1. Co to jest nominalne odkształcenie normalne.

Ten rodzaj naprężeń, który nazwaliśmy naprężeniem normalnym (rozciągającym), powoduje odkształcenie normalne. Gdy naprężeniu poddany jest sześcian o boku l pokazany na rys. 3.3 i wydłuża się on o wielkość u w kierunku naprężenia rozciągającego, to możemy zdefiniować nominalne odkształcenie normalne jako

En=ul

2. Dokonaj podziału wł. Na grupy wł estetycznych i powierzchni:

estetyczne: dotyk, wygląd,przyjemny

powierzchni:Utlenianie i korozja, tarcie, powierzchnia, ścieralność, zużycie

3. Dokonaj podziału materiałów na grupy materiałowe:

polimery:PV, PMME, guma

metale i stopy: żeliwo i stale, miedź i jego stopy, tytan i jego stopy

ceramika: Al2O3, cermetale,Si3N4

kopozyty: drewno, GFRP, SISS

4. Z jakiego stopu i jakie jego właściwości decydują o wytwarzaniu łopatek turbin silników odrzutowych.

Wykonane ze stopu tytanu - materiału me­talicznego. Ma on wystarczająco dobre takie właściwości, jak: moduł spręży­stości, granicę plastyczności i odporność na pękanie. Materiał musi być dodatkowo odporny na zmęczenie (spowodowane szybko zmiennymi obciąże­niami), na zużycie powierzchniowe (przez uderzające z wielką prędkością kropelki wody) i korozję (szczególnie przy startach z lotnisk położonych nad morzem). Wreszcie, z powodów oczywistych, niezwykle ważnym parametrem jest gęstość materiału; stopy tytanu są najlżejszymi dostępnymi stopami spełniającymi powyższe wymagania.

W celu dalszego zmniejszania masy łopatek wypróbowywano co prawda przeszło dwukrotnie lżejsze kompozyty CFRP¹), ale ze względu na ich małą odporność na uderzenia wycofano się z tego pomysłu - wpadający do silnika ptak mógłby łatwo stać się przyczyną nagłego zniszczenia turbowentylatora.

Materiał na łopatki turbiny musi spełniać jeszcze więcej dodatkowych warunków. Ze względów ekonomicznych paliwo powinno spalać się w jak najwyższej temperaturze. W konsekwencji pierwszy rząd łopatek współczes­nej turbiny jest nagrzewany do ok. 950°C. Materiał, z którego są wykonane łopatki, musi zatem wykazywać odporność na pełzanie i utlenianie w tych temperaturach. Okazało się, że w tak surowych warunkach sprawdzają się stopy na bazie niklu o niezwykle skomplikowanej strukturze - są one przy­kładem jednego ze szczytowych osiągnięć zaawansowanej technologii ma­teriałowej.

5. Z jakiego metalu i jakie jego właściwości decydują o wytwarzaniu elektrod świec zapłonowych.

Elektrody powinny być odporne na: zmęczenie cieplne (powodowane szybko zmieniającą się temperaturą), zużycie (na skutek erozji iskrowej) oraz utlenianie i korozję przez produkty spalania zawierające agresywne związki siarki, ołowiu (z dodatków przeciw­stukowych) i inne. Takie właściwości mają stopy wolframu, z nich też wyko­nuje się wspomniane elementy.

Przykładem zastosowania materiału nie należącego do metali jest izolator centralnej elektrody wykonany z korundu (tlenku glinu), czyli z ceramiki. Użyto go, ponieważ nie przewodzi prądu (właściwość elektryczna), jest od­porny na zmęczenie cieplne oraz nie ulega korozji i utlenianiu (sam jest tlenkiem !).

6. Jaka wł ogranicza stosowanie niklu i tytanu w budownictwie mieszkaniowym?

Wysoka cena, trudność uzyskania tych pierwiastków, możliwość zastąpienia ich innymi materiałami.

