1. Rodzaje wiązań atomowych w materiałach

a)wiązanie kowalencyjne

-powstaje pomiędzy atomami tego samego pierwiastka oraz pomiędzy atomami różnych pierwiastków o zbliżonych wartościach powinowactwa elektronowego, elektroujemności i energii jonizacji

-atomy tego samego lub różnych pierwiastków dążą do uzyskania struktury elektronowej powłoki walencyjnej najbliższego sobie gazu szlachetnego przez utworzenie wspólnej jednej lub kilku par elektronowych

-dzięki tworzeniu wspólnych par elektronowych atomy są utrzymywane razem

b)wiązanie jonowe

-powstaje wtedy, gdy reagują ze sobą atomy z których jeden łatwo traci elektrony walencyjne, a drugi zaś łatwo je przyłącza do swej powłoki walencyjnej

-w związkach, w których występują wiązania jonowe, tworzone są sieci krystaliczne

-materia, w której występują wiązania jonowe charakteryzują się:

• dużą wytrzymałością i twardością

• wysokimi temperaturami topnienia

• małym współczynnikiem rozszerzalności cieplnej

• w stanie stałym źle przewodzą prąd

• stopione i rozpuszczone w roztworze wykazują przewodnictwo jonowe

c)wiązanie metaliczne

-powstaje, gdy atomy metalu oddają swoje elektrony walencyjne w celu utworzenia gazu elektronowego

-gaz ten jest rozłożony równomiernie i porusza się swobodnie wiążąc dodatnie kationy metalu ze sobą

GAZ ELEKTRONOWY- układ, który stanowi przestrzeń w której rozmieszczone są swobodnie dodatnio naładowane jony, pomiędzy którymi swobodnie poruszają się elektrony

j-w wiązaniu metalicznym elektrony walencyjne stanowiące gaz elektronowy należą jednocześnie do wszystkich atomów. Ta właściwość elektronów w alencyjnych metali jest przyczyną wysokiego przewodnictwa elektronowego

-w/g teorii Lorentza kryształ metaliczny jest siecią dodatnich jonów w obrębie, której elektrony walencyjne mogą się przemieszczać w swobodny i dowolny sposób

d)wiązanie van der Waalsa

-w wiązaniu tym molekuła jest spolaryzowana i staje się dipolem, który w odpowiednim położeniu może przyciągać inny dipol

-występuje w gazach szlachetnych oraz w tworzywach sztucznych (w których zamiast atomów są cząsteczki)

2.Wykres równowagi układu dwuskładnikowego, w którym oba składniki wykazują w stanie stałym całkowity brak rozpuszczalności

Wykres z eutektyką

EUTEKTYKA- z języka greckiego oznacza dobrze zbudowany - ze względu na drobną strukturę oraz dobrze topiący się, ponieważ jest stopem o najniższej temperaturze topnienia ze wszystkich stopów pierwiastków A i B na wykresie

• linia DCE (pozioma) - linia eutektyki = LINIA SOLIDUSU

-poniżej linii solidusu wszystkie stopy są wyłącznie w stanie stałym

• linia ACB = LINIA LIKWIDUSU

-powyżej linii likwidusu wszystkie stopy układu są wyłącznie w stanie ciekłym

• punkt C = EUTEKTYKA

-mamy tu do czynienia z kryształem

Powyżej linii eutektyki wydzielające się z cieczy kryształy noszą nazwę kryształów pierwotnych powstałych z zarodków krystalizacji.

Podczas grzania stopu eutektyka przechodzi w stan cieczy po przekroczeniu linii eutektyki.

Eutektyka topi się w niższej znacznie temperaturze niż każdy z jej składników brany osobno, tzn. czyste metale A i B.

3. Wykres równowagi układu dwuskładnikowego, w którym oba składniki są w stanie stałym wzajemnie rozpuszczalne bez ograniczeń.

Dolna linia - to linia solidusu

Górna linia - to linia likwidusu

Powyżej linii likwidusu wszystko jest cieczą.

Pomiędzy linią likwidusu a linią solidusu jest strefa występowania kryształów roztworu (R) i pozostałej ilości cieczy, natomiast poniżej lini solidusu jest strefa występowania tylko kryształów roztworu.

4. Omówić układ żelazo - cementyt. Opisać struktury żelaza przy przemianie eutektoidalnej i eutektycznej.

• linia ABCD = powyżej tej linii wszystko jest cieczą

• punkt C = punkt łatwotopliwy - eutektyka = LEDEBURYT

• punkt E przy 2%-ej zawartości węgla = umowna granica występowania stali

• punkt S przy 0.8%-ej zawartości węgla = punkt eutektoidalny - ma strukturę krystaliczną dla stali zwaną PERLITEM

Do 2% zawartości węgla jest STAL, powyżej ŻELIWO

Do 0.8% zawartości węgla stale o strukturze perlitycznej w wyższych temperaturach - struktura autenistyczna pozwalająca na obróbkę stali cieplnej.

a) Struktura żelaza w przemianie eutektoidalnej = PERLIT

-tworzy się w temperaturze 723⁰C przy 0.8%-ej zawartości węgla

-jest eutektoidalną mieszaniną nasyconego ferrytu i cementytu o zawartości 0.8% węgla powstającą jako produkt rozpadu austenitu w temp. 723⁰C

-ma budową płytkową ( na przemian rozłożone płytki ferrytu i cementytu)

jest składnikiem o dobrej wytrzymałości na rozciąganie (~740 MPa) i niezłej ciągliwości

b) Struktura żelaza w przemianie eutektycznej = LEDEBURYT

-jest mieszaniną eutektyczną nasyconego austenitu i cementytu o zawartości 4.3%-ej węgla, krystalizującą w temp. 1147^oC

-jest składnikiem twardym i kruchym oraz trudnoskrawalnym

5. Podział stali węglowych. Zasady oznaczania tych stali. Właściwości mechaniczne stali węglowych.

Stale węglowe to stale zwykłe.

Podział stali węglowych:

1. ogólnego przeznaczenia

• o zwykłej jakości

• o podwyższonej jakości

• o najwyższej jakości

2. określonego przeznaczenia

• dla budownictwa np. St3S

• dla kolejnictwa np. St4P

• do budowy okrętów np. St41KO

• dla elektrotechniki

• na kotły i zbiorniki ciśnieniowe np. K10, K18

• na blachy karoseryjne

• na rury np. R35

• na druty np. D35-D80

• na śruby, nakrętki i nity np. St3N

• na łańcuchy zgrzewane

• stale automatowe np. A11

Zasady oznaczania:

• stale o zwykłej jakości

• obejmują gatunki St0 do St7 różniące się zawartością węgla od 0,15% do 0,55% oraz właściwościami mechanicznymi

• obecnie nie produkuje się stali St0 i St1

• numer oznacza numer kolejny stali

• mogą być 3 rodzaje różnych oznaczeń w zależności od metody badania danej stali:

• MSt3YCu - sprawdzony skład chemiczny

• St3 - sprawdzona wytrzymałość

• St3YS - sprawdzona wytrzymałość jak i skład chemiczny

Stale zwykłej jakości używane są bez obróbki cieplnej w stanie surowym po walcowaniu.

Jakie znaczenie mają litery po kolejnym numerze stali?

X - stal nieuspokojona

Y - stal półuspokojona

brak litery - stal uspokojona

S - stal spawalna

U - gwarantowana wytrzymałość na udarność

G - stal o podwyższonej zawartości manganu

• stale o wyższej jakości

• obejmują gatunki od 8 do 65, różniące się zawartością węgla średnio od 0,08 do0,65% o określonym składzie chemicznym i własnościach mechanicznych

• w oznaczeniu nie ma na początku żadnej liter, zaś liczba mówi nam o zawartości węgla w stali (np. 35 - 0,35%C)

• mogą być litery za liczbą: X, G

• stale te mogą być poddane obróbce cieplnej

• stale o najwyższej jakości

• oznaczenie np. D55A

D - oznacza stal na drut patentowy

55 - oznacza zawartość węgla w stali

A - oznacza stal najwyższej jakości

6.Stale stopowe - klasyfikacja i oznaczenie.

