Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
Materiały w pojęciu technicznym- ciała stałe o własnościach umożliwiających ich stosowanie przez człowieka do wytwarzania produktówPodział materiałów o znaczeniu technicznym:-Materiały naturalne (wymagające jedynie nadania kształtu do technicznego zastosowania)-Materiały inżynierskie (nie występujące w naturze lecz wymagające zastosowania złożonych procesów wytwórczych do ich zastosowania)PRZYKŁADY MATERIAŁÓW NATURALNYCH-Drewno, niektóre kamienie, skały i minerałyPODSTAWOWE GRUPY MATERIAŁÓW INZYNIERSKICH
-metale i ich stopy-materiały ceramiczne i szkła-polimerykompozytySzerokie zastosowanie znalazły stopy metali jak-stopy żelaza (stale i żeliwa)-stopy miedzi (brązy i mosiądze)-stopy aluminium (durale i siluminy)-stopy niklu i tytanuMateriały stosowane w technice konstrukcyjne zwielokrotniające sile ludzkich miesni, funkcjonalne zwielokrotniające możliwości umysłuMetale i ich stopy charakteryzują się dużą:-sztywnością-ciągliwością (zdolnością do odkształceń trwałych)-odpornością na obciążenia dynamiczne-dobrym przewodnictwem elektrycznym i cieplnym
-„połyskiem metalicznym”MATERIAŁY CERAMICZNE I SZKŁA Materiały ceramiczne to materiały otrzymywane z substancji nieorganiczno niemetalicznych o wysokiej trwałości termicznej. ( ceramika inżynierska, porowata i szklana, szkło i cermetale) Większość materiałów ceramicznych to tlenki lub związki chemiczne metali z takimi pierwiastkami jak: C, N, P i SPodstawowe składniki materiałów ceramicznych to tlenki:-aluminium (Al2O3)-krzemu (SiO2-magnezu (MgO)-węglik krzemu (SiC)-azotek krzemu (Si3N4)- charakteryzują się małym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym-Ich wytrzymałość, a szczególnie zdolność do przenoszenia obciążeń ściskających jest dość dobra - ich ciągliwość i odporność na obciążenia dynamiczne niska- odporne na korozję (utlenianie)-ze względu na wysokie temperatury topnienia charakteryzują się bardzo dobrą odpornością w wysokich temperaturach (temperatura topnienia Al2O3 wynosi 2020°C)Materiały ceramiczne są odporne na utlenianie,. spólną cechą metali i materiałów ceramicznych w skali atomowej to: budowa krystaliczna (regularne i powtarzalne ułożenie atomów)Wiele materiałów o składzie chemicznym materiałów ceramicznych mogą mieć również strukturę niekrystaliczną (atomy są ułożone w sposób nieregularny).Polimery – nazywane tworzywami sztucznymi lub platikami, są materiałami organicznymi, złozonymi ze związków węgla. Są tworzone przez C, H i inne pierwiastki niemetaliczne z prawego gornego rogu układu okresowego. Polimery są makrocząsteczkami i powstają w wyniku połączenia wiązaniami kowalencyjnymi w łańcuchy wielu grup atomów zwanych monomerami.Materiały kompozytowe są połączeniami 2 lub wiecej odrębnych i nierozpuszczających się w sobie faz, z których każda odpowiada innemu podstawowemu materiałowi inżynierskiemu, zapewniającymi lepszy zespół właśności i cech strukturalnych od właściwych dla każdego z materiałow składowych oddzielnie. Kompozyty są zbudowane z osnowy lub lepiszcza(faza w której są składniki wzmacniając) wzmocnienia ( wprowadzenie pod różną postacią jako wysokowytrzymały materiał zbrojeniowy) Osnowa(przenosi zewnętrzne naprężenia, decyduje o właściwościach cieplnych i chemicznych, utrzymuje wzmocnienie w określonym skladzie, wypelnia objetosc wyrobu) Materiały kompozytowe ze względu na osnowe metalowa, polimerowa i ceramiczna.WŁASNOŚCI MECHANICZNE-moduły sprężystości moduł Younga naprężenie normalne prostopadłe do przekroju poprzecznego do odkształcenia liniowego w kierunku wzdłużnym)-granica plastyczności-wytrzymałość na rozciąganie-odporność na pękanie-twardośćciągliwość Zachowanie się pod wpływem obciążeń:a)dynamicznych (udarnością)b)wytrzymałością zmęczeniową (zmieniających się cyklicznie)c)wysokich temperatur (wytrzymałość na pełzanie)WŁAŚCIWOSCI – technologiczne(podatność materialu na obróbkę), fizyczne ( o wykorzystaniu materiału w określonych warunkach) cieplne (zmiany właściwości materiału przy wzrposcie temp) elektryczne (zachowanie materiałow stos. W elektrotechnice i elektronice) magnetyczne (zach. Mat. W polu magn.) chemiczne (Zach. Mat w określonych war. Chemicznych) uzytkowe (cechy przydatności materiału do określonego zastosowania.STRUKTURA MATERIAŁÓWRozpatrywana na kilku poziomach:-najniższy poziom to struktura pojedynczego atomu lub atomówliczba i rozmieszczenie elektronów wokół jądra atomów na rodzaj wiązania chemicznego (własności elektryczne, cieplne i optyczne, w pewnym stopniu na własności mechaniczne i magnetyczne)-następny poziom dotyczy rozmieszczenia atomów w przestrzeni:w metalach i wielu materiałach ceramicznych i w niektórych polimerach atomy są ułożone względem siebie w sposób regularny i powtarzalny
niektóre materiały ceramiczne i większość polimerów nie mają jednak uporządkowanego ułożenia atomów a szereg ich zachowań jest odmiennych od kryształów MATERIAŁY KRYSTALICZNEW materiałach krystalicznych istnieją zawsze różnego rodzaju zaburzenia w rozmieszczeniu atomów- nazywane defektami sieciowymi lub struktury krystalicznejIch obecność wywiera istotny wpływ na własności, a w szczególności własności mechaniczne-Materiały krystaliczne są zwykle zbudowane z małych (najczęściej i wielkości 10-100μm) kryształów nazywamy ziarnami
-Większość materiałów składa się z więcej niż jednej fazy
WYKŁAD 2
-Elektrony otaczające jądro atomu mogą zajmować tylko ściśle określone stany energetyczneWIĄZANIA JONOWE:
Wiązania jonowe- polegają na elektrostatycznym przyciąganiu się jonów odmiennego znakuSą one rezultatem przechodzenia elektronu lub elektronów od jednego atomu do drugiegoWiązanie jonowe jako rezultat elektrostatycznego przyciągania między jonami przeciwnych znakówWIĄZANIA METALICZNEJeżeli metal przechodzi ze stanu pary w stan ciekły lub stały to słabo związane z jądrem atomu elektrony walencyjne przestają należeć do poszczególnych atomów i stają się elektronami swobodnymi
-W kryształach metali węzły sieci krystalicznej są obsadzone przez kationy, natomiast zdelokalizowane elektrony wartościowości poruszają się podobnie jak cząsteczki substancji w stanie gazowym
-Z tego powodu mówi się, że elektrony wartościowości tworzą gaz elektronowy lub chmurę elektronów
-Wysoką przewodność elektryczną metale zawdzięczają gazowi elektronowemu o dużej ruchliwości
WYKŁAD 4
Żelazo występuje w dwóch odmianach alotropowych:-do temperatury 912°C-oraz od temperatury 1394°C do temp. topnienia 1538°Ca)Gdy Struktura krystaliczna żelaza jest regularna przestrzennie centrowana (RPC, C12, A2)
To Żelazo o takiej strukturze krystalicznej: to żelazo α Roztwory na osnowie żelaza α są nazywane ferrytem i często oznaczane α b)W zakresie temp.912-1394°C struktura krystaliczna żelaza jest regularna ściennie centrowana (RSC, CF4, A1)Roztwory na osnowie żelaza o takiej strukturze krystalicznej to: austenit i oznaczane γ, zaś żelazo jest nazywane żelazem γ W stopach żelaza zarówno w przypadku ferrytu i austenitu występują dwa rodzaje roztworów:-roztworów międzywęzłowe-roztwory substytucyjne
Promienie atomowe żelaza i pierwiastków tworzących z żelazem roztwory międzywęzłowe są następujące: Fe-α-124pm, Fe-γ-127pm, C-77pm, N-71 pm, B- 97 pm, H- 46 pm i O – 60 pmROZTWORY MIĘDZYWĘZŁOWE I SUBSTYTUCYJNE-Pierwiastki takie jak: C, N, B, H i O tworzą z żelazem α jak i γ roztwory międzywęzłowe-Roztwory substytucyjne tworzą pozostałe pierwiastki jeżeli są rozpuszczalne w żelazie
-Ułożenie atomów w strukturze krystalicznej żelaza α jest luźniejsze niż w strukturze krystalicznej żelaza γ -Stosunek objętości atomów do objętości w jakiej się one znajdują nazywamy stopniem wypełnienia przestrzeni przez atomy:-w żelazie α=0,68-w żelazie γ=0,74 RÓŻNICE W GĘSTOŚCI UŁOŻENIA ATOMÓW W AUSTENICIE I FERRYCIE-Powoduje, ze podczas przemiany żelaza γ o większej gęstości w żelazo α o gęstości mniejszej, wzrost objętości o ok. 1%-Ze względu na gęstsze ułożenie atomów w austenicie niż w ferrycie- szybkość dyfuzji w austenicie jest mniejsza niż w ferrycie w tej samej temperaturze- współczynnik samodyfuzji żelaza w Fe-α jest około 100 razy większy niż w Fe-γ POŁOŻENIE LUK W KOMÓRKACH ELEMENTARNYCH ŻELAZA α i ŻELAZA γWNIOSKI
