w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
Odkształcenie plastyczne metali na zimno.
Mechanizmami odkształcenia plastycznego na zimno są poślizg i bliźniakowanie.
Poślizg – polega na wzajemnym przemieszczaniu się jednej części kryształu względem drugiej w płaszczyznach poślizgu w
wyniku ruchu dyslokacji w kierunku poślizgu. Budowa krystaliczna obu części kryształu pozostaje niezmieniona.
Przemieszczanie się dyslokacji podczas poślizgu odbywa się w określonych systemach poślizgu tzn. w płaszczyznach i
kierunkach poślizgu. Płaszczyznami i kierunkami poślizg są najczęściej płaszczyzny sieciowe i kierunki o najgęstszym
ułożeniu atomów.
Bliźniakowanie – polega na jednorodnym ścinaniu o wektor bliźniakowania kolejnych warstw atomów w płaszczyznach
bliźniakowania. Zbliźniaczona część kryształu ulega skręceniu względem części niodkształconej w taki sposób, że ich
struktury krystaliczne stanowi ą odbicie lustrzane.
Odkształcenie plastyczne metali na gorąco.
Pełzanie dyslokacyjne – w procesie tym w ślad za odkształceniem plastycznym na gorąco przebiegają dynamiczne procesy
aktywowane cieplnie, usuwające częściowo lub niemal całkowicie skutki umocnienia zgniotowego, a mianowicie:
- zdrowienie dynamiczne, które stanowią poślizg poprzeczny i wspinanie dyslokacji.
- rekrystalizacja dynamiczna, która zachodzi w czasie samego odkształcenia( mechanizmy podobne jak z rekrystalizacji
statycznej). Rekrystalizacja dynamiczna może być okresowa lub ciągła.
A1 – ściennie (płasko) centrowana układu regularnego. Elementarną komórkę tej sieci w kształcie sześcianu tworzy 14 rdzeni
atomowych (8 w narożach i 6 w geometrycznym środku ścian bocznych) Jest to jedna z najbardziej zagęszczonych rdzeniami
atomowymi sieci:
-liczba koordynacyjna – 12
- liczba rdzeni na jedną komórkę sieciową – 4
- 4 płaszczyzny o najgęstszym ułożeniu atomów
- 3 kierunki o najgęstszym ułożeniu atomów.
- Przykłady: Ag, Au, Cu, Al,...
- Sekwencja płaszczyzn ABCABC...
A2 – regularnie, przestrzennie centrowana. Elementarna komórka tej sieci składa się z 9 rdzeni atomowych (8 w narożach i 1
w geometrycznym środku). Ma mniejszą gęstość wypełnienia rdzeniami atomowymi niż A1
- liczba koordynacyjna – 8
- płaszczyzny o najgęstszym ułożeniu atomów – 12
- liczba rdzeni na jedna komórkę sieciową – 2
- Przykłady: Cr, Nb, Ta, W,...
- Sekwencja płaszczyzn ABAB...
A3 – heksagonalna zwarta o gęstym ułożeniu atomów. Na elementarną komórkę składa się 17 rdzeni atomowych (12 w
narożach, 2 w środku geometrycznym podstaw, 3 symetrycznie wewnątrz komórki)
- 3 kierunki o najgęstszym ułożeniu atomów
- liczba koordynacyjna – 12
- liczba rdzeni na jedną komórkę sieci – 2
- Przykłady: Zn, Cd, Mg, Ti, Be,...
- Sekwencja płaszczyzn ABCABC...
Defekty punktowe
Do nich należą wakanse, tj. wolne węzły w sieci krystal., oraz atomy międzywęzłowe, które zajęły pozycje w lukach
opuszczając węzły sieci na skutek drgań cieplnych. Obecność zarówno wakansów, jak i atomów międzywęzł., powoduje
wokół nich lokalne odkształcenie sieci przestrz. kryształu, zwane odpowiednio kontrakcją lub ekspansją.
Wyróżnia się tu dwa mechanizmy:
1
defekt Schottky’ego – polega na przemieszczaniu się atomu w miejsce sąsiadującego wakansu w wyniku czego powstaje
wakans w innym miejscu sieci.
2
defekt Frenkla – polega na przemieszczeniu się rdzenia atomowego z pozycji węzłowej do przestrzeni międzywęzłowej.
Wzrost gęstości defektów powoduje wzrost oporności, wzrost twardości i obniżenie plastyczności.
Defekty liniowe (dyslokacje)
•
krawędziowa – stanowi krawędź półpłaszczyzny sieciowej umieszczonej między nieco rozsuniętymi płaszczyznami
sieciowymi kryształu o budowie prawidłowej. W zależności od położenia dodatkowej półpłaszczyzny dyslokacje mogą być
dodatnie (
⊥
) lub ujemne (T). Dodatnie jeśli półpłaszczyzna znajduje się nad płaszczyzną poślizgu, ujemne – odwrotnie.
Wielkością charakterystyczną dla dyslokacji jest wielkość zaburzenia sieci krystalicznej jakie ona wywołuje, a dokładniej
energia związana z tym zaburzeniem. Jako miarę tego zaburzenia przyjęto wektor Burgersa. Dyslokacja krawędziowa ma
wektor prostopadły do swej linii.
•
ś
rubowa – defekt liniowy struktury krystalicznej spowodowany przemieszczeniem części kryształu wokół osi, zwanej
linią dyslokacji śrubowej. Wektor Burgersa dyslokacji śrubowej jest skierowany równolegle do jej lini. Dyslokacje śrubowe
występują wtedy, gdy na materiał działają naprężenia tnące skierowane przeciwnie.
Pod działaniem tych naprężeń dyslokacje śrubowe przemieszczają się. Dyslokacja krawędziowa przemieszcza się w kierunku
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
działania naprężenia, natomiast linia dyslokacji śrubowej przemieszcza się w głąb kryształu, prostopadle do kierunku działania
naprężenia stycznego. Dyslokacje śrubowe mogą być prawo- lub lewoskrętne.
•
mieszana – dyslokacja o dowolnej orientacji wektora Burgersa względem linii dyslokacji (nierównoległy i nie-
prostopadły)
Specjalne metody obróbki cieplno – chemicznej.
Do metod tych zaliczamy:
a) CVD – metoda ta polega na tworzeniu warstwy węglików i azotków metali ze składników atmosfery gazowej, na
powierzchni obrabianego przedmiotu. Składniki atmosfery mogą być aktywowane cieplnie lub plazmą.
W procesie tworzenia warstwy biorą udział składniki podłoża. Wytwarzanie warstw metoda CVD następuje w szczelnym
reaktorze w wyniku niejednorodnych, katalizowanych fizycznie i chemicznie reakcji na powierzchni stali w temp ok. 1000 i
przy ciśnieniu 1*105-1,35*103 Pa.
b) PVD – metoda ta polega na osadzaniu się warstwy z fazy gazowej z udziałem reakcji fizycznych. Metody PVD
wykorzystują zjawiska fizyczne. W metodzie PVD warstwa powstaje z plazmy.
Pary metali i związków osadzane są w specjalnym urządzeniu na zimnym, lub podgrzanym do temp 200-500 podłożu, co
pozwala na pokrywanie podłoża zahartowanego i odpuszczonego bez niebezpieczeństwa spadku twardości. Prowadzi to do
wytwarzania warstw bardzo cienkich i adhezyjnie związanych z podłożem.
Zastosowanie:
- pokrywanie narzędzi ze stali wysokostopowych
- pokrywanie precyzyjnych części maszyn
Ochrona Metali Przed Korozją
Podstawowym sposobem ochrony przed korozją chemiczną jest dobór odpowiedniego materiału do warunków środowiska
agresywnego.
Znacznie można obniżyć działanie korodujące niektórych czynników przez zastosowanie inhibitorów (opóźniaczy) korozji.
Inhibitory tworzą zwykle na powierzchni metalu warstewki ochronne hamujące szybkość korozji. Dla korozji w środowisku
alkalicznym jako inhibitory korozji stosowane są sole cyny, arsenu, niklu i magnezu, zaś w środowisku kwaśnym: krochmal,
klej lub białko.
Zabezpieczenie przed korozją elektrochemiczną stanowi tak zwana ochrona katodowa.
Ochrona katodowa polega na połączeniu chronionej konstrukcji z metalem mniej szlachetnym, tworzącym anodę (protektor)
ogniwa, natomiast katodą jest obiekt chroniony. Połączenie takiej anody z konstrukcją chronioną wykonuje się przez
bezpośredni styk ( tzw. powłoki anodowe) lub za pomocą przewodnika. Za pomocą protektorów chroni się przed korozją duże
obiekty stalowe, takie jak kadłuby statków, rurociągi i podziemne zbiorniki. Protektorami są blachy lub sztaby wykonane z
metali aktywnych jak: cynk, magnez lub glin, połączone przewodami z obiektem chronionym. W utworzonym w ten sposób
ogniwie anodą jest protektor, który ulega korozji. Po zużyciu protektory wymienia się na nowe.
Ochrona przed korozją za pomocą powłok ochronnych
Powszechnie stosowanymi powłokami ochronnymi są:
- powłoki organiczne: farby, lakiery, tworzywa sztuczne, smoła i smary.
- powłoki nieorganiczne: metalowe i niemetalowe(utlenianie, fosforanowanie, chromianowanie)
Krystalizacja
Krystalizacją nazywamy powstawanie kryształów podczas przechłodzenia substancji ze stanu termodynamicznie mniej
trwałego w stan bardziej trwały. W wypadku substancji czystych kryształy mogą powstawać z przechłodzonej pary lub z
cieczy, a w stanie stałym – z nietrwałych odmian alotropowych. W substancjach złożonych jakimi są stopy, nowe kryształy
mogą powstawać także z przesyconych roztworów stałych. W substancjach czystych zmiany te zachodzą skokowo, w stałej
temperaturze, a w stopach – w zakresie temperatur. Do rozpoczęcia krzepnięcia jest konieczne przechłodzenie niezbędne do
wystąpienia różnicy energii swobodnych i im jest ono większe, tym większe jest prawdopodobieństwo rozpoczęcia się tej
przemiany.
Rekrystalizacja - zachodzi przez zarodkowanie oraz wzrost ziarn. Do zainicjowania rekrystalizacji podczas wyżarzania metali
uprzednio odkształconych plastycznie na zimno niezbędny jest pewien minimalny stopień odkształcenia zwany gniotem
krytycznym.
