Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
MATERIAŁOZNAWSTWO
1. Wyjaśnij pojęcia: materiał i tworzywo.
Tworzywo – układ materiału o określonej budowie, którego własności tworzą go użytecznym dla człowieka. To materiały, które w procesie produkcyjnym przerabia się nadając mu wymagane kształty.
Materiał – surowiec w postaci pierwotnej lub częściowo przetworzonej (poddane topnieniu, odlewaniu, przeróbce plastycznej, obróbce skrawaniem), z którego wytwarza się różne przedmioty.
2. Wpływ wiązań chemicznych na podstawo- we własności tworzyw.
w. jonowe - struktury krystaliczne, bezkierunkowy charakter wiązań, brak elektronów swobodnych, złe przewodnictwo ciepła i elektryczności, duże wartości energet. wiązań, duża twardość i kruchość, mała plastyczność, wysokie wartości modułów sprężystości, wys. temp. wrzenia i topnienia.
w. kowalencyjne – budowa krystaliczna, całe struktury nie są tak uporządkowane jak w wiązaniach jonowych i metalicznych, duża wartość energet., duża twardość i kruchość, brak plastyczności, wysoka wartość modułów sprężystości, wysoka temp. topnienia, złe przewodnictwo ciepła i elektryczności.
w. metaliczne - bezkierunkowy charakter wiązań, budowa krystaliczna, zdolność do odkształceń plastycznych, wysoka wartość modułów sprężystości, doskonała przewodność ciepła i elektryczności.
wtórne van der Waalsa – niska temp. topnienia, duża plastyczność, złe przewod-nictwo ciepła i elektryczności, niska temp. wiążań.
3. Jak można sklasyfikować tworzywa w oparciu o ich funkcje użytkowe?
duromery – twarde, trudnotopliwe, o wys. odporności, służące jako materiały konstrukcyjne inaczej nazywane sztuczne materiały. Niektóre zastępują też materiały ceramiczne.
plastomery – mniej sztywne od duromerów, ale łatwotopliwe i rozpuszczalne. Dzięki ich topliwości można je przetwarzać poprzez topienie i wtryskiwanie do form lub wytłaczać. Stosowane są zamiast drewna i niekiedy metali jako np. obudowy do maszyn i urządzeń.
elastomery – tworzywa, które można rozciągać i ściskać. W wyniku r. i ś. zmieniają znacznie swój kształt, ale po odjęciu siły wracają do poprzednich wymiarów.
4. Różnice w budowie materiałów krystalicznych i amfoterycznych.
Sieć krystaliczna w odróżnieniu od sieci amfoterycznej cechuje się uporządkowanym rozmieszczeniem przestrzennym atomów, jonów lub cząsteczek. W węzłach sieci przestrzennej powtarzają się periodycznie w całej objętości kryształu.
5. Narysować wszystkie sieci Bravals’go dla regularnego układu krystalograficznego.
(rys.)
6. Czym różni się sieć przestrzenna kryształu od jego struktury?
Sieć przestrzenna to układ powtarzających się w przestrzeni konfiguracji węzłów, odpowiadających środkom masy zlokalizowa-nej w nich atomów lub cząsteczek. Do opisania kryształu potrzebny jest układ odniesienia, którego początek znajduje się w węźle sieci. Węzły sieci przestrzennej układają się wzdłuż osi układu współrzędnych x,y,z w różnych od siebie odległościach, a,b,c zw. translacjami lub stałymi sieciowymi.
Struktura kryształu – to rozmieszczenie atomów, jonów lub cząsteczek w komórce elementarnej kryształu. Klasyfikację najczęściej przeprowadza się na podstawie występujących w kryształach wiązań między atomami, jonami, cząsteczkami lub bierze się pod uwagę wzajemną konfigurację atomów.
7. Co to są defekty struktury krystalicznej? Rodzaje defektów liniowych i powierzchniowych.
Defekt – lokalne zakłócenie prawidłowości w budowie sieci krystalicznej. Zakłócenie charakt. dla danej substancji, kryształu okresowe zamienianie atomów, powstałe podczas wzrostu kryształu, pod wpływem przemian obróbki cieplnej lub odkształceń plastycznych. Ich obecność ma wpływ np. na własności elektromagnetyczne. Dzielimy je na: - Punktowe – mają w trzech kierunkach wymiany rzędu stałej sieciowej.
