Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
1. Zniszczenie przez odkształcanie plastyczne na zimno jego dyslokacyjny mechanizm. Mechanizmy umocnienia stopów metalicznych, roztworowy, wydzieleniowy, dyslokacyjny, przez granice ziaren. Statyczna krzywa rozciągania metali (stali), jej parametry E, Rm, Re, Ar, A5.
Pod pojęciem zniszczenia rozumiemy trwałe odkształcenie elementu wywołane różnymi czynnikami.
Wywierając nacisk na materiał, powyżej pewnego poziomu krytycznego następuje jego odkształcenie powyżej granicy plastyczności, doprowadzając do zniszczenia elementu konstrukcji.
Ma to związek z poślizgiem dyslokacji pod wpływem naprężeń ścinających działających na materiał. Wyróżniamy dwa rodzaje linii dyslokacji: liniową i śrubową.
Każda przeszkoda na drodze przemieszczającej się dyslokacji powoduje umocnienie materiału.
Utwardzanie wydzieleniowe: składa się z dwóch zabiegów: przesycenia i starzenia. Przesycenie uzyskuje się dzięki nagrzaniu materiału do temp rozpuszczenia składnika umacniającego i następnie szybkim schłodzeniu. Uzyskujemy przesycony materiał. W wyniku starzenia z przesyconego materiału zaczynają wydzielać się cząstki, stające na drodze linii dyslokacji i silnie umacniające materiał. Starzenie może następować naturalnie (bardzo powoli). Istnieje również możliwość przyspieszenia procesu poprzez podgrzanie materiału.
Umocnienie roztworowe: polega na wprowadzaniu do stopu atomów obcych, zastępujących w sieci krystalicznej atomy rodzime, co w dużym stopniu utwardza materiał
Umocnienie dyslokacyjne: uzyskuje się je przez odkształcanie materiału. Gęstość linii dyslokacji rośnie, spotykają się one z liniami ulokowanymi na innych płaszczyznach co w końcowym efekcie umacnia materiał.
Statyczna krzywa rozciągania: Najważniejszym parametrem otrzymywanym z SKR jest granica plastyczności Re-podstawa obliczania wytrzymałości. Nie jesteśmy w stanie jednoznacznie określić Re – dlatego stosuje się pewne zaokrąglenia. Na krzywej można wyróżnić 3 fazy:
I. Zakres odkształceń sprężystych
II. Zakres odkształceń równomiernych - Granica wytrzymałości Rm
III. nierównomiernych odkształceń plastycznych
Krzywą taką otrzymujemy poprzez graficzny zapis odczytów zrywarki.
Plastyczność charakteryzuje An -wydłużenie względne po zerwaniu na umownej długości pomiarowej (najczęściej 5 lub 10 średnic A5, A10).
Ważną charakterystyką plastyczności jest wydłużenie równomierne Ar - równomierne odkształcenie plastyczne do momentu tworzenia się szyjki na próbce.
Udarnośc – charakteryzuje odpornośc materiału na obciążenia dynamiczne. Miarą udarności jest energia załamania (zmierzona młotem Charpy E=Ez+ER) odniesiona do przekroju pod karbem S.
Twardośc (H)- jest miarą oporu jaki wykazuje materiał miejscowej deformacji plastycznej. Z def. Jest to stosunek siły do powierzchni wywołanego nią odcisku H=F/S. Metoda Brinnella (HB)-penetrator kulka o średnicy 1-10mm, metoda Vickersa (HV)-penetrator piramidka diamentowa.
2. Zniszczenie przez katastroficzne (kruche) pękanie, wiązkość Gc, współczynnik intensywności naprężeń K=s pa ,krytyczny współczynnik intensywności naprężeń Kc=s pakr .
Kruche (katastroficzne) pękanie obserwuje się w konstrukcjach wykonanych z materiałów o dużej wytrzymałości. Przy dużym obciążeniu konstrukcja taka w swej objętości magazynuje dużą ilość energii sprężystej. Gdy uwalniana podczas rozwoju pęknięcia energia sprężysta Us będzie równa (lub większa) od energii potrzebnej do utworzenia nowych powierzchni rozdziału (S) UR=Gc*S (Gc-wiązkość, energia potrzebna do powstania jednostki m2 powierzchni ) to nastąpi katastroficzne -rozprzestrzeniające się szybkością dźwięku pęknięcie. Zwykle, po zapoczątkowaniu pęknięcia, uwalniana energia sprężysta przewyższa ilość energii potrzebnej do rozwoju nowych powierzchni rozdziału -jej nadmiar często demoluje otoczenie, stąd nazwa „katastroficzne”
Nazwa „kruche” związana jest z tym że na powierzchni pęknięcia nie obserwuje się wyraźnych śladów deformacji plastycznej.