Zarodkowanie
Rozróżniamy zarodkowanie jednorodne (homogeniczne) i niejednorodne (heterogeniczne).
Zarodkowanie homogeniczne występuje, kiedy prawdopodobieństwo utworzenia zarodka jest jednakowe w dowolnym miejscu
układu. Występuje tylko i wyłącznie w bardzo czystych metalach.
Zarodkowanie heterogeniczne występuje, kiedy funkcję zarodków przejmują obce cząstki faz stałych, nie rozpuszczone w
ciekłym metalu. Występuje w stopach różnych pierwiastków.
Przemiany alotropowe
W niektórych metalach, już po skrzepnięciu, a więc w stanie stałym zachodzą dalsze przemiany. Są to przemiany alotropowe,
a ich istotą jest zmana sposobu rozmieszczenia atomów w przestrzeni. Przemiany alotropowe są spotykane w metalach, a w
niektórych z nich między temperaturą krzepnięcia a temperaturą otoczenia jest ich kilka. Odmiany alotropowe różnią się
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
między sobą typami sieci krystalicznych. Zmiana sieci krystalicznej pociąga za sobą całkowitą zmianę własności
chemicznych, fizycznych i mechanicznych.
Przemiany magnetyczne
•
nie wywołuje zmiany innych włsności fizycznych poza własnościami elektrycznymi, magnetycznymi i cieplnymi,
•
nie pociąga za sobą przekrystalizowania, tj. tworzenia się nowych ziarn wskutek zmiany sieci krystalicznej,
•
przebiega bez histerezy, zawsze w tej samej temp-rze, niezależnie od szybkości chłodzenia lub grzania.
Martenzytyczna – jest to przemiana bez dyfuzyjna, zachodzi przy dużym przechłodzeniu austenitu do temperatury Ms
początku tej przemiany przy chłodzeniu z szybkością większą od krytycznej Vk . Przemiana ta zachodzi pod warunkiem
ciągłego obniżania temperatury od Ms do Mf . Przemiana ta rozpoczyna się od utworzenia tzw. embrionu. W wyniku tej
przemiany powstaje martenzyt czyli przesycony roztwór węgla z żelazie α. Martenzyt dzielimy na listwowy i płytkowy.
Przemiana martenzytyczna może przebiegać termicznie, wybuchowo lub izotermicznie.
Bainityczna – przemiana ta łączy w sobie cechy przemiany bez dyfuzyjnej i dyfuzyjnego przemieszczania węgla. Zachodzi
prze przechłodzeniu austenitu do temperatury z zakresu 450-200°C. Zarodkowanie bainityczne rozpoczyna dyfuzyjne
przemieszczanie węgla do granic ziarn i dyslokacji. Zarodkami przemiany są miejsca ubogie w węgiel. Zainicjowanie
przemiany wymaga pewnego czasu inkubacji. W wyniku przemiany powstaje bainit czyli mieszanina ferrytu przesyconego
węglem i dyspersyjnych węglików. Rozróżniamy bainit górny i dolny.
Perlityczna – jest to przemiana dyfuzyjna. Zachodzi przy schłodzeniu austenitu nieznacznie poniżej temperatury Ar1 .Jest to
przemiana dyfuzyjna związana z przegrupowaniem atomów węgla i zachodząca przez zarodkowanie i wzrost zarodków. W
wyniku tej przemiany powstaje perlit czyli mieszanina eutektoidalna płytek ferrytu i cementytu.
Wyżarzanie
Wyżarzanie to operacja zwykłej obróbki cieplnej polegająca na nagrzaniu stali do określonej temperatury, wygrzaniu w tej
temperaturze i studzeniu w celu uzyskania struktur zbliżonych do stanu równowagi.
Typy wyżarzania: ujednorodniające, rekrystalizujące, odprężające, normalizujące, zupełne, izotermiczne, sferoidyzujące
(zmiękczanie)
Odpuszczanie
Odpuszczanie polega na nagrzaniu stali zahartowanej do temperatury niższej od A
c1
, wygrzaniu w tej temperaturze i
ochłodzeniu do temperatury pokojowej. W zależności od temperatury odpuszczanie może być: niskie, średnie, wysokie. typy
Typy odpuszczania: niskie, średnie, wysokie.
Hartowanie powierzchniowe
Hartowanie powierzchniowe polega na szybkim nagrzaniu warstwy wierzchniej przedmiotu do temperatury hartowania i
następnie szybkim chłodzeniu. Hartowanie powierzchniowe umożliwia ograniczenie nagrzewania do cienkiej warstwy
powierzchniowej i to jedynie w miejscach, które powinny być obrobione cieplnie. Nie wywołuje więc dużych naprężeń i
odkształceń cieplnych. W zależności od sposobu nagrzewania można wyróżnić następujące rodzaje hartowania
powierzchniowego: indukcyjne, płomieniowe, kąpielowe, kontaktowe, elektrolityczne.
Obróbka cieplno-chemiczna stali
Obróbka cieplno-chemiczna jest dziedziną obróbki cieplnej obejmującą zespół operacji i zabiegów umożliwiających zmianę
składu chemicznego i struktury warstwy powierzchniowej stopu w wyniku zmian temperatury i chemicznego oddziaływania
ośrodka.
Polega na zamierzonej dyfuzyjnej zmianie składu chemicznego warstwy powierzchniowej elementów metalowych w celu
uzyskania odpowiednich ich własności użytkowych.
Celem obróbki cieplno-chem. jest wytworzenie warstw powierzchniowych o zwiększonej odporności na ścieranie i zużycie
trybologiczne, o zwiększonej odporności korozyjnej i erozyjnej, zwiększenie odporności elementów na zmęczenie lub poprawa
niektórych własności fizycznych powierzchni.
Adsorpcja polega na osadzaniu się wolnych atomów, z fazy gazowej lub ciekłej, na granicy fazy stałej w postaci warstewki o
grubości jednego atomu. Przyczyną adsorpcji są siły przyciągania atomów ośrodka gazowego lub ciekłego przez nienasycone
rdzenie atomów występujące na powierzchni metalu. Zjawisko to jest nazywane adsorpcją fizyczną. Adsorpcja chemiczna
jest związana z tworzeniem warstewki fazy międzymetalicznej złożonej z atomów metalu i ośrodka adsorbowanego.
Dyfuzja jest aktywowanym cieplnie procesem zachodzącym wskutek ruchu atomów w sieci przestrzennej metalu w kierunku
wyrównania stężenia składników. Warunkiem przebiegu dyfuzji jest rozpuszczalność w stanie stałym pierwiastka
nasycającego w metalu osnowy. Procesy dyfuzji są zależne od temperatury, czasu i gradientu stężenia dyfundujących
pierwiastków. Od czynników tych zależy zatem grubość i struktura warstw powierzchniowych otrzymanych w wyniku obróbki
cieplno-chemicznej.
Nawęglanie
Polega na nasycaniu warstwy powierzchniowej stali w węgiel podczas wygrzewania obrabianego przedmiotu w ciągu
określonego czasu w ośrodku zawierającym węgiel atomowy. Nawęglanie odbywa się w temp. 900-950. O grubości warstwy
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
nawęglonej (zwykle 0,5-2mm) decyduje czas nawęglania, który dobiera się tak, aby skład fazowy warstwy powierzchniowej
odpowiadał strukturze stali eutektoidalnej.
W warstwie nawęglonej wyróżniamy kilka stref:
- nadeutektoidalna – o strukturze perlitu z cementytem
- eutektoidalna – o strukturze perlitycznej
- podetektoidalna – o strukturze perlityczno – ferrytycznej.
Obróbka cieplna po nawęglaniu:
Obróbka cieplna stali nawęglonej polega na hartowaniu z temperatury właściwej dla rdzenia – wyższej od Ac3 – i ponownym
hartowaniu z temp właściwej dla warstwy nawęglonej – wyższej od Ac1. Nowoczesne stale stopowe do nawęglania
umożliwiają stosowanie jednokrotnego hartowania elementów konstrukcyjnych bezpośrednio z temp. nawęglania gazowego.
Przedmioty nawęglone i zahartowane poddaje się niskiemu odpuszczaniu w temp 160-180 w czasie 1,5-2h.
Zastosowanie stali nawęglanych:
- koła zębate
- wałki rozrządów
- sworznie tłokowe
- sworznie kuliste
Azotowanie
Polega na nasyceniu warstwy powierzchniowej stali azotem podczas wygrzewania obrabianego przedmiotu przez określony
czas w ośrodku zawierającym wolne atomy azotu. Azotowanie odbywa się w temp niższej od Ac1.
Azotowanie może być:
- krótkookresowe – czas jego trwania wynosi od kilkunastu minut do kilku godzin. Na powierzchni stali tworzy się dyfuzyjna
warstwa ferrytu przesyconego azotem z wydzieleniami azotków i węglikoazotków.
- długookresowe – czas jego trwania wynosi kilkadziesiąt godzin. W jego wyniku na powierzchni stali tworzy się ciągła strefa
azotków, a często węglikoazotków.
Azotowanie powoduje zwiększenie odporności stali na korozję i zmniejszenie jej
współczynnika tarcia.
Obróbka cieplna azotowania:
Azotowanie jest ostatnią operacją w procesie technologicznym. Azotowaniu poddaje się przedmioty zahartowane i
odpuszczone (najlepiej w temp wyższej od temp azotowania). W niektórych przypadkach operacja azotowania może być
połączona z operacją odpuszczania. Ze względu na grubość warstwy azotowanej, przedmiotów po azotowaniu nie poddaje się
szlifowaniu.
Zastosowanie azotowania:
Azotowanie jest stosowane do elementów stali węglowych, wysokostopowych, narzędziowych i konstrukcyjnych, narażonych
podczas pracy na zużycie ścierne, na korozję w środowisku wodnym, lub wilgotnej atmosfery.
Stosowane jest do:
- wałów korbowych
- korbowodów
- matryc kuźniczych
- wierteł
- frezów
- wrzecion.
Węgloazotowanie – polega na jednoczesnym nasycaniu powierzchni stali węglem i azotem w ośrodkach gazowych lub
ciekłych
*wysokotemperaturowe – 750-950oC
*niskotemperaturowe – 450-600oC
Elementy poddane węgloazotowaniu wysokotemp. Obrabia się cieplnie w taki sam sposób jak przedmioty nawęglone.