- liniowe – w dwóch prostopadłych kierunkach wymiar stałej sieciowej, w trzecim wymiarze ziarna lub kryształu; powierzchniowe – płaskie.
Rodzaje defektów liniowych:
- krawędziowe – wywołuje obecność w przestrzennej sieci krystalicznej dodatkowej płaszczyzny obsadzonej atomami (zw. ekstrapłaszczyzną).
- śrubowe – polega na przesunięciu (przemieszczeniu) jednej części kryształu względem drugiej o jedną odległość międzyatomową. W wyniku tego przesunięcia poszczególne płaszczyzny atomowe przekształcają się w powierzchnie śrubowe.
- mieszane – występują w postaci linii krzywych leżących na płaszczyźnie lub w przestrzeni tworzących trójwymiarową. Mają też niejednokrotnie kształt zamkniętych pętli.
Rodzaje defektów powierzchniowych:
- błąd ułożenia – nieprawidłowy układ płaszczyzn sieciowych najgęściej obsadzanych atomami; powstają w kryształach o sieci RSC na płaszczyznach. Takie zaburzenie sekwencji ułożenia warstw atomowych prowadzi do podwyższenia energii układu. Ten wzrost energii odniesiony do jednakowej powierzchni nazywany jest energią błędu ułożenia.
- granice ziaren – stanowi pasmo szerokości kilku średnic atomowych, w których rdzenie atomowe są rozmieszczone w sposób nieuporządkowany – podobny jak w fazie ciekłej . Związany jest z tym wzrost energii wewnętrznej granicy, warunkujący występowanie wielu charakterystycznych zjawisk, jak np. mniejsza odporność granic ziaren na działanie środowisk korozyjnych, czy też ich ruchliwość prowadząca do rozrostu ziaren. Jest to więc proces naturalny, zapewniający zmniejszanie energii swobodnej. W zależności od wielkości kąta dezorientacji między kierunkami krystalograficznymi dwóch sąsiednich ziaren rozróżnia się granice: wąsko i szerokokątowe.
8. Wpływ defektów struktury krystalicznej na wytrzymałość materiałów metalicznych.
Wady w budowie krystalicznej w istotny sposób wpływają na właściwości wytrzymałościowo – plastyczne metali. Obliczenia teoretyczne wykazują, że najlepszymi właściwościami wytrzymałościowymi powinny cechować się metale o idealnej budowie krystalicznej, a ich wytrzymałość powinna przeważać około 100-krotnie wytrzymałość metali technicznych. Potwierdza to fakt, że bardzo duże własności uzyskują kryształy włoskowate, tzw. wiskery, tj. monokryształy o jednej tylko dyslokacji śrubowej. Dążenie do ograniczenia budowy krystalicznej jest jednak technicznie b. trudne. Natomiast praktyczna metoda umocowania metali polega na znacznym zwiększeniu gęstości wad budowy krystalicznej, co można osiągnąć przez stosowanie stopów metali o budowie polikrystalicznej, w wyniku rozdrobnienia ziaren, wydzielenia faz o dużej dyspersji, a także przez zgniot wskutek odkształcenia plastycznego na zimno.
9. Co to jest sprężystość? Jakie wielkości charakteryzują tworzywo pod względem sprężystości?
Sprężystość – własność ciała polegająca na powrocie do stanu i wymiarów pierwotnych po zdjęciu obciążenia wywołującego odkształcenie.
Moduł sprężystości – wielkość charakteryzująca sprężyste właściwości materiału
- moduł sprężystości podłużnej (Younga)
- moduł sprężystości postaciowej (Kirchoffa)
-moduł sprężystości odkształcenia objętościowego (ściśliwości)
- współczynnik Poisson’a
Granice sprężystości – największa wartość naprężenia przy jednoosiowym rozciąganiu lub ściskaniu, które nie powoduje powstania trwałych odkształceń.
10. Co to jest plastyczność? Wielkości charakteryzujące tworzywo pod względem plastyczności.
Plastyczność – jest to zdolność materiałów do ulegania nieodwracalnym odkształceniom pod wpływem zewnętrznych sił działających na to ciało stałe (materiał). Nieodwracalne odkształcenia powstałe na skutek działania na ciało stałe naprężeń mechanicznych, przekraczających zakres, w którym jest ono zdolne do odkształceń sprężystych i jednocześnie na tyle małe, że nie powoduje zniszczenia ciągłości jego struktury.
