnosc)

16. Jaką główną rolę pełnią mikrododatki w stali umacnianej metodą obróbki termo-plastycznej?

Umacniają ją wydzieleniowo i przeciwdziałają rozrostowi ziaren

17. Co to są siluminy? Co to jest modyfikacja i jaki jest cel modyfikacji siluminów pod- i okołoeutektycznych?

Siluminy - stop aluminium z dodatkiem krzemu oraz innymi dodatkami ( o mniejszym udziale procentowym).

Modyfikacja - proces polega na dodawaniu pewnego składnika do stopu w celu poprawy własności i mikrostruktury siluminów.

Cel modyfikacji pod i około-eutektycznych: zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie.

Cel modyfikacji nadeutektycznych : zmiana kształtów wydzieleń krzemu pierwotnego przez dodanie zwizków fosforu.

18. Co to jest żeliwo? Podaj jego rodzaje i wskaż jak jego własności zależą od mikrostruktury.

Żeliwo- stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami w którym zawartość węgla przekracza 2%.

Rodzaje: białe, szare, połowiczne

Właściwości zależą od osnowy (perlityczna, ferrytyczna) i od grafitu (układ, wielkość, rozmieszczenie)

19. Co to jest żeliwo ciągliwe? Jaka jest różnica między obróbką cieplną prowadzącą do otrzymania żeliwa ciągliwego czarnego o osnowie ferrytycznej oraz tą stosowaną do otrzymania żeliwa ciągliwego czarnego o osnowie perlitycznej?

Żeliwo ciągliwe - produkt wyżarzania żeliwa białego.

Ta różnica to szybkość chłodzenia.

20. Co to są brązy, a co to są mosiądze?

Mosiądz - stop miedzy z cynkiem (główny dodatek) i innymi pierwiastkami

Brąz - stop miedzi z dodatkami stopowymi którymi nie może być cynk i nikiel. Klasyczne brązy to stopy miedzi z cyną.

21. Jakie są różnice pomiędzy żeliwem białym i szarym? Dlaczego żeliwo szare nie wykazuje praktycznie własności plastycznych lecz pęka w sposób kruchy?

Żeliwo szare - węgiel występuje w postaci wolnej grafitu.

Żeliwo białe - węgiel występuje w postaci związanej cementytu.

Żeliwo szare nie wykazuje praktycznie żadnych właściwości plastycznych lecz pęka w sposób kruchy bo zawiera grafit płatkowy który na swoich obrzeżach tworzy koncentraty naprężeń.

22. Co to znaczy że materiały ceramiczne są sprężysto-kruche?

Trudno uruchomić dyslokacje, odkształcenie plastyczne powoduje zniszczenie materiału

23. Dlaczego ceramika nie nadaje się do kształtowania metodami obróbki plastycznej?

Ponieważ ceramika ma minimalną zdolność do odkształceń plastycznych co jest związane z jej kruchością.

24. Dlaczego metale i ich stopy są bardziej odporne na kruche pękanie niż ceramika?

Ponieważ metale mają większą tolerancję na obecność defektów (nieciągłości) niż ceramika.

25. Co to jest moduł Weibull'a? Naszkicuj przebieg prawdopodobieństwa przetrwania dla materiałów o module Weibull'a m1= x i m2=y. Wskaż odpowiednie wykresy na rysunku.

Moduł Weibulla - prawdopodobieństwo przetrwania próbki poddanej działaniu naprężenia. Mówi o tym jak szybko zmniejsza sie wytrzymałość wraz ze wzrostem naprężenia

26. Dlaczego ceramika jest materiałem twardym, a dlaczego kruchym?

Twarda ze względu na wiązania (jonowe i kowalencyjne) i granicę plastyczności - trudno jest uruchomić dyslokację.

Krucha bo ma liczne pęknięcia i nieciągłości - minimalna zdolność do odkształceń plastycznych.

27. Dlaczego ceramika jest predestynowana do pracy w warunkach ściskania? Dlaczego wytrzymałość na rozciąganie wyznaczona metodą zginania jest około 1,65 razy większa niż ta sama wielkość wyznaczana podczas rozciągania?

