wydanie trzecie poprawione

RODZAJE WIĄZAŃ CHEMICZNYCH.

•

Jonowe

•

Kowalencyjne

•

Koordynacyjne

•

Wodorowe

•

Metaliczne

•

Van der Waalsa

CHARAKTERYSTYKA WIĄZAŃ JONOWYCH.

Wiązanie tego typu spowodowane jest dążeniem różnych atomów do tworzenia trwałych 8-

elektronowych konfiguracji na powłoce walencyjnej poprzez uwspólnieniu elektronów. Przykładem

takiego wiązania jest cząsteczka NaCl, w której atom sodu, mający na zewnętrznej orbicie 1 elektron,

oddaje go atomowi chloru, stając się jonem dodatnim. Atom chloru, który ma na zewnętrznej orbicie

7 elektronów, dołączając jeden elektron staje się jonem ujemnym. Wytworzona cząsteczka jest

elektrycznie obojętna, ale jest dipolem (ma zaznaczone bieguny elektryczne), co umożliwia jej

łączenie się z innymi cząsteczkami, a więc utworzenie kryształu. Kryształy takie, zwane jonowymi,

cechuje duża wytrzymałość i twardość oraz wysoka temperatura topnienia, a także wykazują one

tendencję do łupliwości wzdłuż określonych płaszczyzn krystalograficznych. (CERAMIKA)

CHARAKTERYSTYKA WIĄZAŃ KOWALENCYJNYCH.

Polegają na uwspólnieniu jednej lub kilku par elektronów. Jest wiązaniem bardzo silnym, występuje

w dwuatomowych cząsteczkach gazów (wodór, chlor, azot, tlen, jod)lub ciałach stałych, np. diament i

krzem (4 grupa w układzie okresowym).Kryształy są bardo trwałe i cechują się na ogół wysoką

temperaturą topnienia i dużą wytrzymałością mechaniczną. Nie przewodzą prądu elektrycznego lub

mają własności półprzewodnikowe. (DIAMENT)

CHARAKTERYSTYKA WIĄZAŃ METALICZNYCH.

Występuje w metalach. Dodatnie jony metalu obsadzają położenia węzłowe sieci krystalicznej,

natomiast elektrony walencyjne przemieszczają się swobodnie po ich orbitach tworząc gaz

elektronowy. Cechy: dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, plastyczność, metaliczny połysk. W

ceramice nie ma wolnych elektronów, które przewodziłyby prąd. Czysty diament również nie

przewodzi prądu.

CHARAKTERYSTYKA WIĄZAŃ VAN DER WAALSA.

Na skutek nierównomiernego rozkładu ładunków w chmurach elektronowych powstają chwilowe

dipole, które z kolei indukują dipole w sąsiednich atomach. Wynikiem tego jest działanie bardzo

słabych sił międzyatomowych, zwanych siłami van der Waalsa. Siły te powodują skraplanie gazów

szlachetnych, ale pewną rolę ogrywają również przy tworzeniu kryształów jonowych. Wiązania van

der Waalsa występują często obok wiązań atomowych, łącząc cząsteczki, które powstają za pomocą

atomowego, w skondensowane stany skupienia. (np. TWORZYWA SZTUCZNE)

POJĘCIE POLIMORFIZMU.ODMIANY ALOTROPOWE ŻELAZA.

POLIMORFIZM (wielostrukturowość) – zdolność występowania jednego pierwiastka lub związku w
kilku odmianach krystalograficznych. Częsty w ceramice, rzadziej w metalach.

Żelazo występuje w czterech odmianach alotropowych:

•

żelazo α (ferryt) - trwałe do temperatury Curie (768 °C), ferromagnetyk, sieć krystaliczna:
układ regularny wewnętrznie centrowany (bcc) typu A

(komórka elementarna 2,86 Å)

•

żelazo β - trwałe w zakresie 768–910 °C, paramagnetyk, sieć krystaliczna: bcc typu A

(2,90 Å)

•

żelazo γ - trwałe w zakresie 910–1 400 °C, sieć krystaliczna: układ regularny ściennie
centrowany (fcc) typu A

(3,64 Å)

•

żelazo δ - trwałe od 1 400 do 1 535 °C (temperatura topnienia), sieć krystaliczna: bcc typu A

(2,93 Å)

RODZAJE DEFEKTÓW W KRYSZTAŁACHI ICH WPŁYW NA WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW.