Podział stali stopowych:

• stale ogólnego przeznaczenia

• do ulepszenia cieplnego

(obejmuje gatunki średniowęglowe o zawartości 0,25-0,65% - np. 35)

• do utwardzania powierzchniowego:

• do hartowania powierzchniowego

• do nawęglania (np. A11, 15H)

• do azotowania (np. 38HMJ)

• określonego przeznaczenia

• sprężynowe (np. 65, 65G)

• na łożyska toczna (np. H18)

• do pracy w niskich temperaturach

• do pracy w podwyższonych temperaturach

• o podwyższonej wytrzymałości

7. Sposoby oznaczania staliw i żeliw. Zastosowanie

1. STALIWO:

• stal odlana do formy

• zawartość węgla od 0 do 2%

• dobre właściwości wytrzymałościowe i mechaniczne, bo mogą przenosić duże obciążenia

• oznaczenie:

• polskie - 15L - 55L (z krokiem co 5), gdzie liczba mówi o zawartości węgla

• niemieckie np. GS25 co odpowiada polskiej stali 25L

• zastosowanie:

na odlewy przedmiotów o skomplikowanym kształcie, gdy właściwości wytrzymałościowe żeliwa są niewystarczające

2. ŻELIWO:

• lany stop żelaza

• zawartość węgla ponad 2%

• gorsze właściwości wytrzymałościowe, zaś lepsze odlewnicze

• rodzaje:

• żeliwo szare

• węgiel w postaci grafitu płytkowego

• dobra odporność na korozję

• b. duży współczynnik tłumienia drgań

• może podlegać obróbce cieplnej

• oznaczenie - ZL20, gdzie 20 oznacza max wytrzymałość na rozciąganie = 200Mpa

• w zależności od osnowy wyróżnia się żeliwo: perlityczne, ferrytyczne i mieszane, sferoidalne

• żeliwo białe

• węgiel w postaci cementytu

• żeliwo twarde i kruche

• odporne na ścieranie

• zastosowanie:

do odlewów odpornych na ścieranie nie wymagających większej obróbki skrawaniem, jak wykładziny i ślimaki mieszalników i przenośników materiałów sypkich, kule młynów kulowych, klocki hamulcowe.

• żeliwo ciągliwe

• węgiel w postaci kłaczku

• w stanie surowym bardzo kruche i nieobrabialne

• b. dobra obróbka skrawaniem

• zastosowanie:

załączki rurowe, klucze do drzwi, klucze do śrub i nakrętek, pedały, rury wydechowe, bębny hamulcowe

• rodzaje:

• białe oznaczane symbolem GTW

• czarne oznaczane symbolem GTS

8. Materiały stosowane do wykonania armatury ciepłowniczej. Zakres zastosowania i właściwości.

• na blachy kotłowe i zbiorniki ciśnieniowe stosuje się:

• stale niskowęglowe (<0,25%C), uspokojone (odtlenione), zwykłej jakości pracujące w temperaturze 350^oC, np. St36K, St41K, St44K.

• na walczaki kotłów wysokoprężnych - ze względu na konieczną wytrzymałość - stosuje się:

• stale stopowe z zawartością Mn, Ni, Cu po 1%

• na rury kotłowe ekranowe o temperaturze pracy do 450^oC stosuje się:

• stale niskowęglowe, uspokojone o zwykłej jakości, np. K18

• na rury przegrzewaczy pary i przewody pary przegrzanej stosuje się:

• niskowęglowe (<0,18%C) stale stopowe zawierające; 0,5% Mo (16M - do 500^oC), 1% i 0,5% Mo (15HM - do 550^oC) albo 2,25% Cr i 0,5% Mo (10H2M - do 580^oC)

Wszystkie wymienione stale są spawalne

9.Podać w jakiej postaci występuje węgiel w różnych rodzajach żeliw.

żeliwo białe

• węgiel w postaci cementytu, twarde i kruche

żeliwo szare

• węgiel w postaci grafitu płytkowego

żeliwo ciągliwe

• węgiel w postaci kłaczku

żeliwo sferoidalne

• węgiel w postaci małych kuleczek

10. Wykazać zasadnicze różnice pomiędzy:

1. żeliwem a staliwem

• żeliwo

• zawiera powyżej 2% węgla

• słabe właściwości wytrzymałościowe

• nie obrabialne plastycznie ani na zimno ani na gorąco

• staliwo

• zawiera do 2% węgla

• dobre właściwości wytrzymałościowe, bo może przenosić duże obciążenia

• obrabialna plastycznie na gorąco i na zimno

2. stalą uspokojoną i nieuspokojoną

• stal uspokojona

• jest odtleniona

• stal nieuspokojona

• zawiera pewną ilość tlenu i CO₂

3. stalą niskowęglową a stalą stopową

• stal niskostopowa

• zawiera domieszki w ilościach nie przekraczających ustalonych umownie norm (0,5%Si, 0,8%Mn, 0,1%Al lub Ti i 0,25%Cu)

• stal stopowa

• zawierająca domieszki w ilościach przekraczających powyższe oraz celowo dodane inne pierwiastki w celu uzyskania określonych własności

11. Proces produkcji stali. Sposoby otrzymywania stali nierdzewnych. Właściwości stali nierdzewnych i ich zastosowanie.

Proces produkcji stali:

• żelazo w rudzie występuje w postaci związanej: tlenków, węglanów

• najważniejsze rudy żelaza to:

• magnetyt o zawartości 50-70% Fe w Fe₃O₄

• hematyt o zawartości 40-60% Fe w Fe₂O₃

• limonit o zawartości 30-45% Fe w 2Fe₂O₃* 3H₂O

• syderyt o zawartości 30-40% Fe w FeCO₃

• segregacja rudy (ruda - skała płonna), za pomocą sortowników magnetycznych

• wzbogacanie rudy za pomocą spiekania (inne metale - metodą flotacji)

• pierwszy wytop surówki z wielkiego pieca (warstwowy lub ciągły)

SURÓWKA - stop żelaza z węglem zanieczyszczony jeszcze innymi metalami ( zawartość węgla 12-15%)

• surówkę przerabiamy na stal, która produkowana jest w konwektorach

• z surówki usunąć nadmiar węgla i zanieczyszczeń poprzez doprowadzenie do konwektora powietrza i tlenu w celu utlenienia

• stal odtlenić

• stal uzupełnić w węgiel

Otrzymywanie stali nierdzewnych:

Czyste żelazo i stale niskostopowe nie są odporne na korozję. W celu zmiany tego zjawiska należy dodać do stali metale odporne na korozję budujące m.in. stale wysokostopowe, do których zaliczamy głównie: chrom, nikiel, wolfram. Po dodaniu tych metali tlenki żelaza zastępowane są tlenkami tychże metali, tworząc szczelną warstewkę chroniącą stal przed korozją.

Właściwości stali nierdzewnych:

• odporne na korozję

• odznaczają się dobrą hartownością

Zastosowanie:

• do urządzeń i instalacji sanitarnych

12.Rodzaje, otrzymywanie, skład chemiczny stali żaroodpornych i żarowytrzymałych. Zastosowanie.

Żaroodporność - odporność na działanie czynników chemicznych, głównie powietrza oraz spalin i ich agresywnych składników (np. CO, CO₂, H₂O, SO₂, popiół) w wysokich temperaturach powyżej 600^oC.

Żarowytrzymałość - odporność własności mechanicznych, zwłaszcza w przypadku naprężeń długotrwałych, na wpływ wysokich temperatur powyżej 500 - 600^oC.

• Stale żaroodporne

• stale zwykłe węglowe odporne na utlenianie w temperaturach do ok. 500^oC

• podstawowym składnikiem stali jest: Cr, często z dodatkiem Al, Si lub Ni

• są to stale niskowęglowe (<0,2%C) dla zapewnienia spawalności

• nie ulegają korozji w wysokich temperaturach

• np. H5M - odporne do temp. 650^oC; H26N4 - odporne do temp. 1100^oC

• Stale żarowytrzymałe:

• mogą przenosić obciążenia w wysokich temperaturach

• stale zawierające takie składniki jak:

• Cr i Ni - stosowane w temp. do 800^oC

• Cr, Ni, Co - stosowane na łopatki turbin gazowych

• Co, Cr, Ni, W - stosowane na łopatki wirnika, łopatki kierownicze, komory spalania w temp. 950^oC

• Ni i Cr - stosowane na łopatki turbin gazowych, komory spalania w temp. 1000^oC

Ogólnie stale żarowytrzymałe mają zastosowanie w lotnictwie silników odrzutowych.

25) Podać definicję polimerów wielocząstkowych. Wyjaśnić, czym różnią się cztery typy struktury.