- Granice plastyczności – naprężenie, po osiągnięciu którego następuje wyraźny wzrost wydłużenia badanej próbki bez wzrostu, a nawet spadku obciążenia.
- Wydłużenie procentowe – stosunek trwałego wydłużenia bezpośredniego próbki po rozerwaniu dL do długości pomiarowej L0 wyrażonym w procentach: A=dL/L0*100%
- Przewężenie – stosunek zmniejszenia pola powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu zerwania do pola powierzchni jej przekroju początkowego, wyrażony w procentach: Z=S0-Su/S0*100%
11. Jakie możemy wyróżnić rodzaje wytrzymałości ze względu na mechanizm wywołujący zniszczenie?
- Pełzanie, rozciąganie, skręcanie, ściskanie, zginanie
- Granica pełzania – rozprężenie, które w odpowiedniej temperaturze zmienia swoje odkształcenie.
- Darowość – odporność materiału lub tworzywa na pękanie przy uderzaniu. Miarą udarowości jest ilość energii na zniszczenie próbki do przekroju.
- Twardość – odporność tworzywa na odkształcenia trwałe, powstałe na skutek uciskania głębnikiem.
12. Narysować i opisać wykres równowagi fazowej dwóch składników, które w stanie stałym :
- wykazują całkowity brak rozpuszczalności składnika B w składniku A i ograniczoną rozpuszczalność składnika A w składniku B
- nie rozpuszczają się w sobie oraz tworzą fazę pośrednią o składzie AB
- wykazują całkowity brak rozpuszczalności
- rozpuszczają się w sobie w sposób nieograniczony (tworzą roztwór stały ciągły).
(rys.)
13. Jakie informacje można uzyskać z analizy wykresu równowagi?
Ogólne wykresy równowagi obrazują:
a) przemiany w stanie ciekłym i zmiany rozpuszczalności
b) zmiany stanu skupienia, krzepnięcia i topnienia
c) przemiany w stanie stałym
d) tworzenie się lub rozpad faz między-metalicznych w stanie ciekłym, w czasie zmiany stanu skupienia lub w stanie stałym.
- Wykresy równowagi podają więc w zasadzie tylko budowę fazową stopów, tzn. można z nich wywnioskować, z jakich faz stop jest zbudowany, w jakim stosunku ilościowym te fazy pozostają, jaki jest ich skład chemiczny. Inaczej mówiąc wykresy równowagi przedstawiają graficznie stan stopu.
14. Dla danego wykresu równowagi fazowej opisać fazy składników A i B opisać jakie fazy występują .w poszczególnych polach ograniczonych przez linie wykresu..
15. Co nazywamy stopem metali?
Stop metali – Substancja dwu lub wielo-składnikowe, makroskopowo wykazujące właściwości metaliczne. Co najmniej jeden z głównych składników stopu jest metalem. Składniki stopów są substancjami prostymi, np. pierwiastki, lub złożone, np. związki nieulegające przemianom.
16. Co to są roztwory stałe? Rodzaje roztworów stałych.
Roztwory stałe – stanowią jednorodną fazę o wiązaniu metalicznym i strukturze krystalicznej o właściwościach typowo metalicznych.
Roztwory stałe mogą być:
- podstawowe – gdy rozpuszczalnikiem jest pierwiastek będący składnikiem stopu
- wtórne – gdy rozpuszczalnikiem jest faza międzymetaliczna.
W zależności od zakresu składnika rozpuszczonego r.s. mogą być podzielone na :
- graniczne – jeżeli stężenie składnika rozpuszczonego jest ograniczone w pewnym zakresie.
- ciągłe – nieograniczona rozpuszczalność obydwu składników w stanie stałym w całym zakresie stężeń.
Ze względu na rozmieszczenie atomów składnika rozpuszczonego:
- międzywęzłowe – atomy składnika rozpuszczonego są rozmieszczone w przestrze-niach międzywęzłowych rozpuszczalnika.
- różnowęzłowe – atomy składnika rozpuszczonego rozmieszczone są w węzłach sieci krystalicznej rozpuszczalnika.
17. jakie warunki muszą być spełnione, aby dwa metale tworzyły roztwór stały ciągły?