3. Zniszczenie przez cykliczne zmęczenie, krzywa Wohlera. Zmęczenie nisko i wysoko cyklowe.
Zniszczeniem przez zmęczenie nazywamy procesy zachodzące pod wpływem zmiennych naprężeń które mogą być:
Wyższe od granicy plastyczności Re –Zmęczenie Niskocyklowe
Niższe od granicy plastyczności Re - Zmęczenie Wysokocyklowe
Definicja wytrzymałości zmęczeniowej wynika z zależności między wielkością amplitudy naprężenia zmiennego σ a liczbą cykli wywołujących pękniecie N. Zależność taka jest przedstawioną za pomocą krzywej Wohlera.
Do wyznaczenia krzywej Wohlera stosuje się pulsatory lub specjalne liczniki obrotów liczące liczbę cykli, po której następuje złamanie próbki.
Zmienne naprężenia powodują zniszczenia narażonego elementu przy znacznie niższych naprężeniach niż przy działaniu jednokierunkowego naprężenia statycznego. Wytrzymałość zmęczeniowa ma duże znaczenie przy doborze materiału, jak i przekrojów czynnych konstrukcji
4. Zniszczenie przez pełzanie materiałów, temperatura krytyczna, krzywa pełzania przy stałym T i s, charakterystyki pełzania, (Rz/t, Re/t).
Materiały pracujące w podwyższonych temp. odkształcają się trwale przy naprężeniach znacznie niższych od granicy plastyczności, a odkształcenie zachodzi przy stałym naprężeniu i jest zależne od czasu. Takie odkształcenie nazywamy pełzaniem.
Zwykle w próbie pełzania wyznacza się jedną z dwóch własności umownych:
· granicę pełzania to jest naprężenie, które w określonym czasie τ wywołuje wydłużenie o określonej wielkości α, co oznaczamy symbolem Rα(τ) C;
· wytrzymałość na pełzanie to jest naprężenie, które po upływie określonego czasu τ powoduje zerwanie próbki, co oznacza się symbolem RZ(τ) C, przy czym 0C oznacza temperaturę badania.
Typowym wykresem jest poniższy wykres, w którym możemy wyróżnić trzy zakresy, odpowiadające trzem stadiom pełzania.
Stadium I – cechuje się zmniejszeniem nachylenia krzywej, co wskazuje na spadek prędkości pełzania. W okresie tym decydującą rolę odgrywają procesy, które umacniają materiał, jak wzrost gęstości defektów, zgniot oraz procesy wydzielania. Z upływem czasu zaczynają się rozwijać procesy przeciwdziałające umacnianiu, aż wreszcie ustala się równowaga dynamiczna materiału. Od tego momentu zależność wydłużenia od czasu jest prostoliniowa (stadium II). Do czynników osłabiających należą: zdrowienie i rekrystalizacja lub rozpuszczanie wydzieleń. W stadium III następuję wzrost nachylenia krzywej, co jest związane ze zwiększeniem naprężeń w wyniku zmniejszenia czynnego przekroju próbki. Zmniejszenie to jest spowodowane powstaniem wewnętrznych pustek wskutek poślizgu po granicach ziarn, a następnie utworzeniem się szyjki.
Odkształcenie w wyniku pełzania jest wynikiem zachodzenia trzech różnych procesów:
· dyfuzyjnego ruchu wakacji między obszarami znajdującymi się pod działaniem naprężeń rozciągających i ściskających
· ruchu dyslokacji przez poślizg i wpinanie w ziarnach
· poślizgu po granicach ziarn
Krzywa pełzania (T i σ = const)
5. Zniszczenie przez powierzchniowe utlenianie przy wysokich temperaturach. Czynniki określające skłonność do wysokotemperaturowego utleniania –kinetyki procesu. Materiały (pierwiastki) odporne na utlenianie.
Działanie atmosfery pieca na stal. W piecach bez atmosfer ochronnych na stal działa nagrzane do wysokiej temperatury powietrze, w wyniku czego występują dwa niekorzystne zjawiska: utleniania i odwęglania stali.
W atmosferze pieca ogrzewanego spalinami gazu mogą znajdować się — oprócz azotu — takie gazy, jak: CO2, CO, H2, H2O, węglowodory CxHy i związki siarki H2S i SO2.