Polimery - substancje złożone z makrocząsteczek, charakteryzujące się regularnym lub nieregularnym powtarzaniem się w nich ugrupowań atomów, zwanych monomerami, jednego lub kilku rodzajów. Makrocząsteczki składają się z bardzo wielkiej liczby monomerów tj. małocząsteczkowych związków chemicznych, zdolnych do reakcji z identycznymi lub innymi cząsteczkami, dzięki obecności w nich, co najmniej dwóch ośrodków reaktywnych, takich jak wiązania nienasycone, grupy chemiczne, pierścienie reaktywne. Liczba ośrodków reaktywnych określa funkcyjność monomeru i ma bezpośredni wpływ na budowę makrocząsteczki np.: chlorek winylu jest monomerem dwufunkcyjnym

- CH₂ - CH - - CH - CH₂ -

| podobnie styren |

Cl C₆ H₅

Istnieją także monomery trójfunkcyjne (np. fenol i rezorcyna) oraz monomery więcej funkcyjne. Aby z monomerów można było uzyskać związki wielkocząsteczkowe w drodze syntezy chemicznej (polireakcji), muszą być one, co najmniej dwufunkcyjne, przy czym funkcyjność danego związku chemicznego określa się liczbą posiadanych przez niego atomów, grup atomów lub wiązań zdolnych do reakcji chemicznych.

27) Opisać zastosowanie i budowę następujących tworzyw sztucznych:

• bakielit ,

• winidur,

• pleksiglas.

Pleksiglas (polimetakrylan metylu) jest doskonale przezroczystym tworzywem(przepuszcza 90 do 99% światła widzialnego), gęstość 1,19 g/cm³, wytrzymałość na rozciąganie 75 MPa, wytrzymałość na ściskanie 100 Mpa, udarność 2 J/cm², rezystywność (opór elektryczny właściwy) 10¹⁶ mΩ • m. Łatwo daje się kształtować (po nagrzaniu do temperatury 140 - 150^oC), polerować i obrabiać mechanicznie. Jest odporny na działanie światła, wody, rozcieńczonych kwasów i zasad, alkoholu 40%, terpentyny, benzyny, olejów mineralnych, natomiast rozpuszcza się w większości rozpuszczalników organicznych. Wytwarzany w postaci płyt, bloków, prętów i rur, znalazł szerokie zastosowanie na szyby lotnicze i samochodowe, soczewki, szkiełka zegarkowe i odblaskowe, reflektory, artykuły gosp. dom., elementy maszyn biurowych i instrumentów muzycznych, elementy dekoracyjne, itd.

Ebonit - kauczuk + 25% siarki.

Winidur - PCW (polichlorek winylu) - produkowany jest w temp. 170^oC (walcowanie, wyciskanie)

Twardy (czysty PCW - winidur) stosowany jest do rur kanalizacyjnych. Temperatura pracy winiduru to 20-70^oC, a w temp. 100^oC staje się bardzo plastyczny. Odporny na działanie kwasów, zasad, olei. Natomiast benzen pęcznieje w wymienionych substancjach. PCW wymieszany z substancjami zmiękczającymi daje folie i ceraty. Wydłużenie liniowe PCW to 0,2 mm/mK.

29) Omówić budowę, właściwości fizyczne i mechaniczne silikonów.

Silikony otrzymujemy działając alkoholem na kwas solny. Makrocząsteczka silikonu składa się z jednego nieograniczonego łańcucha Si-O z grupami węglanowodorowymi w łańcuchach bocznych. Mogą one być różnego rodzaju (np. grupy metolowe, etylowe, fenylowe). Uzyskuje się dzięki temu dla różnych silikonów różnorodne własności.

Silikon powstaje z żywicy. Podstawowy łańcuch tworzy krzem i tlen.

Budowa silikonu:

CH₃ CH₃ CH₃

| | |

OH - Si - O - Si - O - Si - OH (-R₂Si - O - SiR₂), gdzie R jest najczęściej

| | | grupą metylową lub fenylową

CH₃ CH₃ CH₃

Cząstki krótkie (nieusieciowane) dają silikonowe napięcia powierzchniowe, które jest bardzo małe.

Olej silikonowy do 300^oC jest niepalny, stosowany jako olej transformatorowy.

Smar silikonowy od -60^OC do +200^OC ma stałe właściwości smarne.

Łańcuchy lekko uniesione - żywice silikonowe, które stosowane są przy izolacji silników.

Łańcuchy najdłuższe - kauczuki silikonowe stosowane w temp. Od -90 do +250^OC

Grupy boczne wywołują ich zdolność do hydrofibrizacji i powodują większą plastyczność w porównaniu z krzemianami. Niekorzystne są wysokie koszty ich wytwarzania. Wyróżniamy oleje silikonowe (przezroczystą ciecz-bardziej ściśliwa niż oleje mineralne), żywice silikonowe (służą jako surowiec do lakierów i do wiązania włókien szklanych), kauczuk silikonowy (stosowany, gdy jest wymagana odporność na temp. i na działanie ozonu).

31) Porównanie budowy i właściwości różnych rodzajów kauczuków. Zastosowanie.

Podstawowym surowcem do produkcji gumy jest kauczuk, naturalna lub syntetyczna substancja wielkocząsteczkowa o bardzo dobrych własnościach elastycznych. Wszystkie kauczuki zalicza się do elastomerów tj. tworzyw polimerycznych charakteryzujących się w temp. otoczenia zdolnością prawie natychmiastowego powrotu po dużym odkształceniu do postaci pierwotnej. Moduł sprężystości kauczuków jest bardzo mały, rzędu 1-10 MPa, wydłużenie przy zarwaniu wynosi do 1200%, wydłużenie odwracalne 50-200%. Nie podlega prawu Hooke'a.

1. Kauczuk naturalny jest produktem roślinnym otrzymywanym głównie z lateksu drzew kauczukowych, rosnących w klimacie tropikalnym, a także z niektórych roślin występujących w klimacie umiarkowanym. Lateks, czyli sok drzew kauczukowych wyglądem przypominający mleko, jest wodną emulsją cząsteczek kauczuku. Zawiera on 30-45% substancji stałej, składającej się z ok. 96% węglowodoru kauczukowego, reszta to białka, cukry, kwasy tłuszczowe, żywice i inne. Kauczuk otrzymuje się w wyniku koagulacji lateksu za pomocą kwasu mrówkowego lub octowego. Przed koagulacją lateks poddaje się filtracji i rozcieńczeniu wodą do stężenia 15-17% suchej substancji w przypadku kauczuku wędzonego i do 20% w przypadku krepy.

2. Kauczuki syntetyczne są to materiały otrzymywane przez polimeryzację zw. org.., wykazujące cechy fizyczne kauczuku, mogące natomiast różnić się od niego pod względem chemicznym. Ogólnie dzielą się na dienowe i niedienowe. Do najczęściej stosowanych kauczuków syntetycznych należą:

1. Kauczuki butadienowe charakteryzujące się bardzo dobrą odpornością na ścieranie i powstawanie spękań, bardzo dobrą elastycznością w szerokim zakresie temperatur, dobrymi własnościami dynamicznymi i niezłą odpornością na starzenie. Stosowane głównie w przemyśle oponowym, ale również na taśmy przenośnikowe, izolacje, kable i artykuły stosowane w obniżonej temperaturze.

2. Kauczuki butadienowo-akrylonitrylowe (nitrylowe) odporne na działanie olejów i materiałów pędnych. Stosowane na węże do paliw ciekłych i olejów, na uszczelki, wykładziny, itp.

3. Kauczuki butadienowo-styrenowe wykazujące dużą odporność na ścieranie, na powstawanie spękań, o dobrych własnościach mechanicznych. Są podstawowymi kauczukami syntetycznymi stosowanymi na wielką skalę w produkcji opon, artykułów technicznych, obuwia i innych wyrobów gumowych.

4. Kauczuki chloroplenowe wulkanizowane tlenkami metali, wykazujące bardzo dobrą odporność chem. Na oleje i rozpuszczalniki. Niepalne. Stosowane na olejoodporne i niepalne węże, przenośniki taśmowe pracujące w wyższych temp., wykładziny.

5. Kauczuki izoprenowe czyli tzw. Syntetyczne kauczuki naturalne, o budowie cząsteczkowej i własnościach bardzo podobnych do kauczuka nat. Stosowane na opony i różne art. techniczne.

6. Kauczuki butylowe wykazujące po wulkanizacji dobrą odporność chem. na działanie środków utleniających, kwasów i zasad, odporność na oddziaływanie podwyższonych temperatur, ozonu i wody, małą przepuszczalność gazów i par. Stosowane głównie na dętki rowerowe, motocyklowe i samochodowe, na art. tech. Dla motoryzacji, płyty wykładzinowe, amortyzatory, węże do pary i gorących cieczy, taśmy przenośnikowe, kleje, tkaniny gumowane, okrycia ochronne.

( proces wulkanizacji >> do kauczuku dodaje się siarkę, (4% S))

(kauczuk + 25% S = Ebonit)

7. Kauczuki akrylowe wykazujące bardzo dobrą odporność na działanie wyższych temp. oraz chemiczne działanie smarów i olejów, odporność na starzenie pod wpływem tlenu i ozonu oraz wytrzymałość na wielokrotne zginanie. Stosowane głównie na wyroby dla przemysłu samochodowego.