7. Z jakiego materiału wykonasz maszt jachtu wyczynowego?

w jachcie wyciecz­kowym stal, drewno czy bawełnę zastąpiono polimerami i kompozytami. Typowy jacht ma kadłub wykonany z polimeru wzmocnionego włóknem szklanym (GFRP). Materiał ten łatwo jest wytwarzać, kształtować, ładnie wygląda, a co najważniejsze, nie koroduje jak stal i nie smakuje świdrzykom jak drewno. Maszt ze stopu aluminium, przy tej samej wytrzymałości jak drewniany, jest o wiele lżejszy; bardziej obciążone jednostki wyposaża się w maszty zrobione ze stopu aluminium wzmocnionego włóknami boru, tzw. wiskerami (kompozyt). Tradycyjną bawełnę na olinowanie i żagle zastąpiono polimerowym terylenem (a spinakery - nylonem). Wreszcie do produkcji wielu innych elementów, jak listwy i worki odbojowe, kurtki nieprzemakalne, kapoki czy pokrowce, szeroko stosuje się PVC.

8. Jakie materiały konkurują w wytwarzaniu mostów?

W dzisiejszych czasach decyzję czy zastosować drewno, stal i zbrojony beton podejmuje się po wnikliwej analizie ekonomicznej ze względu na ich relatywnie niską i podobną cenę,

Analizy właściwości objętościowych i powierzchniowych materiału (np. wy­trzymałości czy odporności na korozję), rozważenia łatwości jego wytwa­rzania, musi uwzględniać życzenia potencjalnych klientów; w końcu musi być konkurencyjny cenowo w porównaniu z innymi proponowanymi materiałami

drewno, stal i zbrojony beton

9. Wymienić po dwa pierwiastki najliczniej występujące w oceanach i atmosferze.

Ocean: tlen 85,wodór10

atmosfera:azot79,tlen19

10. Podaj zamienniki Miedzie w instalacjach wodno-kanalizacyjnych.

Rury PCV, ceramika

Polietylen w dużym stopniu wyparł miedź z instalacji wodociągowo-kanalizacyjnych,

11. Wyraź liczbę Poissona przez odkształcenie poprzeczne i wzdłużne.

12. Podaj zależność między dylatacją i ciśnieniem.

13. Przedstaw na jednym wykresie krzywe rozciągania w układach σn/εn i σ/ε zaznacz początek tworzenia się szyjk

14. Podaj zależność między dylatacją i ciśnieniem.

15. Przedstaw na jednym wykresie krzywe rozciągania w układach σn/εn i σ/ε zaznacz początek tworzenia się szyjki.

16.Co to jest uplastycznienie?

Uplastycznienie -Przejście od sprężystego do mierzalnego odkształcenia plastycznego.

17.Wyjaśnij mechanizm działania wzmocnienia wydzieleniowego i dyspersyjnego

. Umacnianie wydzieleniowe i dyspersyjne

Jeżeli celowe zanieczyszczenie (tj. dodatek stopowy - np. miedź) jest rozpuszczone w materiale ceramicznym lub w metalu (np. w aluminium) w wysokiej temperaturze, to po ochłodzeniu takiego stopu do temperatury pokojowej wspomniane zanieczyszczenie może wydzielić się w postaci małych cząstek, bardzo podobnie jak wykrystalizowałby cukier z ochłodzonego roztworu nasyconego. W stopie Al zawierającym 4% Cu (duraluminium) potraktowanym w ten sposób powstają bardzo małe, gęsto rozmieszczone wydzielenia twardej fazy CuAl₂. Niektóre stale umacniane są również w ten sposób - wydzieleniami węglików²⁾.

Małe wydzielenia mogą być wprowadzane do metalu lub ceramiki również innymi metodami. Najbardziej oczywistą metodą jest wymieszanie bardzo rozdrobnionej substancji (np. tlenku) w sproszkowanym metalu (np. w aluminium czy ołowiu), a następnie prasowanie i spiekanie przygotowanej mieszaniny.

Oba podejścia prowadzą do rozmieszczenia małych, twardych cząstek na drodze przemieszczającej się dyslokacji. Naprężenie τ musi dyslokację prze­nieście pomiędzy tymi przeszkodami. Na rysunku 10.2 pokazano jak przeszkadzają one w tym ruchu. To tak, jakby nadmuchiwać balonik w ptasiej łatce: potrzebne byłoby bardzo duże ciśnienie, aby balon wydął się pomiędzy prętami, ale, kiedy odpowiednio duże wydęcie już powstanie, to dalej rośnie ono łatwo. Krytyczną konfiguracją jest półkolisty kształt dyslokacji; w tym przypadku siła τbL działająca na jeden segment równoważona jest siłą 2T napięcia linii dyslokacji działającej na obu końcach wybrzuszenia. Dyslo­kacja pokonuje przeszkody (i pojawia się odkształcenie plastyczne), gdy