PIERWIASTKI:
Si
-zwieksza-wytrzymałość, twardość, żarowytrzymałość,granice plastycznośći,przenikliwosxc magnetyczna,, bardzo
zw.spręzystość,
zmniejsza- wydłużenie, udarność, krytyczna szybkość chł., węglikotórczość, podatność na obróbke plas, skrawalność,
podatność na tworzenie zgrzeliny, podat. Na azotowanie, muzą odporność na zużycie,histereze, siłe koercji,stratność watową
Mn
-zwiększa- wytrzymałość, twardość, sprężystość, podat. Na obróbke plastyczna,
zmniejsza-krytyczna szybkość chłodzenia, skrawalność, zwiekszona odporność na zuzycie,wpływ niemal stały- wydłuzenie,
przewęzenie, udarność, żarowytrzymałość, węglikotwórczosc, podat, na tworzenie zgorzeliny, azotowanie
Ni
-zwieksza- wytrzymałość, twardość,gr.plastycznosci,żarowytrzymałość, bardzo, sile koercji,pozostałość magnetyczna,
zmniejsza-skrawalnosc, podatność na tworzenie zgorzeliny, na obróbkę plastyczna,bardzo-krytyczna szybkość chlodzenia,
odporność na zuzycie,wpływ stały-wydłuzenie, przewężenie, udarnosc
Cr
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
-zwiększa-spręzystosc, żarowytrzymałość, odporność na zuzycie, siłe koercji, bardzo- wytrzymałość,
twardość,gr.plastycznosci, węglikotworczosc, podatność na azotowanie, ,odporność na korozje, pozostałość magnetyczna,
zmniejsza-wydłuzenie, przewęzenie, udarność, podatnmosc na obróbkę plas, , bardzo-podat, na tworzenie zgorzeliny
Al.
-zwieksza-bardzo-podatnosc na azotowanie, siłe koercji,pozostałość magnetyczna,
zmniejsza- przewęzenie, udarność, bardzo-podat, na obróbke plastyczna, podat, na tworzenie zgorzeliny
W
-zwieksza- wytrzymałość, twardość, gr.plastyczxnosci, podatność na azotowanie, bardzo- żarowytrzymałość,
węglikotworczosc, odporność na zużycie, siłe koercji, pozostałość magnetyczną,
zmniejsza-wydłuzenie, przewęzenie, ,bardzo-krytyczna szybkość chłodzenia, , podatnmosc na obróbkę
plas,skrawalnosc,,podatność na tworzenie zgorzeliny, wpływ stały- udarność
V
-zwieksza- wytrzymałość, twardość,gr.plastycznosci, udarność, sperezystosc, podatność na obróbke plastyczna, ,podat. Na
azotowanie, korozje,bardzo-zarowytrzymalosc, odporonosc na zuzycie,węglikotworczosc,
zmniejsza-podatnosc na tworzenie zgorzeliny, bardzo-krytyczna szybkość chłodzenia ,wpływ staly-wydłuzenie przewężenie,
Co
-zwieksza- wytrzymałość, twardość,gr.plastycznosci,bardzo-zarowytrzymalosc, krytyczna szybkość chlodzenia, odporność na
zuzycie, wł.magnetyczne-siła koercji,pozostałości magnetyczne,przenikliwość magnetyczna,
zmniejsza-wydłuzenie, przewężenie,udarność, podat.na obróbke plastyczna,na tworzenie zgorzeliny,
Mo
- zwieksza- wytrzymałość, twardość, gr.plastycznosci,udarność,siłe koercji, bardzo-zarowytrzymalosc, weglikotworczosc,
podatność na tworzenie zgorzeliny, azotowanie,
zmniejsza-wydłuzenie, skrawalność, podatność na obróbkę plas, bardzo-krytyczna szybkość hclodzenia
Cu
-zwieksza- wytrzymałość, twardość,żarowytrzymałość, odporność na korozje,bardzo-gr.plastycznosci,,
zmniejsza bardzo-podatnosc na obróbkę plastyczna
S
-zwieksza bardzo-skrawalnosc,
zmniejsza wydłuzenie, przewęzenie, udarność, odporność na korozje, bardzo-podatnosc na obróbkę plastyczna
P
-zwieksza- wytrzymałość, twardość,gr.plastycznosci,bardzo-skrawalnosc,
zmniejsza-przewezenie, wydłużenie, podatność na obróbkę plastyczna,,bardzo udarnosc
Stale do nawęglania
Stale do nawęglania cechuje dobra skrawalność, odporność na przegrzanie, mała skłonność do odkształceń podczas obróbki
cieplnej, hartowność dostosowana do przekroju, obciążeń i cech geometrycznych wykonanych z nich elementów
konstrukcyjnych oraz wysokie własności wytrzymałościowe nawęglonej powierzchni i duża ciągliwość rdzenia. Stale stopowe
do nawęglania charakterzują się małym stężeniem C, nie przekraczającym 0,25% i zwykle dodatkiem 1–2% Cr.
Przykładowe stale: 15H, 16HG, 18HGM, 22HMN,
Stale do azotowania
Niektóre elementy konstrukcyjne, takie jak np. korbowody, wały korbowe, koła zębate, tuleje, cylindry powinny się cechować
b. twardą i odporną na ścieranie warstwą wierzchnią w części współpracującej z innymi elementami oraz rdzeniem o dużej
wytrzymałości przy możliwie dużej ciągliwości.
Własności takie zapewniają stale konstrukcyjne stopowe do azotowania poddane ulepszaniu cieplnemu, a następnie
azotowaniu. Skład chemiczny stali do azotowania jest zbliżony do stali konstrukcyjnych do ulepszania cieplnego i jest tak
dobrany, aby poza zapewnieniem dużej hartowności oraz odporności na kruchość odpuszczania, pierwiastki stopowe tworzyły
także dyspersyjne i twarde azotki podczas nasycania warstwy wierzchniej azotem.
Obróbka cieplna części maszyn przeznaczonych do azotowania polega na hartowaniu i wysokim odpuszczaniu, po którym
następuje szlifowanie wykończające powierzchni przewidzianych do nasycenia azotem i samo azotowanie w temperaturze
niższej od temperatury uprzedniego odpuszczania.
Przykładowe stale: 38HMJ, 33H3MF, 25H3M.
Staliwo
Staliwem nazywamy stal w postaci lanej, nieobrobionej plastycznie. Odlewy staliwne uzyskują ostateczny kształt po
skrzepnięciu w formach, przeważnie piaskowych i podlegać mogą różnym operacjom technologicznym z wyjątkiem obróbki
plastycznej.
Własności mechaniczne i spawalność staliw są wyższe niż żeliw. W porównaniu z żeliwami staliwa mają jednak gorszą
lejność, są wrażliwe na działanie karbu, posiadają skłonność do pęcherzy. Wadą staliw jest także mały uzysk.
Składnikami strukturalnymi występującymi w staliwie węglowym są ferryt i perlit.
Własności mechaniczne staliw w porównaniu ze stalami obrobionymi plastycznie o takiej samej zawartości węgla są gorsze
tylko w zakresie własności charakteryzujących ciągliwość i plastyczność, natomiast wytrzymałość na rozciąganie i twardość
jest niemal taka sama. Gorsze własności plastyczne oraz mniejsza udarność staliwa są następstwem zachowania pierwotnej
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
struktury, którą można usunąć tylko przez obróbkę plastyczną.
Ż
eliwa
Ż
eliwami nazywamy stopy żelaza z węglem zawierające ponad 2% węgla. Od tej zwartości węgla (2%) pojawia się w tych
stopach nie spotykany w stalach składnik mikrostruktury – ledeburyt, w którego skład wchodzi cementyt. Węgiel w żeliwie
może występować zarówno w postaci wiązanej (cementyt) jak i wolnej (grafit). W zależności od postaci w jakiej występuje
węgiel rozróżnia się żeliwa: szare, w których węgiel występuje w postaci grafitu; białe, w których węgiel jest związany w
cementycie, połowiczne, w których występuje zarówno grafit, jak i cementyt (powyżej 0,8% ogółu węgla w żeliwie).
Według Polskich Norm żeliwa dzielimy na:
•
szare – PN-92/H03101
•
sferoidalne (grafit w postaci kulek) – PN-92/H03123
•
ciągliwe (grafit kłaczkowy) – PN-92/H83221
•
stopowe – PN-92/H83144
Węglikostale spiekane należą do najdroższych tworzyw narzędziowych. Do ich produkcji są stosowane głównie węgliki
tytanu TiC, niemal zupełnie nie ulegające rozpuszczaniu w osnowie stalowej podczas obróbki cieplnej, której poddaje się
narzędzia lub inne elementy wykonane z tych materiałów.
Węglikostale spiekane są produkowane dwoma sposobami:
• przez spiekanie porowatego szkieletu z proszku węglika tytanu i następnie nasycanie szkieletu ciekłą stalą,
• klasycznymi metodami metalurgii proszków przez mieszanie proszków TiC i proszków odpowiedniej stali, prasowanie i
następnie spiekanie
Stale stopowe i ich obróbka cieplna
Stal stopowa to stal do której wprowadzono pierwiastki w celu poprawienia jej własności. Dodatki stopowe wprowadzane są
do stali w celu:
•
spowodowania określonych zmian strukturalnych,
•
zwiększenia własności wytrzymałościowych i polepszenia niektórych własności chemicz. lub fizycznych,
•
zwiększenia hartowności,
•
polepszenia efektywności i ułatwienia obróbki cieplnej.
Stale konstrukcyjne
Stale konstrukcjne stopowe są stosowane w budownictwie oraz w budowie maszyn i urządzeń pracujących w zakresie
temperatury od ok. 25 do 300
°
C, w środowiskach o niewielkim działaniu korozyjnym. Kryterium doboru stali stanowią
najczęściej podstawowe własności mechaniczne. Własności stali konstrukcyjnych stopowych zależą od stężenia węgla i
pierwiastków stopowych. W celu uzyskania najkorzystniejszych własności stale konstrukcyjne stopowe należy stosować w
stanie obrobionym cieplnie lub po innych procesach technologicznych zapewniających wykorzystanie pozytywnego działania
pierwiastków stopowych.