8. Kauczuki wielosiarczkowe (tiokole) odznaczające się doskonałą odpornością na działanie olejów i rozpuszczalników, małą przepuszczalnością gazów oraz odpornością na starzenie atmosferyczne, ozon i światło. Wydzielają nieprzyjemny zapach, są mało odporne na działanie wyższych temperatur, a także mają niskie własności mechaniczne. Zależnie od masy cząst. i budowy chem. tiokole mają postać stałą lub ciekłą. Stałe są stosowane na uszczelki odporne na benzynę, węże do paliw i farb, membrany do gazomierzy, wałki poligraficzne, opony kablowe. Ciekłe stosowane do wyrobu kitów i mas uszczelniających dla lotnictwa, przemysłu okrętowego samochodowego i budownictwa.

9. Kauczuki silikonowe charakteryzujące się bardzo dobrą odpornością na wysoką temp. w środowisku suchego powietrza, odpornością na niską temp., dobrymi własnościami elektroizolacyjnymi w podwyższonej temp., odpornością na starzenie pod wpływem światła, tlenu, ozonu, dobrą odpornością chem. na działanie wodnych roztworów kwasów, zasad i soli. Stosowane w lotnictwie, kosmonautyce i technice rakietowej, elektrotechnice i elektronice, w przemyśle maszynowym, samochodowym itd.

10. Kauczuki fluorowe wykazujące doskonałą odporność na działanie kwasów utleniających, węglowodorów aromatycznych, olejów technicznych, cieczy hydraulicznych, bardzo dobrą odporność na wysoką temp., dobre własności mechaniczne po wulkanizacji, mała przepuszczalność gazów oraz niepalność. Stosowane w lot., tech. kosmicznej, w przemyśle samochodowym i chemicznym.

32. Omów wady i zalety instalacji wodnych wykonanych z polipropylenu.

Zalety:

-nie ulegają korozji

-przeważnie są obojętne fizjologicznie

-niższe straty ciśnienia przy przepompowywaniu

-odporność na uderzenia hydrauliczne

-wytrzymałe na zamarzanie wody

-możliwość wykonywania bardzo długich odcinków przewodów.

-lżejsze i łatwiejsze w montażu

Wady:

-mniejsze wł. wytrzymałościowe

-mniejsza wytrzymałość na temperaturę

-palność

-większe wydłużenia cieplne

23. Stopy aluminium. Budowa i zastosowanie.

Aluminium jak i jego stopy charakteryzują się małą gęstością (2,7Mg/m3), bardzo dużą plastycznością, dużą przewodnością cieplną i elektryczną, ładnym wyglądem i odpornością na korozję - na powierzchni metalu tworzy się cienka, szczelna i dobrze przylegająca do podłoża warstwa Al2O3, która efektywnie chroni aluminium i jego stopy przed dalszym utlenianiem.

Produkcja aluminium jest bardzo kosztowna i energochłonna. Do produkcji 1 tony aluminium potrzeba18000 kWh, 2 tony Al2O3, 0,5 t węgla i 50kg fluorku sodowego.

Stopy aluminium mają bardzo dobrą wytrzymałość właściwą, zastosowanie znajdują tam gdzie istotnym czynnikiem jest ciężar konstrukcji np. samoloty (stop aluminium z litem) Niekorzystna cecha stopów aluminium jest ich niska temperatura topnienia- 660 C.

Wyróżniamy stopy aluminium z miedzią, krzemem, manganem, cynkiem.

Stopy do obróbki plastycznej są zwykle wielocząsteczkowe. Najbardziej znane z nich to durale. Skład klasycznego duralu to 4%Cu,1%Mg,1%Mn oraz Fe i Si poniżej 0,7%.

24. Co to jest polimeryzacja ?

Polimeryzacja jest procesem łączenia się związków małocząsteczkowych (monomery) w makrocząsteczki (polimery) w kształcie długich łańcuchów lub trójwymiarowych sieci przestrzennych bez wydzielania produktów ubocznych ( takich jak woda czy amoniak).

Polimeryzacja może zachodzić przez addycję (dodawanie) oraz przez kondensację. Polimeryzacja addycyjna polega na szybkiej reakcji łańcuchowej monomerów, natomiast polimeryzacja kondensacyjna polega na indywidualnych reakcjach chemicznych między poszczególnymi parami monomerów i jest procesem znacznie wolniejszym.

28. Budowa, zastosowanie i właściwości fizyczne i mechaniczne teflonu.

Odporny do temperatury 260 C, odporny praktycznie na działanie wszystkich reagentów oprócz NaOH.

Proces technologiczny: proszek teflonowy poddawany spienieniu w temperaturze 550 C.

W procesie obróbki plastycznej otrzymujemy rury, płytki, sztabki.

25. Podać definicję polimerów wielocząsteczkowych. Wyjaśnić czym różnią się cztery typy struktury.

Cztery struktury:

a) liniowa- struktura ta występuje u polimerów termoplastycznych. Wraz ze wzrostem temperatury miękną, a następnie się topią. Płynięcie plastyczne zachodzące podczas rozciągania takich polimerów powoduje prostowanie się cząsteczek i orientowanie ich w kierunku równoległym do kierunku płynięcia plastycznego materiału. Wraz ze wzrostem długości cząsteczek rośnie temperatura topnienia i następuje polepszenie właściwości mechanicznych.

b) silnie usieciowana - występuje u polimerów termoutwardzalnych - duroplasty. Są utwardzane za pomocą wiązań sieciujących, są nierozpuszczalne a po podgrzaniu nie przechodzą w stan ciekły lecz przy nadmiernym nagrzaniu następuje ich rozkład. Są kruche.

c) rozgałęziona -struktura ta polega na przyłączeniu cząsteczki polimeru do boku łańcucha cząsteczki głównej polimeru. Rozgałęzienia utrudniają proces krystalizacji przez co gęstość polimeru jest mniejsza a wytrzymałość na rozciąganie maleje. Wniosek: polimery nie mające struktury rozgałęzionej mają większą budowę krystaliczną a więc i lepszą wytrzymałość na rozciąganie , twardość, odporność na ścieranie i stabilność wymiarów.

d) struktura wiązań poprzecznych- występuje u elastomerów. Najbardziej znanym przykładem tej struktury jest guma, w której do utworzenia wiązań poprzecznych ( proces zwany wulkanizacją) stosuje się siarkę. W zależności od ilości siarki właściwości zmieniają się od typowych dla gumy poprzez sprężyste do twardych i kruchych. 4% siarki- gumy miękkie, 25% - ebonit, powyżej 32% nie dodaje się.

Wiązania poprzeczne pełnią role pamięci kształtu tj. po usunięciu obciążenia materiał wraca do pierwotnego kształtu.

26. Porównać budowę, sposób otrzymywania, właściwości i zastosowanie: polietylenu, polipropylenu i polichlorku winylu.

Zaliczane są do polimerów termoplastycznych

Polipropylen-(PP). Otrzymuje się w wyniku polimeryzacji propylenu. Odznacza się doskonałymi właściwościami mechanicznymi i dielektrycznymi. W temperaturze pokojowej jest odporny na działanie wielu czynników chemicznych. W podwyższonej temperaturze ulega dyfuzji tlenowej. Współczynnik chropowatości wynosi 0,007. Zastosowanie: wykładziny zbiorników i cystern, sznury, dywany, sprzęt domowy, artykuły medyczne, folie na opakowania np. na artykuły spożywcze.

Polietylen- (PE) Otrzymywany w wyniku polimeryzacji etylenu. Polimery są tworzywami o znacznej elastyczności i udarności, dobrych właściwościach mechanicznych gęstość -0,92 g/cm3. Można go farbować, brak zapachu i smaku, odporny na działanie czynników chemicznych, nie przepuszczalny dla tlenu. Zastosowanie: opakowania, rury wodociągowe również do wody pitnej (do 90 C), osłony kabli elektrycznych, kubki, zabawki itp.

Polichlorek winylu- (PVC) otrzymywany przez polimeryzację chlorku winylu. Bez dodatku plastyfikatorów jest twardy , niepalny, odznacza się dużą odpornością chemiczną i wytrzymałością mechaniczną, łatwo się poddaje obróbce mechanicznej. Zastosowanie: płyty, rury, wykładziny podłogowe, rynny, zbiorniki odporne na działanie czynników chemicznych. Zmiękczony PVC (dodatek 20-70% plastyfikatorów) jest miękki, elastyczny, bardziej odporny na działanie czynników chemicznych. Zastosowanie: folie, opakowania, odzież ochronna, obuwie, węże, izolacja kabli, zabawi.