Utlenianie następuje mechanizmem dyfuzji reaktywnej. W pierwszym etapie tworzy się warstwa tlenków żelaza (zgorzeliny), której grubość x jest uwarunkowana dyfuzją atomów żelaza i tlenu przez warstwę, a więc rośnie z czasem t wg wzoru: x2 = Pt, gdzie P — stała zależna wykładniczo od temperatury.
Równania nie stosuje się, jeśli warstwa tlenków jest nieszczelna i łatwo odpryskuje od podłoża. Wtedy proces utleniania jest szybszy.
Najczęściej utlenianie następuje wg reakcji
a) 2Fe + O2 à 2FeO,
b) Fe + CO2 à FeO + CO,
c) Fe + H2O à FeO + H2.
Sposoby ochrony przed wysokotemperaturową korozją:
· nanoszenie warstwy na powierzchnię materiału (Al, Si, Cr),
· wprowadzenie do struktury stali (Al, Si, Cr).
6. Zniszczenie powierzchniowe przez korozję elektrochemiczną (atmosferyczną). Mechanizm –czynniki określające podatność na korozję, metody ochrony.
Zniszczenie przez powierzchniową korozję elektrochemiczną. Utlenianie przebiegające intensywnie przy wysokich temperaturach, przy temperaturach klimatycznych (+/-20 ‘C) jest b. wolne. Tym niemniej tworzywa metaliczne mogą ulegać zniszczeniu wskutek obecności wilgoci (wody) w której rozpuszczają się inne pierwiastki (O-2, Cl-1, SO4-2) tworząc elektrolit. Powoduje to powstawanie na powierzchni stopu mikroogniw korozyjnych.
Ogniwo korozyjne powstaje również przy połączeniu dwóch metali o różnej elektroujemności – metal o wyższej elektroujemności staje się katodą i jest chroniony przed korozją. Metal o niższej elektroujemności staje się anodą i narażony jest na działanie korozji. Przykładem jest połączenie Cu-Fe – żelazo będzie korodowało dużo szybciej, gdyż stanie się anodą. Innym przykładem jest połączenie Fe-Zn – w tym przypadku żelazo będzie obszarem katodowym, dzięki czemu będzie odporne na korozję, natomiast Zn przejmie rolę anody i będzie się utleniał (korodował).
Dodatnie anodowe atomy łączą się z tlenem – korodują
Ujemne atomy katodowe oddają elektrony powodując reakcjęH2O+ O2 + 4e- = 4OH-
Czym niższy potencjał anodowy pierwiastka tym większa skłonność do korozji jest to analogia energii utleniania.
Podobnie jak podczas utleniania szybkość korozji zależy od budowy (szczelności) powstającej warstwy produktów korozji.
Rozróżniamy kilka typów korozji elektrochemicznej:
- korozja równomierna
- korozja wżerowa
- korozja międzykrystaliczna
- korozja naprężeniowa
- korozja zmęczeniowa
Odporność na korozję możemy zwiększyć poprzez:
· zmianę składu chemicznego, objętościowo w procesie wytwarzania lub powierzchniowo przez obróbką cieplno-chemiczną lub platerowanie
· obróbkę cieplną prowadzącą do jednofazowej struktury, wyżarzanie odprężające jest zalecane w celu zapobiegania korozji naprężeniowej
· nanoszenie na powierzchnię powłok ochronnych metalowych lub niemetalicznych, takich jak farby, lakiery, emalie smary tworzywa sztuczne, a także wytwarzanych metodami inżynierii powierzchni
· ochronę katodową, anodową, protektorową i wprowadzanie do ośrodków korozyjnego inhibitorów
· poprawę czystości atmosfery
7. Struktura polimerów, budowa molekuł (ich wielkość –stopień polimeryzacji), kopolimeryzacja, budowa amorficzna- częściowa krystalizacja, sieciowanie- (na przykładzie gum), wpływ na własności.
Polimery to związki wielkocząsteczkowe, spotykane w przyrodzie (celuloza, skrobia, kauczuk). W technice zastosowanie znajdują głównie polimery pochodzenia syntetycznego lub przetworzone z naturalnych surowców takich jak ropa, gaz ziemny. Rozróżniamy pojęcia: polimer, „tworzywo sztuczne” – tworzywo sztuczne = polimer + dodatki – ma swoją nazwę handlową zależną od składu i producenta.