-W obu rodzajach struktur krystalicznych żelaza atomy pierwiastków tworzących roztwory międzywęzłowe zajmują luki oktaedryczne -W żelazie γ luki oktaedryczne są symetryczne (znajdujące się w nich atomy składnika rozpuszczonego powodują jedynie zmianę objętości komórki)-W żelazie α luki oktaedryczne nie są symetryczne (luka jest w jednym kierunku znacznie mniejsza niż w dwóch pozostałych)-Austenit stabilny w wysokiej temperaturze charakteryzuje się względnie dużą rozpuszczalnością węgla-Ferryt stabilny w niskiej i wysokiej temperaturze charakteryzuje się znacznie mniejszą rozpuszczalnością atomów międzywęzłowych (ze względu na mniejsze luki oktaedryczne między atomami żelaza w strukturze krystalicznej ferrytu)-W temperaturze przemiany eutektoidalnej (727°C) rozpuszczalność węgla w austenicie jest 35 razy większa niż w ferrycie
-Duża różnica w rozpuszczalności oraz duże zniekształcenie struktury krystalicznej RPC przez atomy międzywęzłowe ma bardzo duże znaczenie praktyczne-Podczas chłodzenia austenitu z temperatury jego stabilności do temperatury, w której przestaje być stabilny, tworzy się mechanizmem dyfuzyjnym (ferryt staje się ubogi w węgiel oraz węgliki)
-Znaczne różnice w rozpuszczalności węgla w ferrycie i w austenicie oraz bardzo duże umocnienie w roztworze ferrytu atomami węgla są wykorzystane do zwiększenia wytrzymałości stali przez obróbkę cieplną
WYKŁAD 3
Wukładzie regularnym rozroznia się dwie odmiany złożone: siec układu regularnego przestrzennie centryczna, siec układu regularnego plasko centryczna. W układzie regularnym krystalizuje większość znanych metali ( żelazo, glin, nikiel, miedź, srebro) – plasko centryczna, METALE występujące w postaci regularnej plasko centrycznej oznaczaja się dobra plastycznością. Metale majace siec tetragonalna o podstawie kwadratowe o boku a wysokości c odznaczaja się niska temp. krzepniecia i mala wytrzymałością(cyna biała)Czysty metal podczas chłodzenia osiągnie w pewnej chwili temperaturę w której rozpocznie się krzepnięcie, powstanie wówczas pewna liczba drobnych kryształow, które w miarę upływu czasu będą się powiększać, aż wreszcie zajmą całą objętość naczynia. Pierwsze atomy, które zajęły w cieczy uporządkowwane względem siebie położenia nazywamy osrodkami krystalizacji, istnieja pewne uprzywilejowane kierunki rozchodzenia się ciepła( w tych kierunkach będą rozchodziły się kryształy) dendryty. Liczba ośrodków krystalizacji zależy od stopnia przechłodzenia cieczy w fazie chłodzenia.Podstawowym źródłem żelaza w procesie wytwarzania stali są rudy żelaza i złom stalowyW zależności od pochodzenia żelaza wyróżnia się:-huty o pełnym cyklu produkcyjnym (huty zintegrowane) gdzie żelazo pochodzi głównie z rudyżelazo w rudzie występuje w postaci tlenków (redukcja tlenków do metalicznego żelaza)redukcja tlenków do metalicznego żelaza realizowana jest przy użyciu węgla (C) w piecu szybowym (wielki piec)Źródłem węgla w wielkim piecu jest koks lub paliwo zastępczeWęgiel, który służy do redukcji tlenków żelaza jest także paliwem, prócz tego dostarcza się tlen z powietrzemPOJĘCIE SURÓWKIProduktem wielkiego pieca: surówka (zawiera więcej węgla niż stal)-Następny etap otrzymania stali z rudy to proces utleniania węgla znajdującego się w surówce- urządzenie konwektor-Do konwektora wdmuchiwany jest tlen: łączy się z węglem rozpuszczonym w ciekłej surówce oraz pierwiastkami zawartymi w surówce: P, Si, Mn oraz FeWsadem do konwektora oprócz surówki: złom stalowy-Stal ciekłą ze złomu otrzymuje się w piecu elektrycznym łukowymWSAD DO WIELKIEGO PIECAWsade...