Podczas zginania występują siły ściskania i rozciągania (ceramika jest odporna na ściskanie) a podczas rozciągania tylko siły rozciągające (ceramika jest krucha wiec pęka)

28. Wymień 3 przykłady własności ceramiki należących równocześnie do jej zalet i wad. Wyjaśnij tę pozorną sprzeczność.

- wysoka temp topnienia (trudno odlewać, + produkty ceramiki odporne na wysokie temperatury)

- bardzo twarda (trudno kształtować, + odporność na ścieranie)

- duża sztywność (trudno kształtować, + odporność na zmianę kształtów w obszarze odkształceń sprężystych)

29. Jaka energia sprzyja kształtowaniu ceramiki podczas spiekania proszku ceramicznego?

Energia powierzchniowa (ok. 4,2 J/g).

30. Dane są dwa elementy z tej samej ceramiki, jeden o przekroju drugi o przekroju =10. Czy można założyć że element o większym przekroju poprzecznym jest w stanie przenieść 10 razy większe obciążenie niż element o przekroju ? Uzasadnij odpowiedź.

Nie bo wytrzymałość ceramiki zależy od rozkładu i wielkości pęknięć

31. Jaką technologię kształtowania stosuje się w stosunku do materiałów ceramicznych? Jaka jest mikrostruktura ceramiki ukształtowanej za pomocą tej technologii?

Jest to technologia spiekania proszku ceramicznego.

Ceramika posiada budowę polikrystaliczną.

32. Od czego zależy wytrzymałość ceramiki?

Zależy od: mikrostruktury, stanu powierzchni, wielkości i kształtu próbki, stałości obciążenia, środowiska i temperatury

33. Narysuj wykres zachowania się ceramiki pod obciążeniem i zaznacz na nim wielkości charakterystyczne.

34. Wyjaśnij dlaczego metale i stopy o sieci regularnie ściennie centrowanej są bardziej plastyczne niż te o sieci heksagonalnej zwartej?

RSC mają mniej zwarcie upakowane atomy wiec maja większe skłonności do ruchów dyslokacji (większa plastyczność)

35. Który spośród stopów metali A - o sieci RSC czy B - o sieci HZ nadaje się do

kształtowania raczej metodą odlewniczą, a który metodą obróbki plastycznej i

dlaczego?

Struktura RSC ma mniej zwarcie upakowane atomy niż HZ wiec ma mniejsze skłonności do dyslokacji, co sprawia ze material jest bardziej plastyczny.

36. Podaj klasyfikację defektów sieci krystalicznej i wskaż, które z nich są odpowiedzialne za odkształcenia plastyczne?

Klasyfikacja defektów: punktowe, liniowe, powierzchniowe, objętościowe

Za odkształcenia plastyczne odpowiedzialne są defekty liniowe.

37. Co rozumiesz przez sztywność materiałów? Który z materiałów stal czy guma jest bardziej sprężysty i dlaczego?

Sztywność - odporność materiałów na zmianę wymiarów (kształtu) w obszarze odkształceń sprężystych.

Bardziej sprężysta jest stal, ponieważ ma większy moduł sprężystości, który jest miarą sztywności.

38. Czy, a jeśli tak to w jaki sposób możemy znacząco zmienić moduł sprężystości materiałów krystalicznych?

Nie możemy zmienić modułu Younga bo jest on zależny od liczby wiązań atomowych i gęstości połączeń przypadających na liczbę powierzchni, a tego zmienić nie możemy.

39. Która z próbek wykonana z tego samego metalu (np. Al): A- o wielkości ziarna 10µm czy B- o wielkości ziarna 1mm będzie wykazywać większe własności wytrzymałościowe i dlaczego?

próbka A bo ma drobniejsze ziarna czyli więcej granic ziaren które są najlepsza blokadą dla ruchów dyslokacji (wiec zwiększenie wytrzymałości)

40. Dany jest metal o temperaturze topnienia 327*C. Czy można go umocnić przez zgniot na zimno? Uzasadnij odpowiedź.

Tm= 327*C= 327 + 273= 600K

Temperatura rekrystalizacji wynosi 0,3-0,4Tm

0,3 x 600= 180K 180- 273= -93*C

Danego metalu nie można umocnić przez zgniot na zimno ponieważ temperatura rekrystalizacji jest ujemna. Oznacza to, że po powrocie do temperatury pokojowej nastąpi usunięcie efektów zgniotu.