33. Kleje, ich rodzaje i zastosowanie.

Kleje to substancje zdolne do spajania tworzyw poprzez złączenie ich powierzchni.

Muszą spełniać następujące warunki: dobra spoistość i przyczepność do powierzchni, współczynnik rozszerzalności liniowej kleju i materiału sklejanego muszą być podobne.

Wyróżniamy min. Kleje pochodzenia zwierzęcego, roślinnego, kauczukowe-rozpuszczalnikowe, celulozowe, winylowe- emulsyjne, kauczukowe- rozpuszczalnikowe (butapren) Typy: lateksowe, epoksydowe, poliuretanowe, sylikonowe.

34.Opisać wybrany materiał należący do ceramiki tradycyjnej, podać jego skład, opisać technologię wytwarzania oraz jego zastosowanie.

Ceramiką nazywa się wyroby formowane z plastycznych surowców ceramicznych (glinka iłowa, glinka zwykła, i garncarska, łupek ilasty, less i kwarc) i wypalane w odpowiednio wysokiej temperaturze. Zależnie od struktury wyroby ceramiczne dzielą się na wyroby o czerepie porowatym(otrzymywane przez wypalanie w temp. niższej od temp. spiekania) i wyroby o czerepie nieporowatym(wypalane w wyższych temp. niż temp. spiekania.). Jednym z wyrobów ceramicznych jest kamionka. Kamionka jest produkowana z glin kamionkowych z ewentualnym dodatkiem złomu kamionkowego i topików(np. Bazaltu). Ma barwę od białej do brązowej, wielkość wytrzymałości na ściskanie do 800MPa, wytrzymałość na rozciąganie do 50MPa, niektóre gatunki są odporne na działanie kwasów. Kamionkę wykorzystuje się na rury kanalizacyjne, wanny galwaniczne, zbiorniki do kwasów, wyroby stołowe i artystyczne, rynny ściekowe, wyroby sanitarne, koryta dla zwierząt.

35.Jakie cztery składniki wymagane do produkcji betonu i ich przybliżone proporcje użyte do tej produkcji. Właściwości mechaniczne betonów.

Bardzo ważna dziedziną wykorzystywania piasku jest budownictwo, w którym piasek stosuje w mieszanie z cementem. Cement jest wysokowartościową zaprawą hydrauliczną, która twardnienie zarówno na powietrzu jak i pod wodą. Istnieje wiele rodzajów cementu, których skład chemiczny wyraża się w postaci procentowej zawartości składników (CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃). Do szeroko stosowanych cementów należy cement portlandzki. Otrzymuje się go przez spiekanie drobno zmielonych mieszanin wapnia i glinu w płomieniu gazów, w piecach obrotowych. Proces przebiega w temp. 1400-1500^oC i tworzą się krzemiany glinu oraz glinkokrzemiany. Otrzymaną masę, tzw. klinkier, z dodatkiem niewielkiej ilości (2-3% gipsu) miele się w młynach kulowych - dużych, obracających się w cylindrach wypełnionych metalowymi kulami. Gotowy c. portlandzki ma postać szarego proszku, w którego skład wchodzą: Ca₂SiO₄, Ca₃SiO₅, Ca₃(AlO₃)₂. C. znajduje zastosowanie w budownictwie jako tzw. zaprawa cementowa lub jako składnik materiału budowlanego tzw. beton. Zaprawę cementową otrzymuje się przez zmieszanie cementu z piaskiem w stosunku 1:1 lub 1:2 i wymieszaniem z wodą. Woda dodaje się w ilości równej 23% ciężaru użytego do zaprawy cementu+ 15% ciężaru użytego piasku (beton utrzymuje się przez zmieszanie c. z piaskiem oraz kruszywem - głównie żwirem - i rozprowadzenie wodą). Ponieważ c. jest mieszanina wielu składników, pod działaniem wody zachodzą różna procesy, a mianowicie, rozkład, przyłączenie wody, uwodnienie. Zaprawa c. jest początkowo plastyczną masą o konsystencji bardzo gęstego ciasta, dającego się łatwo kształtować, która następnie twardnieje wskutek wiązania wody przez krzemiany.

36. Podać różnice między ceramiką tradycyjną, szkłem, cermetalem, ceramiką nową.

Ceramika tradycyjna produkowana jest z:

• ½ gliny

• ¼ kamionki

• ¼ skalenia, jakość wyrobu zależy od czystości.

Szkło - mieszanina tlenków roztopionych, jest bezpostaciowe.

Cermetale - cząstki ceramiki krystalicznych, osadzone w osnowie metalowej (narzędzia skrawające).

37. Materiały termo izolacyjne. Procesy cieplno-wilgotnościowe w nich zachodzące. Wpływ budowy na właściwości cieplne.

Materiałem termoizolacyjnym jest materiał o współczynniku przewodzenia ciepła w temp.20^oC mniejszym niż 0,175 przeznaczonym do izolacji termicznej budynków, rurociągów, urządzeń cieplnych i chłodniczych. Podstawowe mechanizmy przepływu ciepła w izolacjach przewodzenia ciepła, konwekcja, promieniowanie cieplne, w przypadku obecności wilgoci jej dyfuzja.

Przewodzenie ciepła uproszczonym obrazem tego mechanizmu jest przepływ ciepła przez jednorodną przeszkodę „ścianę” o grubości 1,zbudowaną z materiału o wsp. przewodzenia ciepła λ. Ciepło, które przepłynie przez izolację obliczamy ze wzoru Q=[(tw-t2)/l] λ

Jest to model uproszczony, bo uwzględnia tylko przewodnictwo cieplne przez substancję stałą ciała porowatego, przez ziarna lub włókna, a pomija przewodzenie przez gazy wypełniające pory lub przestrzeni między cząstkami i włóknami oraz przewodzenie przez powierzchnię styku cząstek lub włókien z uwzględnieniem oporów styku.

Konwekcja.W warunkach występowania konwekcji składnika gazowego energia przenoszona jest przez ruch makroskopowy. Ruch gazu w komórkach izolacji jest wynikiem różnic ciśnień w składniku gazowym powstającym na skutek różnicy temp. występujących w mater. izolacyjnym

Promieniowanie. Źródłem promieniowania cieplnego w izolacjach może być promieniowanie emitowane przez ścianki materiału osłonowego, rury przewodowej lub stałych składników izolacji. Promieniowanie to jest wewnątrz pochłaniane i rozpraszane. Przy rozpraszaniu występuje zmiana kierunku rozchodzenia o charakterze anizotropowym. Czynnikiem rozpraszającym są granice włókien, ziaren porów, granice izolacji. Pochłanianie zachodzi głównie w czynniku stałym izolacji ze względu na jego dużą gęstość w porównaniu z gazem lub cieczą. Q=c[(T1/100)/4-(T2/100)/4]

c-stała związana z geometrią układu i stałymi promieniowania mat.

Przepływ ciepła związany z ruchem wilgoci w mat. Jeżeli w przekroju izolacyjnym występują różnice temperatur lub wilgotności względnej to pojawia się dyfuzja pary wodnej i cieczy. Dyfuzując wilgoć niesie ze sobą energię w postaci entalpii fizycznej. Zniesienie wilgotności względnej lub temp. czasie towarzyszą procesy adsorpcji i desorpcji wilgoci. Podczas desorpcji związana ze składnikiem wilgoć w stanie ciekłym przechodzi w stan gazowy ochładzając izolację. Adsorpcja przebiega w kierunku odwrotnym. Procesy parowania wilgoci powodują zwykle kilkuprocentowy wzrost przepływu ciepła przez izolację przy jej ogrzaniu lub ochładzaniu.

Właściwości mat. termoizolacyjnych w zależności od ich budowy. Im mat. bardziej porowaty tym lepszy bo wsp. przepływu ciepła jest niższy. Im zdolność do pochłaniania wody mniejsza tym mat.lepszy bo wilgoć wypiera gaz z komórek i wsp. przepływu ciepła rośnie.Dobry mat. w 80-90% objętości składa się z gazu,a gazy o wyższej masie cząsteczkowej mają wyższą przewodność cieplną.

Procesy wilgociowe w izolacjach.Nasiąkanie w bezpośrednim styku,absorpcja wody z powietrzem,dyfuzja wilgotnego powietrza i kondensacja wewnątzr materiału.

38.Zastosowanie materiałów mineralnych do termoizolacji w wysokich temperaturach.

1. Szkło piankowe - roztopione szkło poddane procesowi spienienia. Stosuje się do izolowania cieplnego przewodów, kominów, podłoża zbiorników w temperaturze do 450⁰C.

