Odpowiedzi do wykładu 7

1. Materiały inżynierskie – materiały nie występujące w naturze lecz wymagające zastosowania złożonych procesów wytwórczych do ich przystosowania do potrzeb technicznych. Podział ze względu na rodzaj wiązań między atomami:

- metale i ich stopy

- polimery

- materiały ceramiczne

- materiały kompozytowe???

2. Podział stali w zależności od przeznaczenia:

- stale konstrukcyjne (S) – niestopowe (węglowe), niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości, do nawęglania, do azotowania, do ulepszania cieplnego, sprężynowe, łożyskowe. Zawartość pierwiastków stopowych nie przekracza zwykle kilu procent, a zawartość węgla nie przekracza 0,3 %,

- stale narzędziowe (stale wyżej węglowe) (C) – niestopowe (węglowe), do pracy na zimno, do pracy na gorąco, szybkotnące,

- stale o szczególnych własnościach – odporne na korozję, utlenianie, o szczególnych własnościach magnetycznych.

1. Stale niestopowe konstrukcyjne są stosowane zazwyczaj na mało odpowiedzialne konstrukcje w budownictwie przemysłowym i ogólnym, których elementy są łączone przez spawanie, nitowanie lub śrubami. W normach europejskich wyróżnia się także grupę stali maszynowych, które są stosowane do wytwarzania elementów maszyn.

2.Stale niestopowe konstrukcyjne są dostarczane w postaci produktów długich i płaskich, walcowanych na gorąco (blachy grube, uniwersalne i cienkie, pręty, kształtowniki, taśmy, rury) oraz odkuwek.

3. Co to są domieszki zwykłe stali? Domieszki zwykłe pochodzą z procesu metalurgicznego , najczęściej odtleniania (Al, Mn, Si)  a ich zawartość zależy głównie od metody wytopu. Ponadto domieszkami zwykłymi są zanieczyszczenia główne ( S) i (P) oraz rzadziej (As) i (Sn) których usuwanie jest niemożliwe 4. Wymienić domieszki zwykłe stali. Za domieszki zwykłe stali uważa się mangan, krzem, fosfor, siarkę oraz wodór. azot i tlen, ponieważ te pierwiastki występują zawsze w mniejszej lub większej ilości w przemysłowych gatunkach stali. Zawartość tych pierwiastków w stalach węglowych nie przekracza zwykle następujących granic: Mn do 0,8% (w niektórych gatunkach stali granica ta jest rozszerzona do 1,5%), Si do 0,5%, P do 0,05% (z wyjątkiem stali automatowych), S do 0,05% (z wyjątkiem stali automatowych).Krzem w ilościach do 0,5% jest dodawany do stali podczas jej wytapiania w celu odtlenienia. 5. Podział stali ze względu na obróbkę cieplną. - do nawęglania – oznaczane są literą S i trzycyfrowa liczba wyrażającą minimalną granicę plastyczności (Re) w MPa np. S185 - do nawęglania i ulepszania cieplnego – Oznaczenie: litera C, a po niej liczbą określającą zawartość węgla w setnych % i litery E lub R. Oznaczające maksymalną zawartość siarki (E) lub zakres zawartości siarki (R), np. C20E, C60R. Ciąg dalszy…

• Stale niestopowe do nawęglania zawierają do około 0,2% C.

• Stale dostarczone w stanie wyżarzonym, poddaje się obróbce skrawaniem, następnie przeprowadza się nawęglanie w temperaturze około 890°C, następnie hartuje bezpośrednio z temperatury nawęglania i odpuszcza w temperaturze 150 do 200°C.

• Stale niestopowe do ulepszania cieplnego zawierają powyżej 0,3%C.

• Ulepszanie cieplne obejmuje hartowanie z temperatury 850 ^o C w wodzie i następnie odpuszcza się w temperaturze 600 ^o C.