Roztwory stałe ciągłe mogą tworzyć ze sobą jedynie pierwiastki, które mają:
- jednakowy typ sieci krystalicznej
- zbliżone wielkości średnic atomowych
- jednakową wartościowość
- zbliżoną elektroujemność
18. Jakie pierwiastki tworzą roztwory stałe międzywęzłowe?
Roztwory międzywęzłowe powstają, gdy atomy pierwiastka rozpuszczonego mają małą średnicę w porównaniu do średnicy atomów podst. i mogą zajmować pozycje międzywęzłowe w sieci krystalicznej rozpuszczalnika. W stopach żelaza są to: węgiel, bor, azot. R.m. mają zakres rozpuszczalności ograniczony zwykle do kilku procent.
19. Co to są fazy pośrednie? Jakie cechy je charakteryzują?
Fazy pośrednie (międzymetaliczne) – są połączeniami metali lub metali z niemetalami i wykazują własności metaliczne ze względu na częściowy lub całkowity udział wiązania metalicznego między atomami wchodzącymi w skład fazy. Cechy charakt. opisują cztery zasady:
- struktura krystaliczna faz pośrednich różni się od struktury każdego ze składników
- atomy każdego ze składników wykazują uporządkowane rozmieszczenie w sieci krystalicznej
- w oddziaływaniach między atomami występuje przewaga wiązań metalicznych
- wzajemne stosunki ilościowe atomów składników rzadko odpowiadają wartościowościom chem. pierwiastków, jakie wykazują one w związkach chem., mimo iż fazom można przypisać wzory podobne do wzorów związków chemicznych.
20. Jakie fazy i składniki strukturalne występują w układzie żelazo – cementyt?
Ponieważ żelazo występuje w dwóch odmianach alotropowych α i β, a ponadto tworzy z węglem roztwory stałe i fazę międzymetaliczną Fe3C (cementyt), w układzie równowagi żelazo – cementyt istnieją następujące fazy: ferryt, austenit, cementyt. Składnikami układu są żelazo i cementyt, ciekły roztwór węgla w żelazie to perlit, ledeburyt, grafit; składniki strukturalne jednofazowe (austenit, cementyt), dwufazowe.
21. Co to jest: ferryt, austenit, perlit, cementyt, ledeburyt, martenzyt, bainit, sorbit?
- ferryt – roztwór węgla w żelazie, zawierający niewielkie ilości węgla (mniej niż 0,025%) oraz niekiedy inne dodatki stopowe.
- austenit – międzywęzłowy roztwór stały węgla oraz innych dodatków stopowych w żelazie. Zawartość węgla nie przekracza około 2%.
- perlit – mieszanina eutektoidalna ferrytu z cementytem, zawierająca około 0,77% węgla, powst. podczas przemian elektoidalnych w temperaturze 727oC.
- cementyt (węglik żelaza) – Fe3C – jedna z podstawowych faz międzymaterialnych z grupy węglików wyst. w stopach żelaza z węglem i innymi pierwiastkami. Jest to jeden ze składników stali. Jest materiałem trwałym i kruchym. Posiada strukturę krystaliczną rombową. Jest fazą o zawartości węgla do 0,67%. Posiada linie wiązań metalicznych, co ma wpływ na to, że posiada własności metaliczne.
- martenzyt – forma stopu żelaza z węglem, powstała przez rozpad austenitu przy jego szybkim schładzaniu tak aby nie było czasu na jego naturalne przeniesienie na ferryt i cementyt. Temperatura początkowa i końcowa przemiany martenzytycznej w dużym stopniu zależy od zawartości węgla w stopie.
- ledeburyt – mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu zawierająca 4,3% węgla. Ledeburyt jest stabilny do temperatury, poniżej której rozpada się austenit - ledeburyt staje się wtedy podwójną eutektyką. Pierwotnie występujący w niej cementyt zachowuje swą formę, a austenit rozpada się na perlit i cementyt. Strukturę można ujednolicić w czasie obróbki wiązania.
- bainit - powstaje w wyniku przemiany bainitycznej. Ma on charakter częściowo dyfuzyjny. Bainit to mieszanina przesyconego ferrytu i wydzielonych węglików. Wraz z obniżaniem temperatury przemiany zwiększa się udział przemiany bezdyfuzyjnej i twardość bainitu. Jego twardość jest mniejsza od twardości martenzytu. Rozróżnia się dwa rodzaje bainitu:
a) górny – powst. w wyniku przemiany zachodzącej w temp. powyżej 300oC. Składa się z cementytu oraz nasyconego ferrytu. Jest strukturą niekorzystną ze względu na kruchość
b) dolny – powst. w wyniku przemiany w temp poniżej 300oC. Składa się z węglika oraz przesyconego ferrytu. Jest twardszy od bainitu górnego, gdyż wydzielone węgliki są bardziej dyspersyjne.