Cechy: niepalny, dobra wytrzymałość mechaniczna, współczynnik przewodzenia 0,08-0,09, odporny biologicznie.

2. Wełna mineralna - produkt ze składników naturalnych: bazalt, granit, dolomit lub z żużli metalurgicznych.

1. Wełna granitowa - materiał trwały , używany do temp. 600⁰C, współczynnik przewodzenia 0,044-0,049

2. Wełna bazaltowa - do temp. 700 ⁰C, potem się topi, materiał o bardzo dużej różnorodności kształtów i wymiarów, stosowany do izolacji termicznej i jako materiał ognioodporny w instalacjach grzewczo-wentylacyjnych.

3. Wełna szklana - produkowana ze stłuczki szklanej, używana do 450⁰C w formie płyt, mat, łupków, kształtek czasem dodaje się żywice.

3.Włukniste materiały ceramiczne - są stosowane jako wykładziny w piecach przemysłowych, zakres temp. przy pracy ciągłej 1000⁰C (włókna glino krzemowe).

39.Opisać strukturę drewna. Jaki związek istnieje między strukturą drewna , a,jego wytrzymałością.

Gł. komórki drewna ,włókna lub cewki układaja się osiowo w górę i dół drzewa jest to kierónek najwięk. wytrzy. Drewno podzelone jest przez pierścienie wzrostu- różnice gęstości i rozm. komórek są zpowodowane gwałtownym wzrostem wiosmą i latem, a powolnym jesienią i zimą. Większośc procesów wzrostu przebiega w miazdze tworczej (pod korą).Sztywność wytrzy. I wiązkość nadają drewnu włókna lub cewki. Sciany komórek cewek mają stru. przypominającą stru. Kompozytu np. zbrojonego włóknem szklanym. Rolę mocnych wł. Szkl. Przejmuja wł. Krystalicznej celulozy. Celuloza jest polimerem liniowym, może łatwo krystalizowac się w postaci mikrofibryli (45% ściany komórki) o dużej wytrz.Ważne jest ułożenie wł. bo odpowiada ono za ogromna różnicą wytrzy. wzdłuż i poprzek wł. Wytrzy.ściany komórki jest 3 razy mniejsza w kierunku poprzecznym od wytrzy. w kierónku równoległym.

.

40. Materiały kompozytowe. Nowe i tradycyjne. Opisać zastosowanie i budowę.

Kompozyty - materiały makroskopowo monolityczne(wydaje się że jest to jeden materiał) dla otrzymania którego połączono składniki o różnych właściwościach. W wyniku takiego połączenia otrzymano właściwości wyższe niż dla składników lub inne właściwości, np.rury z polipropylenu wzmocniono włóknem szklanym.

Składa się z osnowy (to na czym trzyma się wypełnienie) i wypełnienia.

OSNOWY:

• polimerowa

• metalowa

• ceramiczna

Właściwości zależą od osnowy, sposobu jej wypełnienia i wypełniania .

Materiał na osnowy:

• włókna węglowe - 4-15 um, R_m=1500-4000MPa gęstość 1,,6-2g/cm³, może być stosowane do 400^oC

• włókna szklane 5-12 um , R_m=300-500MPa gęstość 2,68 g/cm³ 350 ^oC

• włókno borowe 100-125 um, R_m=3500-5000MPa, gęstość 2,68 g/cm³ 500 ^oC

• włókna kornidowe 5-20 um, R_m=400MPa gęstość3,95g/cm³, 2000 ^oC

• węglik krzemu 10-140um, R_m=3000MPa gęstość 2,8g/cm³ , 1300 ^oC

• kevlar (kamizelki kuloodporne) R_m=2800MPa gęstość 1,44g/cm³, 20 ^oC

• włókna monokrystaliczne (wisker)

Produkcja włókien:

• węgiel - włókno wykonane z węgla palonego w temperaturze 200-300 ^oC

• grafitowe - włókno węglowe podlega graityzacji

• szklane - wyciąganie nitek

• metalowe - dysocjacja cząsteczki wody

Kompozyt:

-AK11- aluminium z krzemem, R_m=700MPa, gęstość 2.35-2,7g/cm³(3 razy lżejsze od stali)

zamiast aluminium - w przypadku włókien borowych R_m1450MPa,

gdy tytan R_m=1250MPA

Kompozyt „rowing” składa się z żywicy(R_m=35MPa) i dla tkaniny R_m=300-400MPa. Po połączeniu żywicy i tkaniny kompozyt będzie miał R_m=900-1200MPa

41.Kiedy i dlaczego normalne szkło ulega odszkleniu ( dewitrfikacji).

Szkło - bezpostaciowa substancja otrzymywana ze stopionej mieszaniny odpadów mineralnych, Przy ochłodzeniu ze stanu ciekłego przechodzi w stan szklisty, odpowiednik cieczy przechłodzonej. Szkło to materiał nieorganiczny, którego stan jest stanem pośrednim między ciekłym a stałym. Szkło nie ma budowy krystalicznej, a jedynie krystaliczne lokalnie, która nie wpływa na strukturę i właściwości stałego ciała.

Dewityfikacja - przejście od stanu bezpostaciowego do stanu krystalicznego. Aby otrzymać szkło krystaliczne dodajemy niewielką ilość metali szlachetnych. Powodują one że po podgrzaniu do pewnej temp. i późniejszym ochłodzeniu cząstki metalowe zostaną zarodniki krystaliczne.

43.Omówić rodzaje uszczelnień. Materiały stosowane na uszczelnienia ruchome.

Rodzaje uszczelnień:

• uszczelnianie połączeń rurowych - stosuje się włókna konopne czesane (pakuły) smarowane pokostem naturalnym z rozpuszczoną minią ołowianą.

• uszczelnienia dławic zaworów - grzybek zamykający w zaworach czerpalnych ma uszczelnienie ze skóry lub gumy do wody zimnej, zaś z fibry do ciepłej wody użytkowej.

• uszczelnienia szkła wodowskazowego - dla niskich ciśnień uszczelnione są tulejkami gumowymi. Do wyższych temperatur stosuje się sznurek azbestowy nasycony i grafitowy lub też szczeliwo plastyczne.

• uszczelnienia członów grzejników żeliwnych - stosuje się uszczelki azbestowo-kauczukowe odporne na działanie wody i pary wodnej w temperaturze powyżej 150C

• do hermetyzacji wentylacyjnych przewodów stalowych - stosuje się kleje syntetyczne, do uszczelnienia elementów urządzenia wentylacyjnego z przewodami oraz połączeń odcinków przewodów między sobą stosowane są konwencjonalne materiały taki jak: tektura, azbest, guma, filc, papy, sznur konopny.

44.Opisać rodzaje i mechanizmy korozji.

Korozja występuje gdy są:

• reakcje chemiczne

• reakcje elektrochemiczne np. dużo chloru rozpuszczonego w wodzie.

• występowanie różnych materiałów z żelaza i cynku (stykają się) to materiały takie się rozpuszczają.

Rodzaje korozji:

• korozja wżerowa - przechodzenie ochronnej warstewki na powierzchnię wewnętrzną rur (spowodowana przez zanieczyszczenia)

• korozja erozyjna - spowodowana działaniem burzliwego strumienia wody.

Przepływ wody - 1,5m/s płynąca okresowo

- 0,5m/s płynąca stale

• korozja selektywna - odcynkowanie, wymywanie cynku ze stopu mosiężnego

12.Rodzaje, otrzymywanie, skład chemiczny stali żaroodpornych i żarowytrzymałych. Zastosowania.

Zaroodporność - to cecha odporności materiału na utlenianie w wysokich temperaturach. W wysokich temp. żelazo z tlenem tworzy tlenki , które są przepuszczalne dla dyfuzji tlenowej. Jeżeli do żelaza dodamy Cr,Al.,Si, powstaną tlenki które są szczelne i tlen nie ma dalszego dostępu.

Stal żaroodporna nie ulega korozji w wysokich temperaturach, np.; H26N4- odpor. do temp.1100⁰-ok. 1%-C, 26%chromu,ok4%niklu.Zastosowanie: Części i elementy stosowane w piecach przemysłowych. HSM-odporna do 650⁰C-ok.5%Cr,1%Molibdenu.(wykonujemy elementy kotłów parowych, łopatki turbin)

50H21G9N4-stal zaworowa(ok.0,5%C)

Stal żarowytrzymała-może przenosić obciążenia w wysokich temperaturach.

Np.H23N18-max. wytrzym. na rozciąganie w temp. 600⁰C -R_m=9,8MPa, w temp. 1000⁰C- R_m=3,9MPa ;wolfram- temp. topnienia 3400⁰C; tantan-temp. topnienia 3000⁰C. Materiały ceramiczne-jeszcze wyższe temp.