$\tau_{y} = \frac{2T}{\text{bL}}$ (10.2)

Przeszkody wywołują więc opór f₀ = 2T/L. Oczywiście największe utwardzenie wywołają wytrzymałe, gęsto rozmieszczone wydzielenia

18.Podaj zależność miedzy krytycznym naprężeniem poślizgu dyslokacji w krysztale i polikrysztale.

sposoby zwiększania oporu ruchu dyslokacji: on właśnie decyduje o krytycznym naprężeniu poślizgu dyslokacji w pojedynczym, izolowanym krysztale metalu lub materiału ceramicznego.

Większość kryształów cechuje pewna samoistna, wewnętrzna wytrzymałość, wynikająca z istnienia wiązań z istnienia wiązań między atomami. Gdy dyslokacja przemieszcza się, wiązania te muszą ulegać zrywaniu i odtwarzaniu. Szczególnie duży wewnętrzny opór sieci (przed tym ruchem) na jednostkę długości dyslokacji f_i, występuje w kryształach o wiązaniach kowalencyjnych. To właśnie dlatego tak duża wytrzymałość i twardość cechuje diament oraz węgliki, tlenki, azotki i krzemiany, używane jako materiały ścierne oraz materiały na narzędzia tnące. Czyste metale natomiast są bardzo miękkie. Cechują się bardzo małym oporem sieci. Wskazane więc jest zwiększenie / przez umocnienie roztworowe, wydzieleniowe lub dyspersyjne, umocnienie odkształceniowe (przez "zgniot"), lub poprzez kombinację tych trzech sposobów.

Kryształy odkształca się plastycznie, gdy siła τb (na jednostkę długości dyslokacji) przekroczy wartość f, siły oporu ruchu dyslokacji (też jednostkowej). Zależność ta definiuje krytyczne naprężenie poślizgu dyslokacji.

$\tau_{y} = \frac{f}{b}$

19.Podaj zależność między gr plastyczności i krytycznym naprężeniem poślizgu dyslokacji (6 znaków).

Płynięcie plastyczne odbywa się przez ścinanie. Dyslokacje przemieszczają się w pojedynczym krysztale, gdy naprężenie ścinające w płaszczyźnie poślizgu przekroczy wartość krytycznego naprężenia poślizgu dyslokacji. Uśrednienie τ_y dla wszystkich orientacji ziarn i wszystkich płaszczyzn poślizgu polikryształu umożliwia powiązanie go z granicą plastyczności przy rozciąganiu R_e zależnością R_e = 3τ_y

20.Wyjaśnij zjawisko plastycznej niestabilności.

w materiale może tworzyć się szyjka - pewien przejaw plastycznej niestabilności. Tworzy się ona, gdy odkształcanie lokalizuje się w jednym przekroju próbki lub części, (jeżeli odkształcanie trwa dalej) materiał pęka w tym miejscu.

Jeżeli wykonamy różniczkowanie i podstawienie do równania opisującego tworzenie się szyjki, otrzymamy

dσndεn=0

punkt niestabilności odpowiada maksimum krzywej nominalne naprężenie-odkształcenie,

Krytyczny warunek rozpoczęcia tworzenia się szyjki to

Aσ = F = const

Wobec tego

Adσ + σdA = const

lub

$$\frac{d}{} = - \frac{\text{dA}}{A}$$

$$\frac{\text{dσ}}{\text{dε}} = \sigma$$

Przy ciągle wzrastającym naprężeniu rzeczywistym, dσ/dε, szybkość umac­niania ciągle maleje, stając się niewystarczającą, aby zachować stabilność materiału - wzrastające (z powodu coraz mniejszego przekroju) naprężenie nie może być już zrekompensowane umacnianiem w szyjce, jej przekrój ma­leje coraz szybciej i szybciej, aż w końcu pęka.

Konsekwencje plastycznej niestabilności Niestabilność plastyczna jest niezwykle ważna w takich procesach, jak głębokie tłoczenie blach przy produkcji nadwozi samochodów, puszek itp. Musimy oczywiście tak dobrać materiał, jak i konstrukcję prasy, aby unie­możliwiały wystąpienie niestabilności.

po przekroczeniu warunku A razy sigma = F  ( A*σ=F ) w materiale robi sie szyjka

21.Do jakich grupy właściwości zaliczysz wł cieplne, optyczne, magnetyczne, elektryczne.