Stale konstrukcyjne trudno rdzewiejące.
Są przeznaczone do stosowania w temp. otoczenia na elementy konstrukcyjne(spawane, zgrzewane i nitowane) , od których
wymagana jest podwyższona odporność na korozję atmosferyczną także w środowisku atmosfery przemysłowej. Zawierają do
0,16%C oraz dodatki 1,25%Cr i do 0,55 Cu. Do niektórych stali są wprowadzane także w niewielkim stężeniu P, Al., Ni oraz
mikrododatki V, Nb lub Ti .
Stale stopowe konstrukcyjne i maszynowe do ulepszania cieplnego.
Są stosowane na elementy konstrukcyjne i elementy maszyn podlegające dużym obciążeniom mechanicznym jak np. wały,
koła zębate, sworznie, korbowody, śruby itp. Po hartowaniu i odpuszczaniu mają strukturę martenzytu wysokoodpuszczonego.
Ś
rednie stężenie węgla w tych stalach wynosi ok. 0,25-0,5%. Dodatki stopowe, które mają nadać tym stalom określoną
hartowność to np. Mn, Mo, Cr, Ni, V. Stale te poddaje się hartowaniu i wysokiemu odpuszczaniu (500-680°C). Można je
poddawać hartowaniu powierzchniowemu a także obróbce cieplno chemicznej.
Stale do ulepszania cieplnego
Stale konstrukcyjne do ulepszania cieplnego mają średnie stężenie węgla ok. 0,25-0,5% decydujące o własnościach
wytrzymałościowych oraz dodatki stopowe, których głównym celem jest nadanie stali określonej hartowności.
Założone własności elementów konstrukcyjnych ze stali do ulepszania cieplnego uzyskuje się po obróbce cieplnej polegającej
na hartowaniu i wysokim odpuszczaniu. Temperatura odpuszczania mieści się w zakresie 500-650
°
i może być tym wyższa, im
większe jest w stali stężenie węgla i pierwiastków węglikotwórczych.
Przykładowe stale: 30G2, 38HA, 35HGS, 40HM, 45HN2A, 34HNM.
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
Stale sprężynowe
Materiał stosowany na elementy sprężyste powinien cechować się b. dobrymi własnościami sprężystymi, tzn. wysoką granicą
sprężystości R
sp
oraz dużą wartością stosunków tej wielkości do granicy plastyczności R
e
i wytrzymałości na rozciąganie R
m
.
Pożądana jest duża wytrzymałość na zmęczenie przy ograniczonych wymaganiach dotyczących własności plastycznych. Stale
sprężynowe zawierają ok. 0,5-0,8% C, od którego przede wszystkim zależą własności wytrzymałościowe i granica
sprężystości.
Obróbka cieplna sprężyn i resorów polega na austenityzowaniu w temperaturze 800-870
°
C i hartowaniu w oleju lub wodzie
zależnie od gatunku zastosowanej stali, a następnie średnim odpuszczaniu w temperaturze 380-520
°
C. Po takiej obróbce
cieplnej sprężyny mają strukturę martenzytu odpuszczonego o wymaganych własnościach mechanicznych.
Przykład stali: 45S, 50S2, 65G, 50HF.
Stale na łożyska toczne
Stale konstrukcyjne stosowane do wytwarzania elementów łożysk tocznych powinny cechować się b. dużą twardością,
jednorodnością struktury, wysokim stopniem czystości oraz hartownością, zapewniającą uzyskanie struktury martenzytycznej
bez austenitu szczątkowego w całym przekroju. Stale te w stanie obrobionym cieplnie są odporne na ścieranie, wykazują dużą
wytrzymałość zmęczeniową i statyczną oraz odpowiednią ciągliwość. Dużą twardość i odporność na ścieranie zapewnia
stalom łożyskowym węgiel o stężeniu ok. 1%. Wysoka czystość i jednorodna struktura bez skupień i pasmowej segregacji
węglików gwarantują dużą wytrzymałość zmęczeniową. Wymaganą hartowność stale te osiągają dzięki dodatkowi ok. 1,5 %
Cr.
OBR. Elementy łożysk tocznych hartuje się z temperatury 820-840
°
C w oleju, po czym odpuszcza w temperaturze 180
°
C
przez 1-2 h. Po takiej obróbce cieplnej stale łożyskowe mają strukturę niskoodpuszczonego martenzytu drobnolistwowego z
równomiernie rozmieszczonymi drobnymi ziarnami cementytu stopowego i wykazują twardość przekraczającą 62 HRC.
Przykładowe stale: ŁH15, ŁH15SG.
Stale niestopowe narzędziowe
Stale narzędziowe niestopowe wysokowęglowe znalazły zastosowanie na proste narzędzia tnące do drewna, papieru i tworzyw
sztucznych, takie jak pilniki i proste narzędzia rolnicze – np. kosy lub zęby bron.
Stale narzędziowe niestopowe cechują się małą hartownością i małą skłonnością do rozrostu ziarna austenitu.
OBR. W celu uzyskania wymaganych własności stale narzędziowe niestopowe poddaje się hartowaniu z temperatury 760-
800
°
C z chłodzeniem w wodzie i odpuszczaniu w temperaturze 180-300
°
C z wygrzaniem przez 2 h. Temperatura
odpuszczania jest dobierana w zależności od wymaganej twardości i ciągliwości narzędzia i zwykle nie przekracza 200
°
C.
Podwyższanie temperatury odpuszczania powoduje szybkie zmniejszanie twardości i odporności na ścieranie stali
niestopowych.
Przykłady stal: N9E, N11E (płytko), N9, N11 (głęboko).
Stale narzędziowe stopowe szybkotnące
Stale szybkotnące są stosowane głównie na wieloostrzowe narzędzia skrawające, często narzędzia wykrojnikowe, a także na
narzędzia do obróbki plastycznej na zimno i gorąco. Stale te wykazują dużą twardość i odporność na ścieranie w temperaturze
do ok. 600
°
C. Wymagane własności, zwłaszcza b. dużą hartowność oraz efekt twardości wtórnej, uzyskuje się przez
odpowiednią kombinację stężenia C i takich pierwiastków stopowych, jak Cr, W, Mo i V, a w wielu gatunkach dodatkowo –
Co
OBR. Są dostarczane w stanie zmiękczonym. Zapewnia to dobrą obrabialność mechaniczną stali. Ze względu na małą
przewodność cieplną stali szybkotnących w czasie hartowania jest stosowane stopniowe podgrzewanie narzędzi do
temperatury austenityzowania w kąpielach solnych, z wygrzewaniem w temperaturze ok. 550 i 850oC. Czas wygrzewania
zależy od wielkości wsadu. W procesie obróbki cieplnej ważne jest zastosowanie prawidłowej temp. austenityzowania, zwykle
o ok. 50-70oC niższej od temp. solidusu danego gatunku stali.
Przykładowe stale: sw18, sk5.
Stale narzędziowe stopowe do pracy na gorąco
Są stosowane na narzędzia pracujące w zakresie temperatury 250-700oC. W najniższej temperaturze pracują niektóre
narzędzia kuźnicze i noże do ciecia na gorąco, w najwyższej – matryce pras kuźniczych i do wycinania oraz formy do
odlewania pod ciśnieniem.
Skład chemiczny oraz ich obróbka cieplna zapewniają wysoką wytrzymałość, twardość i odporność na ścieranie w wysokiej
temperaturze pracy. W stalach tych stężenie węgla jest ograniczone do ok. 0,3-0,6 %. Głównymi pierwiastkami stopowymi są
Cr, W, Mo, i V, powodujące efekt twardości wtórnej podczas odpuszczania.
OBR. Stale te dostarcza się w stanie zmiękczonym, zapewniającym dobrą obrabialność i jednorodny rozkład węglików w
osnowie ferrytu. W celu zmniejszenia naprężeń cieplnych stosuje się wielostopniowe nagrzewanie do temperatury
austenityzowania, zwłaszcza narzędzi o dużych wymiarach, wykonanych ze stali wysokostopowych. Temperatura
austenityzowania stali narzędziowych do pracy na gorąco jest zawarta w zakresie 850-1150oC i dobierana tak, aby nie
dopuścić do nadmiernego rozrostu ziarn austenitu pierwotnego, gdyż powoduje to zmniejszenie ciągliwości stali. Trwałość
narzędzi do pracy na gorąco zależy od poprawnie wykonanej obróbki cieplnej oraz od właściwych warunków eksploatacji, w
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
szczególności do temperatury ok. 300oC przed rozpoczęciem pracy oraz stosowania odpowiednich środków chłodzących
powierzchnie robocze narzędzia po każdym cyklu odkształcenia plastycznego obrabianego materiału.
Przykładowe stale: WCL, WWV, WNLV.
Stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno
Są stosowane na narzędzia nieosiągające w czasie pracy temperatury wyższej niż 200OC. Stale stopowe do pracy na zimno w
porównaniu ze stalami narzędziowymi niestopowymi wykazują podwyższoną hartowność, powodowaną głównie
zwiększonym stężeniem Mn, Cr, a w niektórych gatunkach – także W, V, Ni. Umożliwia to harowanie stali narzędziowych
stopowych w oleju, a nawet powietrzu, zmniejszając prawdopodobieństwo zmian wymiarowych, paczenia i pęknięć
hartowniczych.
Dodatki stopowe, zwłaszcza V, Cr i W, wpływają na tworzenie w stalach narzędziowych węglików stopowych sprzyjających
uzyskiwaniu dużej odporności stali na ścieranie. Pierwiastki te powodują również wysoką skrawność stali narzędziowych
stopowych i opóźniają rozpad martenzytu oraz spadek twardości podczas odpuszczania.
OBR. Od stali narzędziowych stopowych do pracy na zimno wymaga się przede wszystkim dużej twardości i odporności na
ś
cieranie, dlatego poddaje się je hartowaniu i niskiemu odpuszczaniu. Stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno wykazują
w stanie zahartowanym strukturę martenzytu listwowego z austenitem szczątkowym i węglikami nie rozpuszczonymi podczas
austenityzowania, równomiernie rozmieszczonymi w osnowie. Odpuszczenie tych stali odbywa się najczęściej w zakresie
temperatury 150-260OC.