•

Punktowe

•

Liniowe

•

Powierzchniowe

•

Przestrzenne

-Defekty różnoimienne przyciągają się, a jednoimienne odpychają się.
-Dyslokacje krawędziowe – osłabiają właściwości mechaniczne materiału
-dyslokacje śrubowe – wpływają na osłabienie kryształu
- defekty liniowe mogą się powielać
-obecność dyslokacji obniża odporność materiału idealnego, ale im więcej ich jest tym odporność jest
większa

DEFEKTY PUNKTOWE. ZNIEKSZTAŁCENIE SIECI PRZEZ ATOMY SUBSTYTUCYJNE.

Defekty punktowe można podzielić na:

Wakancje – (zwane w odniesieniu kryształów jonowych defektami Schottky’ego) – powstają
one w wyniku nieobsadzenia węzła sieci kryształu przez atom

Atomy międzywęzłowe, które cechują się tym, że w sieci krystalicznej zbudowanej z
identycznych atomów (lub o zbliżonych średnicach) jeden z nich znajduje się między węzłami
sieci kryształu, powodując przesunięcie sąsiednich atomów z ich położeń równowagi -
defekty tego rodzaju w odniesieniu do kryształów jonowych zwane są defektami Frenkla

Atomy domieszek w położeniach międzywęzłowych, czyli lukach; są to atomy o średnicach
atomowych znacznie mniejszych od atomów osnowy

Defekty złożone, np. atom domieszki związany z wakancją, podwójna wakancja lub skupisko
większej liczby wakancji.

a) wakans,
b)(obcy) atom międzywęzłowy,
c) mały atom domieszki,
d) duży atom domieszki,
e) defekt Frenkela, (f) Defekt Schottky’ego.

•

Wakans

-Wakans: brak atomu w węźle sieci krystalicznej.
-Powoduje odkształcenie sieci krystalicznej w najbliższym otoczeniu wakansu.
-Powoduje zmniejszenie gęstości kryształu.

A)Wpływ defektów punktowych na właściwości fizyczne kryształów.
Defekty mogą wpłynąć w dwojaki sposób na przewodnictwo elektryczne:
I. mogą zmniejszyć przewodnictwo metalu (zwiększyć jego opór)
II mogą zwiększyć przewodnictwo:
1. mogą zwiększyć przewodnictwo elektronowe (w
półprzewodnikach, czyli materiałach kowalencyjnych);
2. mogą zwiększyć przewodnictwo jonowe (w materiałach jonowych);
B) Kolor wynikający z istnienia domieszek
Domieszki absorbują (i emitują) światło o innej długości fali niż
idealna substancja krystaliczna. Wskutek tego domieszki mogą
zmienić kolor kryształu.

DEFEKTY LINIOWE. NARYSOWAĆ SCHEMAT DYSLOKACJI KRAWĘDZIOWEJ.

Defektami liniowymi nazywa się zakłócenia budowy krystalicznej, które w jednym kierunku mają

wymiar kilku odległości atomowych, a w drugim — całego ziarna lub znacznej jego części. Rozróżnia

się dwa zasadnicze rodzaje defektów liniowych: dyslokację krawędziową i dyslokację śrubową.

Dyslokację krawędziową wywołuje obecność w przestrzennej sieci krystaliczne

dodatkowej półpłaszczyzny obsadzonej atomami (zw. ekstrapłaszczyzną), które krawędź stanowi

dowolna linia brzegowa, nazywana linią dyslokacji. Wokół dyslokacji krawędziowej występuje

jednocześnie postaciowe i objętościowe odkształcenie kryształu. Dyslokacje krawędziowe

charakteryzują się określonymi własnościami dynamicznymi, m.in. mają możliwość poruszania się w

płaszczyźnie poślizgu pod wpływem naprężeń wewnętrznych lub zewnętrznych, w wyniku czego

następuje poślizg części kryształu wzdłuż określonej płaszczyzny sieciowej.