Budowa molekuł – polimery posiadają najczęściej długie liniowe lub rozgałęzione molekuły, składająca się z jednakowych powtarzających się elementów zwanych merami. Ilość merów w molekule wacha się zwykle od 1000 do 100 000. Masa cząsteczki może dochodzić do 1000 000 j.m.a. Od wielkości cząsteczki zależy stan substancji (np. polietylen (CH2)n przy 20 ‘C i stopniu polimeryzacji n<200 jest gazem, 200<n<500 cieczą, a n>500 ciałem stałym). Każda cząsteczka charakteryzuje się stopniem polimeryzacji „n”. Nie wszystkie cząstki w danym materiale mają taki sam stopień polimeryzacji. Molekuła może być zbudowana z jednakowych merów (homopolimery) lub z różnych (kopolimery). W przypadku kopolimerów mamy do czynienia z korzystnymi, uśrednionymi właściwościami polimeru, będącymi wypadkową właściwości merów wchodzących w skład molekuł. Wewnątrz molekuł występują silne wiązania kowalencyjne. Pomiędzy molekułami działają stosunkowo słabe siły Van der Waalsa. Czasami jednak mamy do czynienia z silnymi wiązaniami pomiędzy molekułami – mamy wtedy do czynienia z sieciowaniem (w przypadku gum mamy do czynienia z sieciowaniem za pomocą siarki. Molekuły nie mogą przemieszczać się między sobą i występują tylko oddziaływania sprężyste – odkształcenia plastyczne zachodzą w małej mierze).
Własności polimerów zależą w dużej mierze od rodzaju rozmieszczenia molekuł. Może ona być regularna-krystaliczna jak również bezpostaciowa (amorficzna). Charakterystyczną cechą budowy krystalicznej jest to, że cząstki są ułożone regularnie.
Stopień krystalizacji może wynieść od 0 do 100%. Jego wielkość uzależniona jest od technologii produkcji. Budowa krystaliczna wpływa na własności polimeru – im większy stopień krystalizacji tym większa twardość, granica plastyczności, gęstość, natomiast maleje udarność.
Polimery o budowie amorficznej uzyskuje się najczęściej poprzez odparowanie z roztworu polimeru rozpuszczalnika.
8. Ogólne własności polimerów (ciężar właściwy, przewodność i inne). Składniki modyfikujące własności polimerów (napełniacze, pigmenty,... i inne).
Ogólne właściwości polimerów są wypadkową różnych czynników, m.in.: składu chemicznego, struktury wynikającej z technologii otrzymywania polimerów. Przy czym w porównaniu z metalami własności polimerów są w większym stopniu zależne od technologii ich otrzymywania i zawierają się w większym zakresie wartości.
Wszystkie polimery są nieodporne na starzenie się pod wpływem światła, wody, powietrza.
· gęstość [g/cm3] - od 0,9 do 2,2. Najmniejszą gęstością charakteryzują się polimery, które zbudowane są z węgla i wodoru, największą polimery zawierające tlen, azot, fluor, chlor. Gęstość jest także uzależniona od stopnia krystalizacji, dla tego samego materiału o różnych stopniach krystalizacji różnica gęstości może sięgać kilku procent.
· chłonność wody - od 0,0n% (dla polietylenu, poliestyrenu) do 1n% (dla celulozy). Zależy bardzo silnie od stopnia krystalizacji K (gdy K - maleje wtedy chłonność rośnie co tłumaczy się tym, że cząsteczki wody łatwo wnikają w obszary amorficzne). Po wchłonięciu wody przez polimery następuje zmiana geometrii, pęcznienie, spada wytrzymałość o 30-40%.
· rozpuszczalność w rozpuszczalnikach - cząsteczki rozpuszczalnika mogą wnikać pomiędzy liniowe molekuły - zmniejszają się wtedy siły międzycząsteczkowe. Początkowo powoduje to pęcznienie, dalsza penetracja może doprowadzić do powstawania roztworów. Roztwory takie można wykorzystywać jako kleje lub do pokrywania polimerem powierzchni (farby emulsyjne) - po odparowaniu rozpuszczalnika na powierzchni pozostają równomiernie rozłożone cząsteczki polimerów.
· odporność chemiczna - istnieją polimery które nie ulegają zniszczeniu w zetknięciu z silnie reagującymi substancjami chemicznymi (np. teflon - mogący służyć do przechowywania wody królewskiej) jednak większość polimerów jest nieodporna na działanie rozpuszczalników organicznych.
· ciepło właściwe...