13) Obróbka cieplno-chemiczna stali. Opisać sposoby tej obróbki i cele.

1. nawęglanie-w skrzyni z węglem drzewnym umieszczamy element-podgrzewamy-wytwarza się CO i 2CO→CO₂+C, C dyfunduje do metalu. Proces ten jest skomplikowany, długotrwały.

W ten sposób można zwiększyć zawartość C do ok. 2%, natomiast zmieniją się gabaryty elementu.( Elementem może być miecz kuty, gdzie chcemy uzyskać elastyczność i ostre krawędzie).

2. azotowanie - w temp. 500-600⁰C, zamiast związków węgla powstają związki azotu z Fe- wymiary nie zmieniają się w takim procesie.

NH₃→3/2H₂+ 1/2N₂

-odporność na scieranie

-zwiększenie wytrzymałosci na zmęczenie

-odporność na korozję

-większa twardość

Azotowanie stos. się w przypadku stali stopowych.

3. cyjanowanie-jednoczesne nawęglanie i azotowanie(w temp.200-300⁰C).Wykorzystywanie cyjanów. Metoda ta jest wydajna, szybka,niedroga,daje równomierną grubość, natomiast jest silnie trująca.

4. aluminiowanie-nasycanie dyfuzyjne warstwy żelaza innymi metalami (chrom, wolfram, krzem, glin.),np: cienka warstwa aluminium , z którą żelazo ma lepszą odporność na dział. temp.(tłumiki samochodowe).Metoda ta jest droga.

14)Obróbka cieplna stali, jej rodzaje i zastosowanie.

Celem jest zmiana właściwości metalu przez zmianę jego struktury.

W zależności od czasu nagrzewania

chłodzenia - różne właściwości.

Metody obróbki stali:

a)wyżarzanie

b)hartowanie

c)utwardzanie powierzchniowe

d)ulepszanie

e)patentowanie

Wyżarzanie

-ujednorodnające(długi czas, wysoka temp.,duże kryształy, powolne chłodzenie)

Podczas wyżarzania ujednoroniającego różnice koncentracji, wywołane np.; przez segregację w kryształach, są wyrównywane przez dyfuzję. Niezbędny przy tym jest długi czas i wysoka temp. wyżarzania. Wynosi ona dla stali zależnie od zawartości węgla od 1050do1300⁰C. Wadą wyżarzania ujednorodniającego jest znaczny rozrost ziaren, który należy rozdrobnić w procesie wyżarzania normalizującego.

-normalizujące-przez wyżarzanie normalizujące rozumie się ogrzewanie do temperatury 20-40⁰C powyżej γ↔α , a następnie chłodzenie na wolnym powietrzu.

Hartowanie-nagrzany materiał chłodzimy bardzo intensywnie(zanurzając go w wodzie lub w oleju)- tempo chłodzenia, nawet 300-400⁰/s.

Bardzo duża ilość drobnych kryształów(im więcej drobnych kryształów tym powierzchnia jest bardziej twarda i odporna na ścieranie, ale spada granica plastyczności i wytrzymałości na ściskanie i na rozciąganie).

Utwardzanie powierzchniowe - można przeprowadzić ogrzewając stal tylko na powierzchni, a następnie chłodząc ją(np. hartowanie powierzchniowe płomieniowe lub indukcyjne), warstwę stali nie hartującej się wzbogaca się w węgiel tak , że przy hartowaniu ogrzanego przedmiotu zostaje utwardzona tylko warstwa wierzchnia (hartowanie po nawęglaniu), lub wzbogacając warstwę wierzchnią w takie składniki, które nadają stali odpowiednią twardość bez dalszej obróbkicieplnej(azotowanie).

Przez zastosowaniu utwardzania powierzchniowego uzyskuje się większą ciągliwość rdzenia i dużą twardość powierzchni oraz większą wytrzymałość na ściskanie i odporność na ścieranie.

Ulepszanie cieplne - jest obróbką cieplną stosowaną w celu uzyskania dużej ciągliwości przy określonej znacznej doraźnej wytrzymałości na rozciąganie, co uzyskuje się przez hartowanie i nastęuje po nim odpuszczanie.

Patentowanie-głównie przy produkcji drutu(drut o zawartości C≈1% , najczęściej ze stali niestopowej, chłodzi się z temp. hartowania w kąpieli z ołowiu o temp.500-600⁰C. W kąpieli tej przetrzymuje się stal do całkowitej przemiany w zakresie perlitycznym, a następnie chłodzi się.Drobnopasemkowy perlit nadaje się szczególnie dobrze do przeciągania na zimno, przy czym uzyskuje się wytrzymałość na rozciąganie ok. 3600MPa przy dobrej ciągliwości.

15) Stale odporne na korozję(nierdzewne)

Korozja jest to proces powierzchniowego niszczenia materiału. Czyste żelazo i stale stopowe nie są odporne na korozję ponieważ wytworzona warstwa tlenków żelaza jest przepuszczalna dla tlenu. Wprowadzenie do stali innych pierwiastków powoduje zwiększenie odporności na korozję(w sposób skokowy - dopiero dodatek 20% chromu powoduje że stal ma większą odporność).- przy takiej zawartości Cr, stop żelaza zachowuje się jak metal szlachetny-warstwa tlenków na powierzchni zew. jest nieprzepuszczalna dla tlenu. Dodatki chromu są skokowe; 12%,17%,27%,oprócz chromu dodajemy niewielkie ilości tytanu i niklu.

Symbole;

-cyfra początkowa oznacza zawartość węgla (0-mniej niż 1/10 , 1-max. zawartość to 1/10%, 2≤2/10 ,itd.)jeśli nie ma żadnej cyfry to też do 1/10.

H- zawartość chromu np.13,17,18%

N-nikiel np.9%

T-tytan ok.1%

Stal OH13- nierdzewna, odporna na korozję wodną, atmosferyczną , odporna na działanie zasad, rozcieńczonych kwasów, gorących par, ropy naftowej. Jest to stal spawalna. Stosuje ją się głównie w przemyśle naftowym na wymienniki, zbiorniki, rurociągi.

Stal 1H13-spawalna, odporna na działanie korozji, podobnie do stali OH13 stos. się na;

łopatki turbin, nakrętki,sforznie, sprzęt gosp. dom.

Stal H17-dodatkowo odporna na działanie kwasu azotowego. Zastosowanie głównie w przemyśle chem.,spożywczym.

Stal 1H18N9T-(18% chromu, 9% niklu, 1% tytanu) ,odporna na korozję atm., działanie zasad, niektórych kwasów, na korozję międzykrystaliczną.Stal spawalna w osłonie argonowej. Zastosowanie; wymienniki typu JAD, rurociągi, aparatura chemiczna w przemyśle chem. i spoż., inst. sanit.)

16) metody łączenia ze sobą materiałów metalowych.

Łączenie materiałów metalowych jest pojęciem bardzo szerokim, ponieważ materiałami łączonymi mogą być wszelkiego rodzaju rury, blachy, kształtowniki itp. Łączenia te są różne w zależności od łączonych elementów, może to być: spawanie, zgrzewanie, lutowanie,nitowanie,skręcanie.

17. METODY PRODUKCJI RUR STALOWYCH BEZ SZWU. RODZAJE RUR I MATERIAŁÓW Z JAKICH SĄ WYKONANE.

Produkcja:

Z wlewki robimy walec . Następnie jednocześnie z jednej strony wbijamy trzpień a po bokach obracają się walce - by proces odbywał się osiowo. Wykonuje się to w temperaturze 400-500 C . Z walca o długości 5m otrzymujemy 12-15m rury. By zwiększyć lub zmniejszyć średnicę rury przeprowadza się kalibrowanie.

Rodzaje rur:

• instalacyjne - stal zwykłej jakości w zależności od grubości ścianki. Stosowane są przy ciśnieniu 1,6MPa i temperaturze 200 C. Mogą być wykonane w wersji lekkiej, średniej i ciężkiej . Są to na ogół rury ze szwem

• przewodowe - bez szwu stosowane są przy ciśnieniu 2,1-4 MPa i temp. 300 C. Mogą być wykonane ze stali węglowych R35, R45 lub ze stali stopowych.

• Kotłowe - stosowane są przy ciśnieniu 8MPa i temp. 580 C. Mogą być wykonane ze stali węglowej K18 lub stopowej 15HM

• Przewodowe - odporne na działanie wysokich temperatur i korozji

• Konstrukcyjne - stosowane do budowy konstrukcji stalowych

• Specjalnego przeznaczenia - do zastosowania w górnictwie wiertnictwie lub lotnictwie.