Dyslokacja śrubowa wyznacza granicę między przesuniętą i nieprzesuniętą częścią kryształu. Granica
ta przebiega równolegle do kierunku poślizgu a nie prostopadle, jak to ma miejsce w przypadku
dyslokacji krawędziowej. Dyslokację śrubową najlepiej wyjaśnić na perspektywicznym modelu
fragmentu kryształu, którego jedna część jest przesunięta względem drugiej o jedną odległość
atomową. W wyniku tego przesunięcia poszczególne płaszczyzny atomowe przekształcają się w
powierzchnie śrubowe. Podobnie jak dyslokacje krawędziowe, dyslokacje śrubowe mogą

przemieszczać się przy małych naprężeniach stycznych, jeśli w płaszczyźnie poślizgu nie ma przeszkód

hamujących ich ruch. W przypadku obecności takich przeszkód (np. obcych atomów), naprężenie

potrzebne do uruchomienia dyslokacji jest tym większe, im mniejsza jest odległość między sąsiednimi

przeszkodami. Zjawisko to ma oczywisty wpływ na własności wytrzymałościowe stopów. Równoległe

dyslokacje śrubowe jednoimienne odpychają się, różnoimienne — przyciągają. Te ostatnie mogą się

także w określonych przypadkach anihilować. Dyslokacjom śrubowym nie towarzyszy objętościowe

odkształcenie kryształu. Dlatego wokół nich nie występuje wybiorcze rozmieszczenie atomów obcych

pierwiastków. Proste typy dyslokacji występują w sieci krystalicznej rzadko.

•

Krawędziowe – oś dyslokacji prostopadła, osłabiają właściwości mechaniczne materiału

•

Śrubowe – wpływają na osłabienie kryształu

(a) idealny kryształ (b) i (c) kryształ „przecinamy” do
połowy i „wstawiamy” dodatkową płaszczyznę sieciową.

WEKTOR BURGERS’A- leży w płaszczyźnie prostopadłej dyslokacji krawędziowej, równolegle w
dyslokacji śrubowej

PĘTLA DYSLOKACJI – połączenie dyslokacji.

10.

DEFEKTY LINIOWE. NARYSOWAĆ SCHEMAT DYSLOKACJI ŚRUBOWEJ.

(a) idealny kryształ (b) i (c) kryształ „przecinamy” do połowy i na jedną jego część działamy siłą
równoległą do przecięcia, tak że ją „przesuwamy” względem drugiej o jedną stałą sieci. Płaszczyzny
sieciowe tworzą powierzchnie śruby.

11.

DEFEKTY POWIERZCHNIOWE I ICH ZNACZENIE.

Do tego rodzaju defektów zalicza się dwuwymiarowe defekty struktury krystalicznej, jak: granice
ziarn, granice międzyfazowe, błędy ułożenia i granice domen antyfrazowych. Do najważniejszych
należą granice ziarn.

Granica ziarn – wewnętrzna powierzchnia graniczna oddzielająca dwa kryształy o takim
samym składzie chemicznym, różniące się tylko orientacją krystalograficzną. Na skutek
różnicy orientacji stykających się ziarn występuje strefa atomowego niedopasowania,
w której atomy SA przesunięte z idealnych węzłów w sieci, a tym samym zostaje zakłócona
na tym obszarze periodyczna budowa kryształu i energia tego obszaru jest większa. W granicy
atomy są ułożone mniej gęsto niż z dala od granicy. Stopień atomowego niedopasowania
zależy od typu granicy i kąta dezorientacji.

•

Granice wąskokątne – osłabiają materiał

•

Granice szerokokątne – granice między ziarnami w materiale polikrystalicznym

Właściwości materiału rosną, granice umacniają materiał.

Granica międzyfazowa – powierzchnia graniczna oddzielająca kryształy różniące się składem
chemicznym i należące do różnych faz