Nie mechaniczne, objętościowe

22.Z jakiego materiału i dlaczego wykonasz rękojeść śrubokręta?

Rączka śrubokręta wykonana jest z polimeru lub innego tworzywa sztucznego, np. z polimetakrylanu metylu znanego również pod nazwą PMMA lub perspex (pleksiglas, szkło organiczne - przyp. tłum.). Rączka ma dużo większy przekrój niż trzonek, więc jej podatność na skręcenie, czyli sprężystość, może być mniejsza. Oczywiście bez przesady, gumowa (też polimer) rączka miałaby o wiele za mały moduł sprężystości! Ale większość innych polimerów nadaje się do tego celu. Toteż tradycyjnie robiło się rączki z bardzo skomplikowanego polimeru, jakim jest drewno. Jeśli weźmie się pod uwagę ilość materiałów wyrażoną w tonach na rok, drewno wciąż znajduje się na czele polimerów używanych przez inżynierów. Teraz zastępuje je PMMA, który mięknie po podgrzaniu, przez co łatwo mu nadać wy­magany , ostateczny kształt. Mówimy, że jego łatwość przetwarzania jest wysoka. Wybieramy go również ze względów estetycznych: ładnie wygląda, jest przyjemny w dotyku i ma małą gęstość, co oznacza, że nie zmęczymy się nosząc go w kieszeni. A na koniec: jest tani, dzięki czemu produkt ma rozsądną cenę,nie przewodzi prądu.

np poliamid lub drewno,PMMA

23. Kiedy cena materiału nie odgrywa zasadniczej roli w koszcie wyrobu?

tak łopatologicznie to wtedy, gdy mało waży

24. Uporządkuj występowanie pierwiastków w skorupie ziemskiej wg procentów wagowych:

Fe, Al, Ni, O2, Ca, Na, K.

O2, Si, Al, Fe,Ca, Na, K

25. Wymienić pierwiastki których dostępność w skorupie ziemskiej jest na wyczerpaniu.

26. Co rozumiesz pod pojęciem xxx projektowanie przy wymaganiach właściwości powierzchni.

27. Podaj zamienniki kamienia i drewna w konstrukcjach budowlanych.

28. Co to jest dylatacja?

dylatacja - naprężenie hydrostatyczne powoduje zmianę objętości zwaną dylatacją. Jeśli zmiana objętości jest równa ΔV, a objętość sześcianu V, dylatację określamy jako

∆ =∆V*V

29.Wyjaśnij zjawisko plastycznej niestabilności.

w materiale może tworzyć się szyjka - pewien przejaw plastycznej niestabilności. Tworzy się ona, gdy odkształcanie lokalizuje się w jednym przekroju próbki lub części, (jeżeli odkształcanie trwa dalej) materiał pęka w tym miejscu.

Jeżeli wykonamy różniczkowanie i podstawienie do równania opisującego tworzenie się szyjki, otrzymamy

dσndεn=0

punkt niestabilności odpowiada maksimum krzywej nominalne naprężenie-odkształcenie,

Warunek tworzenia się szyjki

Konsekwencje plastycznej niestabilności Niestabilność plastyczna jest niezwykle ważna w takich procesach, jak głębokie tłoczenie blach przy produkcji nadwozi samochodów, puszek itp. Musimy oczywiście tak dobrać materiał, jak i konstrukcję prasy, aby unie­możliwiały wystąpienie niestabilności.

po przekroczeniu warunku A razy sigma = F  ( A*σ=F ) w materiale robi sie szyjka

30.Do jakich grupy właściwości zaliczysz wł cieplne, optyczne, magnetyczne, elektryczne.

Nie mechaniczne, objętościowe

.

31.Podaj zależność miedzy krytycznym naprężeniem ścinającym i granicą plastyczności

k=Re/2

W chwili rozpoczęcia odkształcenia plastycznego naprężenie ścinające na płaszczyźnie poślizgu wynosi więc τ = R_e/2; jest to definicja krytycznego naprężenia ścinającego k.

$k = \frac{R_{e}}{2}$

32.Podaj zależność miedzy twardością i granicą plastyczności.

$$H = \frac{F}{A} = 3R_{e}$$