Powierzchnia narzędzi wykonywanych ze stali narzędziowych do pracy na zimno powinna być zabezpieczona przed
utlenianiem i odwęglaniem w czasie obróbki cieplnej.
Przykłady stali: NC4, NCV1, NC11, NZ2.
Stale żaroodporne
Ż
aroodporność to odporność stopu na działanie czynników chemicznych, głównie powietrza oraz spalin i ich agresywnych
składników w temperaturze wyższej niż 550°C. Żaroodporność jest ściśle związana ze skłonnością stali do tworzenia
zgorzeliny. Zgorzelina powinna stanowić ciągłą warstwę, dokładnie przylegającą do metalicznego rdzenia, co utrudnia
dyfuzję utleniacza i jonów metalu. Wymagania te spełniają niskowęglowe stale o jednofazowej strukturze ferrytu lub austenitu,
o dużym stężeniu chromu i niklu oraz dodatkowo krzemu i aluminium.
PIERWIASTKI WPŁYWAJĄCE NA ŻAROODPORNOŚĆ STALI Chrom jest podstawowym pierwiastkiem zwiększającym
ż
aroodporność stali. Dodatek ok. 5% Cr zapewnia odpowiednią żaroodporność w temperaturze 600÷650°C. Zwiększenie
stężenia tego pierwiastka powoduje wzrost żaroodporności do ok. 1100°C przy stężeniu ok. 30% Cr w stali. Dodatki Si i Al,
mimo analogicznego wpływu na żaroodporność, są dodawane w ograniczonym stężeniu – odpowiednio ok. 3 i 2,5% ze
względu na niekorzystny wpływ na własności plastyczne stali i obniżanie podatności na obróbkę plastyczną. Dodatki V i Mo
wywierają niekorzystny wpływ na żaroodporność stali. Tlenki wanadu bowiem łatwo ulegają stopieniu, natomiast tlenki
molibdenu utleniają się. Nikiel nie jest samodzielnie stosowany, gdyż nie zwiększa żaroodporności stali.
Przykłady stali: H6S2, 2H17.
Stale żarowytrzymałe
Ż
arowytrzymałością jest nazywana odporność stopu na odkształcenia, z czym wiąże się zdolność do wytrzymywania obciążeń
mechanicznych w wysokiej temperaturze – powyżej 550°C. Żarowytrzymałość w temperaturze wyższej od 550°C jest
uzależniona głównie od odporności na pełzanie (rys. 6.25). Dużą żarowytrzymałość wykazują więc stale o strukturze
austenitycznej – ze względu na mniejsze współczynniki dyfuzji niż w ferrycie (porównaj rozdz. 6.3.2), o znacznej wielkości
ziarn i z dyspersyjnymi wydzieleniami faz, głównie na granicach ziarn.
PIERWIASTKI WPŁYWAJĄCE NA ŻAROWYTRZYMAŁOŚĆ STALI Nikiel przy stężeniu 9%, w obecności ok. 18% Cr,
powoduje tworzenie trwałej struktury austenitycznej, co decyduje o zwiększeniu żarowytrzymałości stali. Żarowytrzymałość
podwyższają pierwiastki stopowe zwiększające energię wiązania atomów sieci roztworu stałego, a więc podwyższające
temperaturę topnienia i rekrystalizacji, do których należą Mo, W, V, Co, a także Ti, Cr i Si. Żarowytrzymałość jest ponadto
zwiększana w wyniku umocnienia zgniotowego oraz utwardzania wydzieleniowego.
Przykłady stali: H18N9S, H23N18
Stale odporne na korozję
Stale odporne na korozję obejmują trzy grupy:
-Stale trudno rdzewiejące, o odporności na korozję jedynie nieznacznie większej od stali węglowych, zawierają 0,1% C oraz
dodatki 1-3% pasywującego Cr i ok. 0,5% Cu, tworzącej na powierzchni warstewkę pasywującą złożoną z siarczanów i
węglanów miedzi. Do stali tych są wprowadzane także w niewielkich stężeniach P, Al i Ni. Stale te znajdują zastosowanie
głównie jako stale spawalne pracujące w środowisku atmosfery przemysłowej oraz morskiej.
-Stale wysokochromowe o strukturze ferrytycznej ferrytyczno-martenzytycznej lub martenzytycznej są odporne głównie na
korozję chemiczną, w tym na utlenianie w atmosferze powietrza, wody naturalnej i pary wodnej w niskiej i podwyższonej
temperaturze, na działanie zimNych roztworów alkalicznych, rozcieńczonych kwasów i soli, z wyjątkiem chlorków i jodków,
oraz na działanie ropy naftowej i jej par, paliw, olejów, alkoholi, a także środków spożywczych.
-Stale chromowo-niklowe i chromowo-niklowo-manganowe, o strukturze austenitycznej są odporne głównie na korozję
elektrochemiczną w środowisku kwasów nieorganicznych i organicznych, związków azotu, roztworów soli i agresywnych
ś
rodków spożywczych.
Przykłady stali: 0H13, 1H13, 4H14, 0H17T, 3H17M.
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
Stale Maraging
Stanowią niskowęglowe stopy żelazowo-niklowe o strukturze martenzytycznej, utwardzane wydzieleniowo, cechujące się
znaczną wytrzymałości i plastycznościa.
Nazwa tych stali pochodzi od angielskiego określenia starzenie martenzytu. Starzenie martenzytu to obróbka wydzieleniowa
stali polegające na przesycaniu w czasie którego powstaje miękki , bardzo niskowęglowy martenzyt , który może być starzony
w celu uzyskania żądanych własności.
Głównym pierwiastkiem stopowym jest Ni, o stężeniu 8-25% zwiększa on hartowność, odpornośc na kruche pękanie i
decyduje o obniżeniu progu kruchości. Tytan tworzy w tych stalach liczne fazy międzymetaliczne.
OBR. Cieplna polega na hartowaniu z temp zależnej od gatunku stali, zbliżonej jednak do 800-900oc. Z chłodzeniem w
powietrzu. Strukturę po hartowaniu stanowi bezwęglowy martenzyt żelazowo-niklowy. Odpuszczanie odbywa się w zakresie
450 – 550oC w zależności od gatunku Odpuszczanie powoduje znaczne zmniejszenie wytrzymałości i niewielki zmniejszenie
własności ciągliwych.
Zastosowanie: materiał konstrukcyjny w temp od -200 do +600oC, budowa okrętów, wyrób sprężyn, zbiorniki
wysokociśnieniowe, technika lotnicza i rakietowa.
Stopy aluminium
W porównaniu ze stalmi stopy aluminiowe charakteryzują się znacznie mniejszą masą, a w niskiej temperaturze – większą
udarnością. Najogólniej – ze względu na sposób wytwarzania – stopy aluminium dzieli się na: odlewnicze i do obróbki
plastycznej. Odlewnicze stopy aluminium są przeważnie stopami wieloskładnikowymi o dużym stężeniu – od 5 do 25% –
pierwiastków stopowych, głównie Cu, Si, Mg i Ni lub ich różnych zestawień. Charakteryzują się dobrą lejnością i często
małym skurczem odlewniczym. Stopy do obróbki plastycznej zawierają znacznie mniej, bo ok. 5%, pierwiastków stopowych,
zwykle Cu, Mg, Mn, niekiedy także Si, Zn, Ni, Cr, Ti lub Li.
Z Krzemem (Siluminy) zawierają one dodatki Cu, Mg i Mn, zwiększające wytrzymałość. Aluminium tworzy z krzemem
układ z eutektyką występującą przy stężeniu 12,6% Si i dwoma roztworami stałymi granicznymi o rozpuszczalności
skaładników zmniejszającej się wraz z obniżeniem temp Roztwór α wykazuje sieć regularną typu A1.
Z Magnezem wykazują największą odporność na korozję i najmniejszą gęstość Zawierają zwykle inne dodatki stopowe
wprowadzane w niewielkim stężeniu. W celu usunięcia niekorzystnej dwufazowej struktury stopy te poddawane są
przesycaniu z temp wyższej od granicznej rozpuszczalności Mg w Al.
Z Mg Do Obróbki Plastycznej (Hydronalia) Zawierają 0,4-5,6% Mg, a także niewielki dodatek Si Cr Fe Pb Charakteryzują
się podwyższonymi własnościami mechanicznymi, odpornością na korozję w środowisku wody i atmosfery morskiej oraz
dobrą spawalnością i podatnością na głębokie tłoczenie. Mają strukturę dwufazową Własności wytrzymałościowe tych stopów
są zwiększone w wyniku umocnienia zgniotowego.
Wieloskładnikowe Stopy Z Cynkiem (Durale Cynkowe) wykazują największe własności wytrzymałościowe są mało
odporne na korozję w szczególności naprężeniową Ograniczenie ich stosowania jest związane z małą odpornością na działanie
podwyższonej temp Ich obróbka cieplna polega na wyżarzaniu rekrystalizującym w temp ok.410C oraz na utwardzaniu
wydzieleniowym.
Z Miedzią I Magnezem Do Obróbki Plastycznej (Durale Miedziowe) Mają podwyższone własności wytrzymałościowe
oraz zmniejszone własności plastyczne i podatność na obróbkę plastyczną Ich skład chemiczny jest dobierany tak aby w stanie
równowagi w temp pokojowej wykazywały strukturę α Podczas krystalizacji w warunkach technicznych tworzą się jednak
podwójne lub potrójne eutektyki zwłaszcza w stopach o większym stężeniu.
Stopy miedzi
Stopy Miedzi Z Cynkiem = Mosiądze. ze względu na skład fazowy dzieli się na: 1) jednofazowe – o strukturze roztworu
α
i
stężeniu od 2 do 39% Zn, 2) dwufazowe – o strukturze mieszaniny
α
+
β
i stężeniu od 39 do 45% Zn. Mosiądze jednofazowe
cechuje b. duża plastyczność, co umożliwia stosowanie ich na wyroby głęboko tłoczone i obrabiane plastycznie na zimno.
Mosiądze w znacznym stopniu umacniają się w wyniku zgniotu. Mosiądze charakteryzują się dobrą odpornością na korozję,
szczególnie atmosferyczną i w wodzie morskiej.
Najczęściej spotykanymi rodzajami korozji mosiądzów jest odcynkowanie oraz korozja naprężeniowa, zwana pękaniem
sezonowym mosiądzów.