12. ŹRÓDŁO DYSLOKACJI FRANKA-READA.
Metod zwiększania liczby defektów sieciowych w metalach i stopach jest wiele. Jedną z
najczęściej stosowanych jest odkształcanie metalu na zimno, czyli jego zgniot, drugą —
tworzenie stopów, czyli tworzyw metalicznych uzyskiwanych najczęściej przez stopienie dwu
lub więcej metali lub metalu z niemetalami. Powstawanie dyslokacji podczas odkształcania na
zimno odkryli niezależnie od siebie uczeni Frank i Read, stąd źródła powstawania tych
dyslokacji nazwane zostały źródłami Franka-Reada. Według ich teorii potwierdzonej
doświadczeniem przyjmuje się, że w metalu nieodkształconym istnieje przestrzenny układ
dyslokacji, czym niektóre z nich są w pewnych miejscach unieruchomione. Istnienie takich -
unieruchomionych w dwóch punktach dyslokacji jest oczywiście możliwe również w
płaszczyźnie poślizgu, tzn. w płaszczyźnie, w której następuje przesunięcie-się jednej części
kryształu względem drugiej (będącej zwykle płaszczyzną najgęściej obsadzoną atomami).

13.WZAJEMNE ODDZIAŁYWANIA DEFEKTÓW SIECI – ZNACZENIE.
Defekty sieci wzajemnie oddziałują na siebie w wyniku oddziaływania pól naprężeń. Jeśli naprężenia
wywołane są przez defekty tego samego znaku, następuje ich odpychanie, natomiast w przypadku,
gdy naprężenia są przeciwnych znaków, następuje przyciąganie defektów. Przykładem może być
działanie siły przyciągania między wakancją i atomem międzywęzłowym, a po ich spotkaniu
anihilacja. Na tej zasadzie następuje również przyciąganie wakancji do dyslokacji krawędziowej, co

umożliwia jej wspinanie. Dyslokacje krawędziowe tego samego znaku znajdujące się na jednej
płaszczyźnie poślizgu odpychają się (stanowi to jeden z elementów umocnienia).
14. KRYSTALIZACJA. ENERGETYCZNE WARUNKI PRZEMIAN FAZOWYCH.
Metale mogą występować w różnych stanach skupienia: stałym, ciekłym lub gazowym.
Przechodzenie od stałego stanu do ciekłego jest wywołane przez przemianę fazową I rodzaju,
tzn. że zachodzi ona z wydzieleniem lub pochłonięciem utajonego ciepła przemiany. Podczas
chłodzenia fazy ciekłej mamy do czynienia z krzepnięciem, gdy faza ciekła przechodzi w fazę stałą.
Gdy faza stała tworzy się z fazy ciekłej lub gazowej następuje zestalanie. Przy umiarkowanym
chłodzeniu krzepnięcie polega na krystalizacji, ponieważ faza stała ma budowę krystaliczną, a przy
bardzo szybkim chłodzeniu może zachodzić morfizacja, ponieważ przy zestalaniu niektórych stopów
może powstać struktura amorficzna (bezpostaciowa).

W stanie stałym atomy utrzymują się w stałych, niezmiennych położeniach, wykonując tylko
drgania dookoła położeń równowagi – występuje uporządkowanie dalekiego zasięgu.

W stanie ciekłym występuje prawidłowe rozmieszczenie atomów do pewnego stopnia. Może
występować wyraźne uporządkowanie bliskiego zasięgu.

W stanie gazowym można przyjąć, że siły przyciągania nie istnieją i ruch atom ów jest
chaotyczny.

15.OPISAĆ KRZYWĄ CHŁODZENIA MATERIAŁU KRYSTALICZNEGO. ZNACZENIE PRZECHŁODZENIA.

ANALIZA TERMICZNA – eksperymentalne ustalenie przebiegu krzywej chłodzenia lub nagrzewania.
Krzywa podaje jak zmienia się temperatura chłodzonego lub nagrzewanego metalu w zależności od
czasu. Wszelkim zmianom stanu skupienia towarzyszą efekty cieplne w postaci wydzielania lub
pochłaniania dodatkowych ilości ciepła, co znajduje odbicie w przebiegu krzywej chłodzenia lub
nagrzewania. Jeżeli metal w czasie chłodzenia krzepnie, to przy temperaturze krzepnięcia wystąpi na
krzywej ostygania poziomy odcinek stałej temperatury. Dalsze opadanie temperatury następuje
dopiero po całkowitym zakrzepnięciu metalu.
16. WYJAŚNIĆ POJĘCIE KRYTYCZNEGO ZARODKA KRYSTALIZACJI. OD CZEGO ZALEŻY WIELKOŚĆ
ZARODKA KRYTYCZNEGO?
Zarodki krystalizacji – kilkusetatomowe skupiska fazy stałej, o typowej dla niej strukturze
krystalicznej, powstałe wewnątrz fazy ciekłej, które rozrastając się powodują stopniowo
przechodzenie fazy ciekłej w fazę stałą.
Zarodki mają kształt kulisty o promieniu r. Swobodna energia powierzchniowa =