18. JAKIE PARAMETRY OKREŚLAJĄ WŁAŚCIWOŚCI WYTRZYMAŁOŚCIOWE STALI.

Wytrzymałość stali określa się na podstawie wyników statycznej próby rozciągania ( RM - wytrzymałość na rozciąganie ) Parametry określające własności wytrzymałościowe stali:

• sprężystość - zdolność do odzyskiwania pierwotnych wymiarów i kształtu po usunięciu obciążenia zewnętrznego powodującego odkształcenie. Granica proporcjonalności ( sprężystości) δH- jest to naprężenie określane doświadczalnie do którego obowiązuje prawo Hooke'a. Zależność między naprężeniem δ a wydłużeniem jednostkowym scharakteryzuje współczynnik współczynnik sprężystości podłużnej materiału.

• Plastyczność - jest cech przeciwstawną sprężystości. Jest to zdolność materiału do odkształceń pod wpływem działania obciążenia. Stal ma tą zdolność przy pewnych wartościach naprężeń i odkształceń. Granica plastyczności Re - jest to naprężenie w próbie rozciągania, przy którym następuje wyraźny przyrost wydłużenia próbki bez zwiększania obciążenia rozciągającego. Dla stali nisko stopowych i innych, które nie mają wyraźnej granicy plastyczności na wykresie zależności δ od ε przyjmuje się umownie R 0,2 jako naprężenie odpowiadające powstaniu wydłużenia trwałego ε=0,2%.

• Udarność - to zdolność do przenoszenia obciążeń przekazywanych przez uderzenia. Udarność mierzy się jako ilość pracy potrzebnej do złamania normalnej probki jednym uderzeniem młota. Udarność stali zmniejsza się w niskiej temp.

• Twardość - to odporność stali na odkształcenia trwałe podczas działania skupionego nacisku na powierzchnie tego materiału . Twardość zwiększa się ze wzrostem zawartości węgla w stali, manganu, chromu, niklu.

• Ciągłość- umożliwia walcowanie, wyginanie, prostowanie i skręcanie stali ( bez zniszczenia materiału). Ciągłość jest przeciwieństwem kruchości a miarą jest wydłużenie próbki przed zerwaniem, wyrażone w %

19. OPISAĆ STOSOWANE METODY BADAŃ NIENISZCZĄCYCH METALI

• metoda radiologiczna : promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma . Stosując tą metodę możemy badać poprawność wykonania połączeń spawanych , obrazy są zarejstrowane na błonie fotograficznej. Wady są widoczne w postaci silniejszego zaciemnienia błony.

• Ultradzwięki - defektoskopy ultradzwiękowe . Metoda ta opiera się na zjawisku piezoelektrycznym

• Penetracja magnetyczna - na elementach umieszczonych w polu magnetycznym rozsypuje się opiłki metalowe, które w wypadku wystąpienia defektu koncentrują się tworząc zaczernienia w miejscu zaburzenia pola magnetycznego.

• Prądy wirowe - stosowane do badania wałków lub przedmiotów o podobnym kształcie, które podczas badania wprowadza się w wirowe pole, którego ewentualne zakłócenia na defekcie zostaną zarejestrowane przez czujniki .

• Metody penetracyjne - badanie szczelności instalacji gazowych.

1. Dla instalacji o niskim ciśnieniu jako penetratora używa się powietrza

2. Przy wysokim ciśnieniu używa się wody pod ciśnieniem

20) OMÓWIĆ ZSTOSOWANIE STOPÓW MIEDZI. ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM INSTALACJI WYKONANYCH Z MIEDZI. WADY I ZALETY. PROCESY KOROZJI.

Zastosowania stopów miedzi:

- mosiądz CuZn40Pb2 - do obróbki skrawaniem, do obróbki plastycznej na zimno, tłoczenia, obróbka plastyczna na gorąco, części współpracujące w ruchu obrotowym, kształtowniki. CuZn37 - obróbka plastyczna na zimno do produkcji blach.

- brąz cynowy (G-CuSn10 do G-CuSn20) - na odlewy. Inne zastosowania brązu to części ślizgowe i odporne na korozje, wysoko obciążone ślimacznice, tuleje łożyskowe, kwasoodporna armatura, wirniki turbin.

- spiż np. CuSn5Zn7Pb to znaczy 5% Sn 7% Zn 3% Pb , ma bardzo dobrą lejność, nadaje się szczególnie na tuleje łożyskowe.

Ponadto stopy miedzi wykorzystywane są do wykonywania instalacji wodociągowych ciepłej i zimnej wody, ogrzewania wodnego, klimatyzacji.

WADY I ZALETY INSTALACJI WYKONANEJ Z MIEDZI:

Zalety: dobra odporność na działanie korozyjne wód wodociągowych, wody morskiej, wodnych roztworów alkoholów dp pH=11,4, kwasów nie utleniających (solnego, octowego), trwałość50 lat, łatwość montażu przewodów miedzianych, wielostronność zastosowania tego samego materiału we wszystkich rodzajach instalacji umożliwiające stosowanie tej samej techniki instalacyjnej w obiekcie, porównywalny koszt z instalacją z tworzywa sztucznego, odporność na zmiany temp. i promienie ultrafioletowe, możliwość powtórnego przerobu.

Wady: ulega korozji w środowiskach kwasów utleniających (azotowego, gorącego siarkowego) roztworów amoniaku i związków amonowych, w wodach zawierających siarczki, w wodach napowietrzonych konieczność ograniczenia prędkości przepływu wody w przewodach rozprowadzających i cyrkulacyjnych, konieczność wyposażenia instalacji w filtry cząstek stałych, niemożliwość łączenia w jednej inst. ze stalą ocynkowaną i węglową.

PROCESY KOROZJI

Warunkiem trwałości miedzi w kontakcie z wodą jest obecność na jej powierzchni warstwy tlenkowej, która tworząc naturalną barierę zapobiega przedostawaniu się jonów miedziowych do wody.

- Wżerowa - lokalne ubytki metalu w miejscach osłabienia warstwy tlenkowej prowadzące do perforacji (przebicia) ścianki przewodu. Powodem mogą być nieodpowiedni skład chemiczny miedzi, złe przygotowanie powierzchni wew. rury przy produkcji, wycieki lutownicze do wnętrza rury, obecność cząstek stałych w przewodach.

- Erozyjna - niszczenia metalu powodowane jednoczesnym działaniem korozji i burzliwego działania wody, który lokalnie powoduje niszczenie warstewki tlenkowej. Korozja ta uwydatnia się powstawaniem podłużnych zagłębień pogłębionych w kierunku przepływu wody.

- Selektywna - ulegają jej elementy inst. wyk. ze stopów miedzi. Polega ona na rozpuszczeniu się cynku z mosiądzu wskutek czego pozostaje w metalu jedynie miedź, tworząc czerwoną porowatą masę, która traci swoje właściwości mechaniczne.

- Równomierna - przebiega równomiernie na całej pow. wew. rury i nie zagraża trwałości instalacji.

21) PORÓWNANIE ZALET I WAD INSTALACJI WODNYCH WYKONANYCH ZE STALI OCYNKOWANYCH I Z MIEDZI.

Zalety instalacji zimnej wody, ciepłej wody stali ocynkowanej: niski koszt instalacji

Wady: Bardzo szybko następuje korozja, głównym wrogiem instalacji jest Co2 (powoduje korozję), temp. w instalacji nie powinna być wyższa niż 5 stopni (powyżej tej temp. następuje zjawisko przebiegunowania - cynk gorzej przylega do rury i może wystąpić korozja wżerowa)

Wady i zalety miedzi umieszczone w poprzednim pytaniu.

22) OMÓWIĆ ZASTOSOWANIE STOPÓW MIEDZI

- mosiądz CuZn40Pb2 - do obróbki skrawaniem, do obróbki plastycznej na zimno, tłoczenia, obróbka plastyczna na gorąco, części współpracujące w ruchu obrotowym, kształtowniki. CuZn37 - obróbka plastyczna na zimno do produkcji blach.

- brąz cynowy (G-CuSn10 do G-CuSn20) - na odlewy. Inne zastosowania brązu to części ślizgowe i odporne na korozje, wysoko obciążone ślimacznice, tuleje łożyskowe, kwasoodporna armatura, wirniki turbin.

- spiż np. CuSn5Zn7Pb to znaczy 5% Sn 7% Zn 3% Pb , ma bardzo dobrą lejność, nadaje się szczególnie na tuleje łożyskowe.

Ponadto stopy miedzi wykorzystywane są do wykonywania instalacji wodociągowych ciepłej i zimnej wody, ogrzewania wodnego, klimatyzacji.

1

---