Odcynkowanie zachodzi w mosiądzach dwufazowych o stężeniu Zn przekraczającym 20% zanurzonych w elektrolitach
zawierających Cl. W elektrolitach takich Cu oraz Zn przechodza do roztworu, z którego Cu wytrąca się w postaci gąbczastej,
co wzmaga korozję. Odcynkowanie nie powoduje zmian kształtu korodującego przedmiotu, lecz wpływa na znaczne obniżenie
własności wytrzymałościowych mosiądzu.
Pękanie sezonowe jest międzykrystaliczną korozją naprężeniową mosiądzów jedno- lub dwufazowych, obrobionych
plastycznie na zimno i poddanych działaniu ośrodka zawierającego amoniak. Temu rodzajowi korozji można zapobiegać przez
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
wyżarzanie odprężające w temperaturze 200-300
°
C.
Stopy Miedzi Z Niklem = Miedzionikle
Stopy te, których głównym dodatkiem jest Ni o stężeniu do 40%, zawierają także 1÷2% Si, Al, Fe lub Mn. Nikiel powoduje
podwyższenie własności mechanicznych, odporności na korozję, rezystywności oraz siły termoelektrycznej miedzionikli.
Miedzionikle są oparte na układzie Cu–Ni o nieograniczonej rozpuszczalności składników w stanie ciekłym i stałym. Można
wydzielić dwie grupy miedzionikli, a mianowicie: odporne na korozję, takie jak CuNi19 (zwany nikieliną) i CuNi25
(stosowany do wytwarzania monet), oporowe, w tym głównie CuNi44Mn1 (zwany konstantanem).
Stopy Miedzi Z Cyną = Brązy Cynowe
Techniczne stopy Cu z Sn, nazywane tradycyjnie brązami cynowymi, mają zazwyczaj strukturę roztworu α. Duży zakres
temperatury krystalizacji brązów o strukturze α sprzyja jednak ich skłonności do segregacji. Z tego powodu w stopach
chłodzonych w warunkach rzeczywistych, nawet przy niewielkim stężeniu Sn, oprócz niejednorodnej fazy α tworzą się fazy,
które w warunkach równowagi występują przy większym stężeniu Sn. Segregacja może być w pewnym stopniu usunięta przez
długotrwałe wyżarzanie ujednorodniające w ciągu 24 h w temperaturze 700÷750°C. Brązy cynowe wykazują dobrą odporność
na korozję, szczególnie w środowisku atmosfery przemysłowej i wody morskiej. Brązy cynowe o strukturze jednorodnego
roztworu α cechuje duża plastyczność i z tego względu mogą być obrabiane plastycznie na zimno.
Stopy Miedzi Z Berylem = Brązy Berylowe
zawierają do 2,1% głównego pierwiastka stopowego, często Co i Ni, a niekiedy do 0,25% Ti Stopy te są brązami o
najwyższych własnościach mechanicznych oraz odporności na korozję i ścieranie. Cechują się dużą przewodnością cieplną i
elektryczną (zwiększa ją dodatek Co), brakiem skłonności do iskrzenia oraz dobrą podatnością na obróbkę plastyczną na
zimno i na gorąco
Stopy Miedzi Z Krzemem = Brązy Krzemowe
wykazują strukturę jednofazową roztworu α, a stężenie Si w stopach dwuskładnikowych nie przekracza 3÷4%. Jednofazowa
struktura zapewnia brązom krzemowym duże własności plastyczne, przy czym Si powoduje zwiększenie ich odporności na
korozję. Praktyczne zastosowanie znalazły głównie brązy krzemowe wieloskładnikowe zawierające dodatki Mn, Fe, Zn, Ni,
niekiedy także Co i Cr. Pierwiastki Mn, Zn i Ni, występujące w roztworze, silnie zmniejszają rozpuszczalność Si w fazie α,
przy czym Mn i Ni zwiększają wytrzymałość i odporność na korozję, natomiast Zn polepsza lejność. Własności mechaniczne
najbardziej poprawia Fe.
Stopy Miedzi Z Manganem = Brązy Manganowe
zawierają zwykle 5÷6 lub 12÷15% Mn i są przeznaczone do obróbki plastycznej. Najczęściej stosuje się stopy
wieloskładnikowe, oprócz Mn zawierające Ni, w niektórych gatunkach także Si lub Al. Manganin CuMn12Ni3 o bardzo małej
rezystywności jest stosowany
Ż
arowytrzymałościowe stopy Niklu – zawierają głównie dodatki do 20% Cr lub 20% Mo i do 10%Fe. Do często
stosowanych stopów tej grupy należą tzw. nimonik i inconel.
Są stosowane na łopatki wirników oraz dysze turbin gazowych, silników rakietowych i odrzutowych oraz elementu aparatury
chemicznej, pracujące w wysokiej tem i w warunkach korozji gazowej.
Są dostarczane w postaci blach , taśm, prętów i kształtowników walcowanych na gorąco i na zimno.
Szkła metaliczne – materiał otrzymane po zastosowanie bardzo dużej szybkości chłodzenia podczas krzepnięcia, w wyniku
czego metale uzyskują strukture amorficzna (bezpostaciową.
Ma strukturą pośrednią między stanem krystalicznyma stanem ciekłym. W szkle metalicznym są uporządkowane jedynie
najbliżej sąsiadujące ze sobą atomy.
Cechują się własnościami różnymi od kryształów metali nie wykazują wszystkich cech dla nich charakterystycznych.
Są stosowane na bardzo cienkie taśmy magnetyczne, taśmy do lutowania i ostrza do golenia.
Materiały nanokrystaliczne
– mają własności zbliżone do szkieł metalicznych, występują w nich bardzo drobne obszary o strukturze krystalicznej.
Wykazują odmienne własności mechaniczne, elektryczne, magnetyczne i optyczne od materiałów konwencjonalnych.
Przykładowa ziarna miedzi o wielkości 6 nm mają twardość pięciokrotnie większą od miedzi konwencjonalnych.
-MC-
Materiałami ceramicznymi nazywamy materiały nieorganiczne i niemetaliczne o kowalencyjnych i jonowych wiązaniach
międzyatomowych. Materiały ceramiczne otrzymywane są zazwyczaj w procesie wysokotemperaturowym, podczas którego
zachodzą nieodwracalne reakcje.
Jakie wiązania posiadają materiały ceramiczne
- jonowe, - kowalencyjne
Przebieg wytwarzania ceramiki :
- Wytwarzanie mas, - Formowanie, - Suszenie, - Wypalanie
Ceramikę dzielimy na: Ceramikę inżynierską, Cermetale inżynierskie, Ceramikę porowatą, Szkła i ceramikę szklaną
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
Ceramika porowata, określona również tradycyjną, klasyczną lub wielkotonażową z tego względu, że obejmuje masowo
produkowane materiały budowlane i ogniotrwałe lub stosowane m.in. w technice sanitarnej.
Charakteryzuje się 5 – 15 % udziałem porów, po wypaleniu w wysokiej temperaturze, stosowanym w celu odprowadzenia
wody.
Do ceramiki porowatej zaliczamy:
--materiały tradycyjne (porcelana, porcelit, fajans, kamionka)
--materiały ogniotrwałe
--materiały budowlane (klinkier, cement)
Zastosowanie porowatej
- Budownictwo – cegła, cement, dachówki, tynk, szyby szklane
- Szkło – butelki, aparatura laboratoryjna, glazura
- Produkty ogniotrwałe – cegła, tygle, cement, formy
- Produkty z gliny – cegła, produkty garncarskie, kamionka, rury kanalizacyjne
- Produkty porcelanowe i emaliowane – porcelana stołowa, kafelki, armatura sanitarna, emalie i produkty emalierskie
- Produkty ścierne – tarcze ścierne, płótna, papiery ścierne, dysze do piaskowania, kule do mielenia
Proces produkcji porowatej - Przygotowanie masy formierskiej
- Formowanie, - Suszenie, - Wypalanie, - Szkliwienie, - Zdobienie
Zastosowanie inżynierskiej
- Przemysł samochodowy i lotniczy – elementy turbin, osłony termiczne i wymienniki, uszczelnienia , elementy systemu
osłony termicznej promów kosmicznych
- Wytwarzanie – narzędzia skrawające, elementy odporne na ścieranie i korozję, ceramika szklana, magnesy, włókna
optyczne, światłowody
- Elektronika – półprzewodniki, izolatory, nadprzewodniki, lasery, dielektryki, elementy grzejne
- Wysoka temperatura – produkty ogniotrwałe, armatura instalacyjna, piece
- Medycyna – osprzęt laboratoryjny, elementy sterowania, protezy, materiały stomatologiczne.
Porcelana - Jest to materiał ceramiczny spiekany z mullitu, kwarcu i szkła skaleniowego. Wypalana jest :
--jednokrotnie w temperaturze 850-1000
°
C (nieszkliwiona)
--lub dwukrotnie w 1280-1320
°
C (szkliwiona).
Można ją podzielić na: - porcelanę twardą - porcelanę miękką
Składniki porcelany:
- Mullit (3Al3O3+2SiO2), - Kwarc, - Szkło skaleniowe
Co sie robi z porcelany
- Stołowa (zastawy stołowe),
- Artystyczna
- Elektrotechniczna (izolatory niskiego i wysokiego napięcia)
-Laboratoryjna (sprzęt laboratoryjny i elementy aparatury chemicznej),
- Dentystyczna
Porcelana twarda to: Porcelana twarda biskwitowa bez szkliwa, która może być barwiona, stosowana jest głównie jako
dekoracyjna, np. na figurki lub płaskorzeźby. Jest wytwarzana z kaolinu (ok. 50%), kwarcu (ok. 25%) i skalenia (ok. 25%).
W zależności od ogniotrwałości materiały ogniotrwałe dzieli się:
-zwykłe (do 1700°C),
-wysokoogniotrwałe (1700÷2000°C),
-o bardzo wysokiej ogniotrwałości (powyżej 2000°C).
Ze względu na własności chemiczne materiały ogniotrwałe:
-kwaśne, zawierające SiO2 i A l2O3,
-zasadowe, w skład których wchodzą CaO i MgO.