- wartość energii zależąca tylko od objętości, która ulega przemianie

– wartość energii zależy od powierzchni nowo utworzonych zarodków

Δ 4

Z rysunku wynika, że rzędne obydwóch członów równania są równe co do bezwzględnej wielkości,
lecz są przeciwnego znaku przy r=r

i wtedy

ΔF=0. Na krzywej wypadkowej występuje maksimum

przy promieniu zarodka równym r

. Promień ten nazywamy krytycznym . Wynika z tego, że jeśli

zarodek ma promień mniejszy od r

, to rozrost takiego zarodka jest związany ze wzrostem energii

swobodnej układu i zarodek jest nietrwały. Również zarodek o promieniu równym r

jest nietrwały,

gdyż nie tylko jego dalszy rozrost, ale i zmniejszenie się są związane z obniżeniem energii swobodnej
układu. Promień zarodka krytycznego jest odwrotnie proporcjonalny do przechłodzenia.
17. WPŁYW PRZECHŁODZENIA NA ZARODKOWANIE  I WZROST KRYSZTAŁÓW.
Wielkość  i kształt ziarn powstających w czasie krystalizacji pierwotnej zależą od warunków w jakich
przebiegało krzepnięcie. Główne czynniki wpływające na przebieg krystalizacji:

Maksymalna temperatura nagrzania ciekłego metalu przed odlewaniem i czas wygrzania w
tej temperaturze

Temperatura ciekłego metalu podczas odlewania

Sposób odlewania (bezpośrednie, syfonowe, kierunek strugi metalu, szybkość napełniania
wlewnicy

Szybkość chłodzenia, zależna od materiału i grubości ścianek formy, jej temperatury oraz
ewentualnych urządzeń służących do przyspieszenia lub zmniejszenia szybkości chłodzenia

Jakość metalu, a w szczególności jego stopień zanieczyszczenia wtrąceniami niemetalicznymi

Kryształy rosną szybciej w kierunku odprowadzania ciepła, tj. prostopadle do ścian wlewnicy
– w wyniku tworzą się kryształy metali mające postać zbliżoną do gałęzi choiny (dendryty)

Wraz ze wzrostem przechłodzenia rośnie drobnoziarnistość materiału.

18. TECHNICZNE ZASTOSOWANIE TEORII KRYSTALIZACJI.

Im większe przechłodzenie tym bardziej drobnoziarnista struktura

Metody hodowania monokryształów

Budowa wlewka

Topnienie strefowe

Wiskersy – specjalnie wyhodowane monokryształy. Zawiera tylko jedną dyslokacje
śrubową równoległą do jego osi. Cechuje się wysoką wytrzymałością, zbliżoną do
teoretycznej.

19. BUDOWA KRYSTALICZNA WLEWKÓW.

PRZEKRÓJ PROSTOPADŁY DO OSI WLEWKA

-Strefa kryształów zamrożonych (wlewnice są stalowe i po zetknięciu z gorącego stopu z zimnym
metalem w wyniku, czego struktura jest drobnoziarnista)
- Strefa kryształów słupkowych (krzepnięcie tej strefy odbywa się przy najmniejszym przechłodzeniu i
bez wyraźnej kierunkowości odprowadzania ciepła)
-Strefa kryształów wolnych(stopień schłodzenia jest niewielki, dlatego struktura jest gruboziarnista)

20. POJĘCIE FAZY I SKŁADNIKA STRUKTURALNEGO. REGUŁA FAZ GIBBSA.
Faza - jest to jednorodna część układu oddzielona od innych jego części (faz) powierzchnią rozdziału,
czyli granicą fazy, po przekroczeniu której własności fizyczne czy też struktura zmieniają się w sposób
nieciągły.
Składnik strukturalny - nazywa się substancje tworzące dany układ. Dla przykładu czysty metal
tworzy układ jednoskładnikowy, stop dwóch metali — układ dwuskładnikowy itd. Fazy
międzymetaliczne uważa się także za składniki, jeśli w rozpatrywanym zakresie temperatury nie
rozkładają się na pierwiastki składowe.
Reguła faz Gibbsa - zależność obowiązująca dla każdego układu będącego w równowadze
termodynamicznej, łącząca liczbę faz w układzie, liczbę składników niezależnych oraz liczbę stopni
swobody:

•

s - liczba stopni swobody, czyli liczba zmiennych intensywnych, które można zmieniać bez
jakościowej zmiany układu (bez zmiany liczby faz w równowadze)

•

α - liczba niezależnych składników, a więc takich, które nie dają się określić za pomocą
zależności chemicznych poprzez stężenia innych składników (niezależnych).

•

β - liczba faz, a więc postaci materii jednorodnej chemicznie i fizycznie (np. roztwór, faza
gazowa, kryształy o określonym składzie)

21. POJĘCIE I WŁASNOŚCI STOPÓW.
Stop – tworzywo metaliczne składające się z metalu stanowiącego osnowę, do którego
wprowadzono przynajmniej jeden pierwiastek zwany stopowym.

Własności wytrzymałościowe stopów są z reguły większe, a plastyczne mniejsze od
podstawowego metalu

Przewodnictwo cieplne i elektryczne oraz często odporność korozyjna stopów są mniejsze

Poprzez odpowiedni dobór składu można nadać stopom pożądane własności, np.
antykorozyjne, żaroodporne, magnetyczne

Własności stopów zależą od rodzaju występujących w nim faz, ich stosunków ilościowych,
kształtu oraz stopnia dyspersji i z reguły wytrzymałość zwiększa się ze wzrostem
rozdrobnienia

22. RODZAJE FAZ WYSTĘPUJĄCYCH W UKŁADACH. CHARAKTERYSTYKA ROZTWORÓW STAŁYCH.
a)fazy międzymetaliczne
b)fazy elektronowe
c)fazy międzywęzłowe
Roztwory stałe

W stanie stałym występuje zjawisko wzajemnej rozpuszczalności metali

Jeżeli dwa metale rozpuszczają się wzajemnie w stanie stałym, to przy krzepnięciu powstają
kryształy roztworu stałego

Stopy takich metali mają przy obserwacji mikroskopowej budowę jednorodną złożoną z
kryształów tego samego rodzaju, posiadający jednakowy typ sieci przestrzennej

W przypadku, gdy jeden z metali występuje w ilościach przekraczających jego graniczną
rozpuszczalność w drugim metalu, wówczas oprócz roztworu stałego pojawi się jeszcze druga
faza

Istnieją również metale całkowicie nie rozpuszczające się w sobie w stanie stałym – po
zakrzepnięciu będą mieszaniną kryształów obu tych metali

23. CZYNNIKI WARUNKUJĄCE TWORZENIE SIĘ ROZTWORÓW STAŁYCH.

Czynnik struktury krystalicznej (oba składniki tworzące roztwór muszą krystalizować w tym
samym typie sieci przestrzennej)

Czynnik wielkości atomu (im bardziej porównywalne są średnice atomowe składników
tworzących roztwór tym większa jest ich wzajemna rozpuszczalność)

Czynnik elektrochemiczny (im bliżej położone są względem siebie dwa metale w układzie
periodycznym, tym bardziej zbliżone są one do siebie pod względem charakteru
elektrochemicznego i tym większa jest ich wzajemna rozpuszczalność)

Czynnik wartościowości względnej (roztwory stałe ciągłe mogą tworzyć jedynie te składniki,
które mają jednakową wartościowość

24. RODZAJE FAZ WYSTĘPUJĄCYCH W UKŁADACH. CHARAKTERYSTYKA FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH.
Są połączeniami metali lub metali z niemetalami, mającymi metaliczny lub złożony charakter wiązań
międzyatomowych i metaliczne w związku z tym własności. Podobnie jak związki chemiczne fazy te
mają strukturę sieciową odrębną od tworzących je składników, uporządkowany układ atomów w sieci
przestrzennej oraz inne własności tworzące je pierwiastki. Mają one często zmienny skład ilościowy i
zakres ich egzystencji nie ogranicza się do ściśle określonego wzorem stechiometrycznym stosunku
liczby atomów, jak to ma miejsce w przypadku klasycznych wiązań chemicznych.
25. ZASADA ANALIZY CIEPLNEJ.
Analiza termiczna- analiza polegająca na śledzeniu zmian temperatury układu ogrzewanego lub
studzonego w celu ustalenia składu chemicznego lub przemian fazowych substancji.