41. Dlaczego możemy z pewnym przybliżeniem wnioskować o granicy plastyczności na podstawie wyniku badań twardości?

Istnieje silna zależność między plastycznością a twardością materiału, im większa

twardość, tym mniejsza plastyczność.

42. Co to jest zmęczenie materiału i czym charakteryzuje się powierzchnia przełomu zmęczeniowego w makro- i mikrostrukturze?

Zmęczenie - utrata zdolności do pracy wskutek długotrwałego obciążenia

W skali mikro - prążki zmęczeniowe

W skali makro - ognisko zmęczeniowe, strefa propagowania, obszar rozłomowy

43. Co to jest dyfuzja? Która z dwóch próbek z tego samego metalu: A- drobnoziarnista czy B- gruboziarnista, będzie wykazywać większą dyfuzyjność i dlaczego?

Dyfuzja - zachodzi wskutek ruchów atomów w sieci przestrzennej metalu. Większą dyfuzyjność ma próbka o drobnym ziarnie bo ma więcej zaburzeń sieci a od tego zależy dyfuzyjność.

Drogi ułatwionej dyfuzji - po granicach ziaren, wakansowa (atomy mieszczące się w lukach sieci muszą czekac aż w ich sąsiedztwie pojawi się wakans i umożliwi dyslokację

44. Co jest warunkiem umocnienia wydzieleniowego? Naszkicuj przebieg zmian twardości stopu podczas starzenia w funkcji czasu i temperatury starzenia.

Warunkiem jest występowanie zmiennej rozpuszczalności.

45. Co jest warunkiem umacniania przez roztwór ?

Warunkiem jest zmienna rozpuszczalność.

46. Dlaczego metale i ich stopy sa bardziej odporne na kruche pekanie niż ceramika?

Ponieważ metale mają większą tolerancję na obecność defektów (nieciągłości) niż ceramika.

47. Co to jest pełzanie? Narysuj wykres ilustrujacy szybkość pełzania tego samego materiału w funkcji czasu i temperatury pełzania.

Pełzanie - odkształcanie plastyczne pod obciążeniem w podwyższonej temperaturze

48. Na czym polega umacnianie metali przez rozdrabnianie mikrostruktury(granice ziaren)?

Polega na tym, że dyslokacje przemieszczające się przez poślizg wewnątrz ziaren z reguły nie mogą przekroczyć ich granicy, co ogranicza możliwości odkształcenia.

49. Która z próbek A- o gładkiej powierzchni czy B- o powierzchni chropowatej, wykonanych z tego samego materiału jest bardziej odporna na zniszczenie w skutek zmęczenia lub obciążenia udarowego ?

A, ponieważ wszelkie mikronierówności w próbce B stanowią korby działające jak koncentraty naprężeń.

50. Co rozumiesz przez temperaturę przejścia w stan kruchy - próg kruchości w tworzywach metalowych o sieci RPC? Czy z punktu widzenia eksploatacji wykonanego zeń elementu, zmieniającego się od -40C do +50C byłoby lepiej gdy będzie ona wyższa czy niższa?

Temp. przejścia w stan kruchy - temp., poniżej której następuje wyraźne zmniejszenie udarności.

Spadek temp. obniża udarność, a więc lepiej, żeby temp. była wyższa

51. Dane są 3 metale A o sieci RSC i o promieniu atomowym ra=0,125nm, B- o sieci RPC i o promieniu atomowym rb=0,128nm oraz C-o sieci RSC i promieniu atomowym rc=0,145nm. Czy którakolwiek para rokuje nadzieje na utworzenie roztworu stałego ciągłego? Uzasadnij odpowiedz.

Spełnia to para A i C bo maja identyczne sieci i różnica ich promieni nie przekracza 15%, wynosi 13,8% , a to są warunki to utworzenia tego roztworu

Sferoidyzacja - zmiana kształtu geometrycznego cząstek węglowych w żeliwie. Stosuje się ją aby postać grafitu była zwarta

Udarność - miara energii zużytej podczas udarowego łamania próbki o określonej geometrii

---