Podział ceramiki narzędziowej:
- ceramika tlenkowa - czysta cer tlenkowa
- ceramika mieszana - cer umacniana whiskerami
- ceramika nietlenkowa - czyli azotkowa
Do ceramiki narzędziowej zaliczamy:
- Węgliki spiekane, - Spiekane tlenki metali, - Diament
Whiskery - są to monokryształy w kształcie włosków o małym stężeniu defektów, których wytrzymałość jest wielokrotnie
większa od tych samych materiałów występujących w postaci polikrystalicznej
8 grup ceramiki stosowanej w elektrotechnice:
Porcelana elektrotechniczna (g.100) Steatyt, forsteryt (g.200)
Tytaniany (g.300) Kordieryt, celsjan (g.400)
Materiały szamotowe (g.500) Materiały mulitowe (g.600)
Materiały korundowe (g.700) Ceramika tlenkowa (g.800)
Steatyt, forsteryt
Skład: --talk(krzemian magnezu) --glina plastyczna ---skaleń
Charakterystyka: --mały skurcz po wypalaniu - tylko 1%
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
--wypalany w 1400 C --duża rezystywność
Zastosowanie: --izolatory, --elementy izolacyjne wysoko obciążone
Szkła Stan struktury szkieł jest pośredni między stanami ciekłym i stałym. A więc bezpostaciowa. Stan ten nie jest stanem
równowagi i jest osiągany przez powstrzymanie krystalizacji, w wyniku
szybkiego chłodzenia w zakresie temperatury krzepnięcia.
Jaką strukturę ma szkło, - Szkła posiadają bezpostaciową ciągłą strukturę. Siec wewnętrzna najprostszych szkieł składa się z
wzajemnie połączonych czworościanów lub trójkątów.
Podział szkieł ze względu na skład chemiczny:
--kwarcowe, --borowe, --litowe i inne,
--krzemowo-sodowo-wapniowe, --krzemowo-glinowo-sodowe.
Podział szkieł ze względu na zastosowanie:
--szkła techniczne, --szkła budowlane, --szkła gospodarcze,
--szkła do wyrobu opakowań.
Podział ceramiki szklanej:
--B-spodumenowa, --B-kwarcowa, --Mikowa,
--z krzemkiem litu, --kordierytowa
Ceramika szklana zwana też dewitryfikatami lub pyroceramiką powstaje przez krystalizację(odszklenie) masy szklanej w
ś
ciśle określony sposób, umożliwiający utworzenie struktury bardzo drobno-ziarnistej, bez porowatości, z pozostałością tylko
ok. 2% fazy szklistej.
Dewitryfikaty łączą naturę ceramik krystalicznych i szkieł.
W porównaniu z porcelaną i szkłem ma znacznie lepsze właściwości. Jest to tworzywo wyjątkowo drobnoziarniste, o dużej
wytrzymałości mechanicznej i znacznie odporniejsze na uderzenia. Agalit (arco) jest jeszcze mniej porowaty niż porcelana,
przez co jego powierzchnia staje się idealnie gładka i stuprocentowo higieniczna.
Odmainy alotropowe węgla:
--fulereny, --grafit, --diament, --nanorurki
Do czego służy kamionka
Kamionka cechuje się wytrzymałością na ściskanie ok. 800 MPa, na zginanie ok. 90 MPa, oraz dużą rezystywnością i
odpornością chemiczną, wobec czego jest stosowana w elektrotechnice, na produkty stosowane w gospodarstwie domowym i
sanitarne, rury kanalizacyjne, elementy aparatury chemicznej i laboratoryjnej.
- D –
Warstw powierzchniowa: warstwa materiału ograniczona rzeczywistą powierzchnią przedmiotu obejmującą tą powierzchnie
oraz części materiału obejmującą tą powierzchnie w głąb powierzchni rzeczywistej która wykazuje zmienne cechy fizyczne i
niekiedy chemiczne w stosunku do cech tego materiału w głębi przedmiotu.
Powłoka: warstwa materiału wytworzona w sposób naturalny bądź sztuczny albo nanoszona sztucznie na powierzchnie
przedmiotu wykonanego z innego materiału, w celu uzyskania określonych właściwości technologicznych lub dekoracyjnych.
Metody wytwarzania warstw powierzchniowych:
* mechaniczne: nagniatanie, natryskiwanie dekoracyjne, skrawanie,
* cieplno mechaniczne: natryskiwanie cieplne, platerowanie.
* cieplne: hartowanie, odpuszczanie, wyżarzanie, nadtapianie.
* cieplno chemiczne: nasycanie.
* elektrochemiczno chemiczne: polerowanie, trawienie, zestalanie chemiczne.
* fizyczne: zestalanie fizyczne, osadzanie, implantowanie jonów.
Przygotowanie powierzchni podłoża przed obróbką powierzchniową: Oczyszczanie powierzchni, usunięcie
zanieczyszczeń zgorzelin i innych produktów korozyjnych, zadziorów, przeszlifowanie przez polerowanie.
Parametry strumienia ściernego:
Kąt nachylenia, kąt rozwarcia strumienia, odległość czyszczonej powierzchni od końca dyszy, średnica dyszy, prędkość ziaren
w strumieniu, prędkość posuwu materiału obrabianego, czas.
Metody chemicznego i elektrochemicznego oczyszczania powierzchni:
odtłuszczanie:
-w rozpuszczalnikach organicznych, najbardziej skuteczne jest odtłuszczanie w parach rozpuszczalnika.
-w roztworach alkaicznych.
-elektrolityczne.
trawienie:
-trawienie chemiczne: polega na zanurzeniu przedmiotu w odpowiednich roztworach kwasów lub alkaliów które reagują z
tlenkami znajdującymi się na powieszeni danego metalu.
-trawienie elektrolityczne: zachodzi w wyniku przepływu prądu elektrycznego. Proces jest prowadzony katodowo luba
anodowo (katodowe: następuje redukcja tlenków metalu za pomocą wydzielającego się wodoru) (anodowe: na powierzchni
metalu zachodzi jego elektrolityczne rozpuszczenie oraz mechaniczne usunięcie tlenków przez wydzielający się tlen)
polerowanie:
-plerowanie chemiczne: polega na selektywnym rozpuszczaniu powierzchni obrabianych elementów.
-polerowanie elektrolityczne: polega na anodowym rozpuszczeniu podłoża w odpowiednio dobranym elektrolicie.
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
Termiczne oczyszczenie powierzchni: polega na oczyszczaniu powierzchni najczęściej stalowej. Pokryta śladami korozji
i/lub zgorzelin poddaje się działaniu płomienia pochodzącego z palnika gazowego.
Adhezja - zjawisko silnego i trwałego łączenia się warstw powierzchniowych dwóch różnych ciał doprowadzonych do
zetknięcia. Przyczyną adhezji jest występowanie sił pomiędzy cząsteczkami stykających się ciał.
Nadtapianie - wygładzanie powierzchni tworzywa, uszczelnianie powłoki metalowej lub niemetalowej lub uzyskanie
struktury amorficznej warstwy nadtopionej o innych niż rdzeń właściwościach fizycznych i chemicznych.
Natapianie - wykorzystanie grzania laserowego elektronowego lub elektroiskrowego w celu naniesienia powłoki metalu (np:
Al, Ni), stopów metali (Cr. Ni), związków metali, ceramiki lub cermetali na powierzchnie metalu lub stopu o właściwościach
innych od właściwości materiału podłoża.
Napawanie – odmiana natapiania realizowana przy użyciu palników spawalniczych dla pokrycia metalu stopu warstwą spoiwa
w celu uzyskania powłoki o własnościach:
*zbliżonych do właściwość materiału rdzenia(uzupełnienie metalu zużytych części – regeneracja)
*różnych (podwyższanie trwałości eksploatacyjnych)
Powlekanie zanurzeniowe: do roztopionego metalu powłokowego zanurza się przedmiot obrabiany, jego temperatura
topnienia musi być wyższa niż temperatura materiału powlekającego.
Cynowanie – cyna i jej związki nie są toksyczne i dlatego powłoki cynowe znalazły szeroki zastosowanie w przemyśle
spożywczym w postaci białej blachy na puszki konserwowe oraz jako pokrycia artykułów gospodarstwa domowego, mających
kontakt z żywnością.
Osadzanie elektrolityczne (galwaniczne)- umożliwia otrzymanie powłoki z metalu lub stopu w wyniku redukcji; prądem
elektrycznym jonów metalu powłokowego z roztworu elektrolitów,
--otrzymane powłoki mogą być jednowarstwowe (0.3 +– 300 um) lub wielowarstwowe.
–Najczęściej stosuje się chromowanie, niklowanie, miedziowanie, srebrzenie, złocenie.
Charakterystyczne właściwości technologiczne kąpieli galwanicznych
* wgłębność kąpieli, * zdolność krycia, * mikrowygładzenie
Techniki elektronowe: służą głównie do hartowania bardzo cienkich warstw a także wyżarzania, odpuszczania, oczyszczania
i odgazowania obrabianych powierzchni
Sposoby doprowadzenia wiązki elektronów do powierzchni:
* ciągły
* impulsowy
Wiązki elektronowe pod względem geometrii dzielimy na punktowe, liniowe, pierścieniowe, powierzchniowe.
Praktyczne zastosowanie:
* hartowanie powierzchniowe
* nadtapianie
* utwardzanie detonacyjne
Zalety: czystość obróbki, precyzyjne komputerowe sterowanie wiązką, możliwość obrabiania fragmentów powierzchni
przedmiotów o skomplikowanych kształtach, duża wydajność.
Techniki laserowe - źródłem energii cieplnej jest strumień promieniowania świetlnego uporządkowany w czasie i przestrzeni
emitowane w sposób ciągły lub w postaci bardzo krótkich impulsów.
Obróbkę tą stosuje się głównie do zwiększania twardości narzędzi i części maszyn poprzez realizacje następujących
grup technologii.
* technologia bez topienia powierzchni obrabianego przedmiotu:
- oczyszczanie powierzchni
- hartowanie powierzchniowe
- odwrotna przemiana martenzytyczna
- wyżarzanie
* technologia z przetopieniem się powierzchni przedmiotu:
- hartowanie przetopieniowe
- natapianie
- nadtapianie (tzw szkliwienie)
- utwardzanie udarowe (detonacyjne)
* technologia z odparowaniem powierzchni obrabianego przedmiotu
Implantacja jonów - proces wprowadzania do ciała stałego ciał obcych dla tego ciała zjonizowanych atomów. Jony mogą być
implantowane do ciała stałego w sposób ciągły i impulsowy.