26.

WYKRES RÓWNOWAGI UKŁADU IZOMORFICZNEGO. LINIE SOLIDUSU I LIKWIDUSU.

Nieograniczona rozpuszczalność w stanie stałym

Metale, których wzajemna rozpuszczalność zarówno w stanie ciekłym, jak i w stanie stałym jest

nieograniczona, tworzą po stopieniu jednorodny roztwór ciekły, zaś w stanie stałym jednorodne

kryształy roztworu stałego. W celu sporządzenia równowagi fazowej trzeba przeprowadzić analizę

termiczną szeregu stopów o różnym stosunku wagowym obu metali , polegająca na wykreśleniu

krzywych chłodzenia lub nagrzewania. Krzywa 1-2-4-6-8, odpowiadająca początkowi krzepnięcia

stopów, nosi nazwę likwidus, zaś krzywa 1-3-5-7-8, oznaczająca zakończenie krzepnięcia nosi nazwę

solidus. W polu powyżej linii likwidus występuje ciekły roztwór miedzi i niklu. Pomiędzy liniami

likwidus i solidus współistnieją ze sobą dwie fazy, tj. roztwór stały i roztwór ciekły. Poniżej linii solidus

występują tylko kryształy roztworu stałego.

31. POJĘCIA SKŁADNIKÓW FAZOWYCH I SKŁADNIKÓW STRUKTURALNYCH UKŁADU.
MIKROSTRUKTURA STOPU PODEUTEKTYCZNEGO

Składnikami układu nazywa się substancje tworzące dany układ. Dla przykładu czysty metal tworzy
układ jednoskładnikowy, stop dwóch metali — układ dwuskładnikowy itd. Fazy międzymetaliczne
uważa się także za składniki, jeśli w rozpatrywanym zakresie temperatury nie rozkładają się
na pierwiastki składowe.

Składniki fazowe –

, ,

Składniki strukturalne -

, ,

A B

33. WYKRES SAUWEURA. ZNACZENIE

L+

40%E(

)

60%

34.

WPŁYW STRUKTURY NA WŁASNOŚCI MATERIAŁÓW

Struktura materiałów ma wpływ na twardość, granice plastyczności, wydłużenie, moduł sprężystości
oraz na własności fizyczne: magnetyczne, optyczne, elektryczne, chemiczne, cieplne.

Nanostruktura

-defekty

-wiązania

-struktura krystaliczna

Mikrostruktura

-jakie fazy i jak występują

drobnoziarnistość

35. RODZAJE NAPRĘŻEŃ I ODKSZTAŁCEŃ. POJĘCIE MATERIAŁU IDEALNIE SPRĘŻYSTEGO I IDEALNIE
PLASTYCZNEGO
a) idealnie sprężysty

b)idealnie plastyczny

Krytyczne naprężenie styczne – cecha charakterystyczna każdego metalu. Jest to minimalne
naprężenie, styczne do płaszczyzny i kierunku poślizgu, zdolne wywołać ruch dyslokacji. Naprężenie
mniejsze od krytycznego naprężenia stycznego powoduje jedynie sprężyste odkształcenie metalu,
które znika po zdjęciu naprężenia.
Rodzaje naprężeń: naprężenie całkowite, naprężenie normalne, naprężenia styczne
Rodzaje odkształceń: odkształcenia liniowe, odkształcenia kątowe, rozciąganie
Materiał idealnie sprężysty – materiał, w którym wywołane obciążeniem odkształcenia znikają
całkowicie
Materiał idealnie plastyczny- materiał, którego odkształcenia wywołane obciążeniem mają charakter
trwały.
36. ZALEŻNOŚĆ NAPRĘŻEŃ I ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH IDEALNIE SPRĘŻYSTYM I IDEALNIE
PLASTYCZNYM
Moduł Younga (E) - wielkość uzależniająca odkształcenie liniowe ε materiału od naprężenia σ, jakie w
nim występuje w zakresie odkształceń sprężystych.