- sorbit – mieszanina ferrytu i cementytu o dyspersji zmniejszającej się wraz ze wzrostem temp. Twardość sorbitu w zależności od składnika chemicznego stali i warunków odpuszczania wynosi od 20 do ok. 45 HRC. Powst. w stalach stopowych konstrukcyjnych do ulepszania cieplnego po wysokim odpuszczeniu. Cechuje się wysokimi własnościami wytrzymałościowymi i plastycznymi.
22. Co to jest martenzyt i jak powstaje?
Jest to forma stopu żelaza z węglem powstała przez rozpad austenitu przy jego szybkim schładzaniu, tak by nie było czasu na jego naturalną przemianę na ferryt i cementyt. Temperatura początku i końca przemiany w dużym stopniu zależy od zawartości węgla w stopie.
23. Co to jest obróbka cieplna zwykła? Rodzaje obróbki.
Jest to zabieg dokonywany na stopach żelaza z węglem takich jak stal, staliwo lub żeliwo, w czasie którego pod wpływem ciepła i innych działań modyfikuje się niektóre własności fizyczne tych stopów. W przypadku obróbki cieplnej zwykłej zmiany struktury i własności są spowodowane głównie zmianami temp. i czasu.
Podstawowe rodzaje obróbki cieplnej stopów żelaza są:
- hartowanie (tylko dla stali)
- obciąganie
- ulepszanie
- przesycanie
- odpuszczanie
- wyżarzanie
24. Cel stosowania obróbki cieplnej.
Aby zmodyfikować niektóre własności fizyczne, polepszenie warunków mechanicznych, fizyko-chemicznych stali i stopów.
25. Na czym polega wyżarzanie? Rodzaje wyżarzania.
To zabiegi cieplne, których celem jest uzyskanie struktury w obrabianym materiale zbliżonej do stanu równowagi dynamicznej. Wyżarzanie polega na rozgrzaniu materiału do określonej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze i chłodzeniu z odpowiednią szybkością. Ze względu na temp. w której wyżarzanie przebiega dzieli się je na: wyżarzanie z przekrystalizowaniem (ujednorodniające, normalizujące, zupełne, izotermiczne, sferoidyzujące) i bez przekrystalizowania (rekrystalizujące, odprężające, stabilizujące).
26. Na czym polega hartowanie stali? Rodzaje hartowania.
Jest to zabieg cieplny o dwóch fazach:
1) nagrzewanie do temp. austenicznej i wygrzewanie
2)szybkie schładzanie (musi przebiegać szybko, by z austenitu nie zdążył wydzielić się cement i jego struktura została zachowana).
Rodzaje hartowania: zwykłe, stopniowe, izotermiczne, powierzchniowe (płomieniowe, indukcyjne, kąpielowe).
27. Na czym polega ulepszanie cieplne stali? Jakie stale poddajemy takiej obróbce?
Polega na wzbogaceniu w węgiel warstwy przedmiotów stalowych przez wygrzewanie ich w środowisku odpowiedniego karburyzatora. Ma na celu nadanie jej trwałości i odporności na ścieranie.
28. Na czym polega nawęglanie stali?
Nawęglanie (cementowanie) polega na wzbogacaniu w węgiel warstwy przedmiotów stalowych przez wygrzewanie ich w środowisku odpowiedniego karburyzatora.
29. Co to jest azotowanie? Stale do azotowania.
Zabieg cieplny polegający na dyfuzyjnym nasyceniu azotem warstwy powierzchniowej stalowego elementu. Proces polega na wprowadzeniu do warstwy wierzchniej przedmiotu stalowego azotu, który wiąże się z żelazem oraz innymi dodatkami stopowymi, zwłaszcza aluminium tworząc azotki w warstwie powierzchniowej stali. Używa się stali węglowej, niskostopowej i stopowej.
30. Na czym polega utwardzenie dyspersyjne? Jakie stopy poddaje się takiej obróbce?
Jest to proces technologiczny złożony z przesycania i starzeni...