6. Cel wprowadzania pierwiastków stopowych do stali. Stalą stopową nazywa się stal, do której celowo wprowadzono pierwiastki stopowe, aby nadać jej wymagane własności. Dodatki stopowe są wprowadzane do stali w celu : - uzyskania określonych własności wytrzymałościowych, - wywołania pożądanych zmian strukturalnych, - uzyskania specjalnych własności chemicznych lub fizycznych, - podwyższenia hartowności, - ułatwienia technologii i polepszenie efektów obróbki cieplnej. 7. Wymienić najczęściej stosowane dodatki stopowe. Stalą stopową nazywa się stal, do której celowo wprowadzono pierwiastki stopowe, aby nadać jej wymagane własności. Najczęściej stosowanymi dodatkami stopowymi są: mangan, krzem, chrom, nikiel, molibden, wanad, wolfram. Nieco rzadziej stosuje się aluminium, kobalt, tytan i niob. Ponadto coraz częściej jako celowe dodatki stopowe zyskują na znaczeniu bor i azot. 8. W jakich fazach w stalach stopowych mogą występować pierwiastki stopowe? Fazy, w których występują pierwiastki w stalach: - roztwory stałe żelaza: ferryt stopowy i austenit stopowy, - fazy międzymetaliczne międzywęzłowe z węglem i azotem: węgliki, azotki i węglikoazotki, - inne fazy międzymetaliczne, - wtrącenia niemetaliczne: tlenki, siarczki. Każdy pierwiastek może występować we wszystkich fazach. Podział pierwiastków między fazy w stopie jest nierównomierny. 9. Podział stali narzędziowych stopowych w zależności od warunków pracy. - stale do pracy na zimno – stosowane są na narzędzia do obróbki drewna, papieru, skóry, gumy, tworzyw sztucznych i metali, jeśli ich temp. pracy nie wzrasta powyżej 250°C. Mogą to być zarówno narzędzia skrawające, jak i do obróbki plastycznej. Najważniejszą cechą tych stali jest twardość i odporność na ścieranie. Zawierają chrom do 17%, wolfram do 2%, wanad do 0,8%. Zawartość węgla waha się w szerokich granicach od 0,5÷2%. - stale do pracy na gorąco – stosuje się do wyrobu narzędzi do obróbki plastycznej na gorąco, które są narażone na ścieranie, obciążenia udarowe i odpuszczające działanie ciepła. Powinny więc mieć dużą twardość, utrzymującą się w temperaturze pracy narzędzia, a jednocześnie dostateczną ciągliwość, dobre przewodnictwo cieplne i odporność na zmęczenie cieplne. Wymienione własności osiągają stale średniowęglowe (0,3÷0,55%C) zawierające przede wszystkim takie pierwiastki stopowe, jak chrom , molibden , wanad , wolfram W. Chrom występuje we wszystkich stalach w ilościach 1÷5%, Molibden w większości z nich w ilościach 0,4÷3%, Wanad głównie jako mikrododatek w ilości 0,1÷0,5%. - stale szybkotnące – są przeznaczone do skrawania z dużymi prędkościami, podczas którego ostrze skrawające nagrzewa się do temperatury czerwonego żaru. Muszą więc być odporne na odpuszczające działanie ciepła i w związku z tym zawierać dużo węgla (0,8÷1,4%) i pierwiastków węglikotwórczych. Zadaniem chromu jest zapewnienie odpowiednio dużej hartowności stali. Wolfram i molibden jako pierwiastki węglikotwórcze umacniają stal i wywołują twardość wtórną. Kobalt nie poprawia właściwości skrawające narzędzi. Wanad tworzy trudno rozpuszczalne i bardzo twarde węgliki typu MC, które utrudniają rozrost ziarna austenitu podczas austenityzowania. 10. Wymienić główne pierwiastki stopowe stali narzędziowych. Najczęściej są to: chrom Cr, molibden Mo, wanad W, wolfram V, mangan Mn. Głównym celem dodawania pierwiastków stopowych jest: zwiększenie hartowności, odporności na odpuszczające działanie ciepła oraz zachowanie twardości w wysokiej temperaturze. 11. Wymienić główne pierwiastki stopowe stali szybkotnących. - Stale szybkotnące są przeznaczone do skrawania z dużymi prędkościami, podczas którego ostrze skrawające nagrzewa się do temperatury czerwonego żaru. Muszą więc być odporne na odpuszczające działanie ciepła i w związku z tym zawierać dużo węgla (0,8÷1,4%) i pierwiastków węglikotwórczych. - Zadaniem chromu jest zapewnienie odpowiednio dużej hartowności stali. - Wolfram i molibden jako pierwiastki węglikotwórcze umacniają stal i wywołują twardość wtórną. - Kobalt nie poprawia właściwości skrawające narzędzi. - Wanad tworzy trudno rozpuszczalne i bardzo twarde węgliki typu MC, które utrudniają rozrost ziarna austenitu podczas austenityzowania. 12. Siluminy – (stop odlewniczy) stop aluminium z dodatkiem krzemu oraz innymi (o mniejszym udziale procentowym) dodatkami takimi jak miedz, magnez, mangan i nikiel. Stężenie 2- 30% Si (najczęściej 5-13,5% Si). Charakteryzują się dobrą odpornością na korozję atmosferyczną , są odporne na działanie wody morskiej, wód mineralnych, amoniaku i kwasu azotowego. Poza tym maja bardzo dobre właściwości odlewnicze, tzn. dobrą lejność, mały skurcz, dokładnie wypełnioną formę. Ze względu na znaczną żarowytrzymałość stosowane są: - w wysoko obciążonych tłokach silników spalinowych, - siluminy podeutektyczne na silnie obciążone elementy dla przemysłu okrętowego i elektrycznego, pracujące w podwyższonej temperaturze, wodzie morskiej, - wieloskładnikowe siluminy – na głowice silników spalinowych. W celu poprawy właściwości mechanicznych siluminu, bardzo często stosuje się zabieg utwardzania dyspersyjnego, polegający na wyżarzaniu i starzeniu stopu. 13. Mosiądz – stop miedzi i cynku, zawierający do 40 % cynku. Może zawierać dodatki innych metali, takich jak ołów, aluminium, cyna, mangan, żelazo, chrom oraz krzem. Topnieje w temperaturze ok. 1000C. (zależnie od gatunku). Ma kolor żółty (złoty), przy mniejszych zawartościach cynku zbliżający się do naturalnego koloru miedzi. Stop ten jest odporny na korozje, ciągliwy, łatwy do obróbki plastycznej. Posiada dobre właściwości odlewnicze. Z mosiądzu wytwarza się armaturę, osprzęt odporny na wodę morska, śruby okrętowe, amunicje, okucia budowlane, w szczególności klamki. Ważnym zastosowaniem mosiądzu jest produkcja instrumentów muzycznych. Jest wytrzymalszy od brązu, ponieważ zawiera cynk nadający mu twardość.