- E –
Etapy cienkich foli :
1.
wycinanie próbki z materiału
2.
wycinanie krążka o średnicy 3 mm
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
3.
szlifowanie próbki – do ok. 100 um
4.
ś
cieranie – do 20 – 30 um
5.
ś
cienianie jonowe
6.
końcowe polerowanie elektroniczne lub jonowe
Badania na mikroskopie transmisyjnym
1.
w polu jasnym
2.
w polu ciemny
3.
badania dyfrakcyjne
Scratch test
- W metodzie tej diamentowy wgłębnik (Rockwell) przemieszcza się po powierzchni badanej próbki
ze stałą prędkością przy ciągle wzrastającej sile obciążającej (rys.
5.102). Diamentowe ostrze podczas zarysowania
wykonuje pracę tarcia,
Kolotest
- polega na pomiarze charakterystycznych wielkości krateru utworzonego na powierzchni badanej próbki z
powłoką. Do utworzenia krateru wykorzystuje się obracającą się kulkę stalową o średnicy 15 mm. Pomiędzy obracającą się
kulkę a powierzchnię próbki dostarcza się zawiesinę diamentu.
Elektrony wtórne
- są wybijane przez elektrony padające na próbkę i doznają przez to straty cześci swojej energi.
- elektrony wtórne pochodzą ze słabo związanych z jadrem zew powłok elektronowych atomów próbki.
- e wtórne są jednym z sygnałów wykorzystywanych do tworzenia obrazu topografi pow probki w mikroskopie skaningowym.
Mikroanaliza rentgenowska :
1.
jakościowa
2.
ilosciowa
3.
powierchniowe rozmieszczenie pierwiastków
4.
liniowe rozmieszczenie pierwiastków
Ś
cienianie jonowe - polega na bombardowaniu pow próbki wiązka zjonizowanego gazu
CHARAKTERYSTYKA PODSTAWOWYCH GRUP MAT. INŻ.:
Materiały inżynierskie: nie występujące w naturze lecz wymagające zastosowania złożonych procesów wytwórczych do ich
przystosowania do potrzeb technicznych. Zaliczamy do nich: Metale i ich stopy (charakteryzują się wiązaniem metalicznym,
mają dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, dodatni temp. wspł. rezystywności, połysk metaliczny, plastyczność) ;
Polimery (nazywane są tworzywami sztucznymi lub plastikami są materiałami organicznymi złożonymi ze związków węgla.
Charakteryzują się małą gęstością izolacyjnymi własnościami cieplnymi i elektrycznymi, słabo odbijają światło) ; Materiały
ceramiczne (ceramikę stanowią materiały nieorganiczne o jonowych i kowalencyjnych wiązaniach międzyatomowych,
wytwarzane zwykle w wysokotemperaturowych procesach związanych z przebiegiem nieodwracalnych reakcji) ; Kompozyty
(są połączeniami dwóch lub więcej odrębnych i nierozpuszczających się w sobie faz, z których każda odpowiada innemu
podstawowemu materiałowi inżynierskiemu zapewniającymi lepszy zespół własności i cech strukturalnych).
ELEMENTY I FAZY PROJEKTOWANIA INŻ.: pierwsza faza dotyczy wzornictwa przemysłowego związanego z
ogólnym opisem funkcji produktu oraz opracowaniem ogólnej jego koncepcji. Następne fazy obejmują projektowanie
inżynierskie i kolejno przygotowanie produkcji. W projektowaniu inżynierskim można wyróżnić projektowanie systemu
wytwarzania oraz projektowanie produktów. Projektowanie produktu łączy w sobie 3 ważne elementy: Projektowanie
konstrukcyjne (którego celem jest opracowanie kształtu cech geometrycznych produktów zaspokajających ludzkie potrzeby) ;
Projektowanie materiałowe ( w celu zagwarantowania wymaganej trwałości produktu lub jego elementów wytworzonych z
materiałów inżynierskich o wymaganych własnościach fizykochemicznych i technologicznych); Projektowanie
technologiczne (umożliwia nadanie wymaganych cech geometrycznych i własności poszczególnym elementom produktu a
także ich prawidłowe współdziałanie po zmontowaniu).
CZYNNIKI DECYDUJĄCE O DOBORZE MATERIAŁÓW INŻ.: wymagania funkcjonalne i ograniczenia, własności
mechaniczne, kształt, możliwość wykonania, odporność na korozję i degradację, stabilność, względy estetyczne, kryteria
ekonomiczne i koniunkturalne, jakość i nowoczesność materiału, cena, dostępność
DOBÓR MAT. INŻ. ZAMIENNYCH DLA ISTNIEJĄCYCH PRODUKTÓW: dla dokonania zmiany w istniejącym
produkcie należy kolejno: scharakteryzować obecnie stosowany materiał inż. w danej postaci ; określić, które z własności
muszą być poprawione dla rozszerzenia funkcji użytkowych produktu ; poszukać alternatywnych materiałów inż. i procesów
technologicznych, wykorzystując metodę przeglądu zalet ; zestawić krótki wykaz materiałów inż. i odpowiadającym im
procesów technologicznych ; rozwinąć wyniki osiągnięte w poprzednim kroku i wskazać materiał inżynierski zamienny,
określając jego krytyczne własności.
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
DOBÓR MAT. INŻ. DLA NOWYCH PRODUKTÓW: należy zdefiniować funkcje użytkowe, jakie musi spełniać produkt i
opisać je wymaganymi własnościami ; określić wymagania dotyczące wytwarzania podając liczbę koniecznych elementów ;
porównać wymagane własności i parametry z obszernymi bazami danych materiałowych ; zbadać bardziej szczegółowo
wstępnie wytypowany materiał inżynierski pochodzący z dostaw handlowych i zastosowany w danym produkcie ; uzupełnić
dane projektowe ustalając najmniejszą liczbę własności opisujących dany materiał inżynierski.
PRZYKŁADY KOMPUTEROWEGO WSPOMAGANIA PROJEKTOWANIA MATERIAŁOWEGO:
Dostępne są obszerne bazy danych zarówno w sieci Internet jak również na dyskach CD. Zwykle są to bazy umożliwiające
uzyskanie informacji o wybranej grupie materiałów inż. w formie raportu. Taka baza danych spełnia zatem wymagania
katalogu danej grupy materiałów inż. Przykładem może być program komputerowy „Materiale Selektor”, w tym programie
można dokonać wyboru materiałów inż. przy użyciu map własności. Innym przykładem może być „Leksykon
materiałoznawstwa” zadaniem użytkownika tego systemu jest określenie kryteriów jakie powinien spełniać materiał. Kryteria
te obejmują zarówno własności, skład , możliwe do zastosowania metody obróbki materiału, postać półproduktu itp.
CZYNNIKI FUNKCJONALNE W PROJEKTOWANIU INŻ.:
1.Specyfikacja parametrów użytkowych (określenie potrzeb, ustalenie ryzyka i konsekwencje jego wymagań, konsekwencje
zawyżonych wymagań)
2.Elementy projektowania (podejście probabilistyczne, uwzględnianie naprężeń lub obciążeń, ograniczenia wymiarów,
trudne warunki pracy, niezawodność, łatwość konserwacji, dostępność, skala produkcji, analiza wartości)
3.Przeprojektowanie (analiza projektu, uproszczenia i normalizacja, alternatywne rozwiązania funkcjonalne).
CZYNNIKI MATERIAŁOWE DECYDUJĄCE O DOBORZE PROCESÓW WYTWARZANIA PRODUKTÓW:
do tych czynników zaliczamy: rodzaj i skład chemiczny materiału inż.(rodzaj stopu, materiału polimerowego, ceramicznego
lub kompozytowego), postać materiału inż. (pręt rura drut itp.), wielkość, stan obróbki cieplnej, anizotropię własności
mechanicznych, obróbkę powierzchniową, jakość, wielkość produkcji, technologiczność, przydatność do recyklingu, koszt
materiału inżynierskiego.
CZYNNIKI UWZGLĘDNIANE W PROJEKTOWANIU MATERIAŁOWYM:
Własności fizyczne (struktura krystaliczna, gęstość, temp. topnienia, lepkość, porowatość, przepuszczalność, przeźroczystość)
; Własności elektryczne (przewodność, stała dielektryczna, natężenie koercji) ; Własności jądrowe (okres półrozpadu, przekrój
poprzeczny, stabilność) ; Własności cieplne (przewodnictwo, pojemność cieplna, emisyjność, absorpcyjność, ogniotrwałość) ;
Własności mechaniczne (twardość, moduł sprężystości, współczynnik Poissona, krzywa naprężenie/ odkształcenie,
wytrzymałość, własności zmęczeniowe, wykruszanie się, oddziaływanie balistyczne, odporność na kruche pękanie, pełzanie,
naprężenie do zerwania, współczynnik drgań, własności cierne) ; Własności chemiczne (pozycja w szeregu napięciowym,
korozja i degradacja, utlenianie, stabilność cieplna, biologiczna, korozja naprężeniowa, kruchość wodorowa) ; Własności
technologiczne (lejność, obrabialność cieplna, hartowność, odkształcalność, skrawalność, spawalność)
EKOLOGICZNE UWARUNKOWANIA OBRÓBKI CIEPLNEJ:
dzięki operacjom obróbki cieplnej przy relatywnie małym zużyciu zasobów można kształtować własności materiałów tak
by wytwarzane z nich produkty były oszczędne ze względu zarówno na masę zużytych na nie materiałów metalowych
jak i trwałość wytwarzanych z nich produktów lub ich elementów. Podstawowe działania proekologiczne w zakresie
obróbki cieplnej dotyczą także stosowania urządzeń emitujących do atmosfery ograniczonej ilości pyłów, gazów
cieplarnianych, gazów degradujących powłokę ozonową oraz szkodliwe dla ludzi flory i fauny. Starannie należy
wyselekcjonować nieszkodliwe dla środowiska chłodziwa hartownicze i środki myjące.
Z czego zrobić koło zębate i jaką technologię zastosować: koło zębate wykonane jest zer stali niskostopowej o niskiej
zawartości węgla ok. 0,15%. Technologią jest nawęglanie częściej azotowanie, odpuszczanie.