Moduł ściśliwości (współczynnik ściśliwości) określa odporność na zmianę objętości ciała pod
wpływem zmiany ciśnienia. Formalnie współczynnik ściśliwości można zdefiniować jako:

gdzie:

p – ciśnienie,

V – objętość.

Znak minus pochodzi stąd, że zwiększanie ciśnienia powoduje zmniejszanie objętości ciała i z tego
powodu pochodna jest ujemna. Dla gazu doskonałego współczynnik ściśliwości zależy od ciśnienia.
Zależność ta jest różna dla różnych przemian gazowych.

37. ZALEŻNOŚĆ NAPRĘŻEŃ I ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH RZECZYWISTYCH

38. MECHANIZMY ODKSZTAŁCENIA PLASTYCZNEGO MONOKRYSZTAŁU

Poślizg - Poślizg jest to przesunięcie się jednej części kryształu względem drugiej. Poślizg w

metalach  zachodzi  w  określonych  płaszczyznach  oraz  kierunkach.  Kombinacja  płaszczyzny  poślizgu  i
kierunku  poślizgu  nazywana  jest  system  poślizgu.  Płaszczyzna  poślizgu  przy  odkształcaniu  na  zimno
jest zwykle płaszczyzną kryształu najgęściej obsadzona atomami, a kierunkiem poślizgu - kierunek o
największej  gęstości  atomów.  Elementy  poślizgu  zależą  od  typu  sieci  krystalograficznej  w  jakim
krystalizuje metal.  Metale i  stopy o  podobnej  strukturze  krystalicznej  posiadają takie  samy  systemy

poślizgów;  poślizg  w  krysztale  następuje  wzdłuż  tych  samych  płaszczyzn  i  kierunków.  Im  metal  ma
więcej systemów poślizgu, tym jest plastyczniejszy. Metale, które krystalizują w układzie regularnym
o dużej symetrii i dużej liczbie możliwych płaszczyzn poślizgu są bardzo plastyczne.
Poślizg  następuje  na  skutek  działania  siły  stycznej,  równoległej  do  płaszczyzny  poślizgu.  Minimalne
naprężenie styczne wywołujące poślizg w pojedynczym krysztale nazywa się krytycznym naprężeniem
stycznym.  Naprężenie  styczne  wywołujące  poślizg  zależy  od  orientacji  kryształu.  Najbardziej
korzystną  dla  wywołania  poślizgu  orientacją  płaszczyzny  poślizgu  względem  rozciąganej  osiowo
próbki jest usytuowanie jej pod kątem 45°. Przy takiej orientacji płaszczyzny poślizgu najłatwiej może
zostać przekroczone krytyczne naprężenie styczne.

Metale i stopy mające zastosowanie techniczne są materiałami najczęściej polikrystalicznymi z

chaotyczną orientacją ziarn.

Bliźniakowanie polega na obrocie i przesunięciu części kryształu wzdłuż określonego kierunku w

taki sposób, aby ułożenie atomów w części przesuniętej było lustrzanym odbiciem ułożenia atomów
w części nie przesuniętej. Bliźniakowanie powoduje zmianę orientacji pasma bliźniaczego w stosunku
do  pozostałej  części  kryształu.  Bliźniaki  na  zgładzie  metalograficznym  uwidaczniają  się  jako  pasma
równoległe  o  innym  zaciemnieniu  w  stosunku  do  pozostałej  powierzchni  ziarna.  Jest  to
spowodowane różnym działaniem odczynnika na inaczej zorientowane bliźniaki. Bliźniaki stosunkowo
łatwo  powstają  przy  odkształcaniu  metali  o  sieci  heksagonalnej  (Zn,  Sn,  Mg  i  Cd)  i  ich  stopach.  W
innych metalach ich powstawaniu sprzyja niska temperatura i duża prędkość odkształcania.

39. ODKSZTAŁCENIE MATERIAŁÓW POLIKRYSTALICZNYCH

Zgniot =

∆

naprężeń wsłasnych

struktura

zmiana właściwości

40. REKRYSTALIZACJA METALI
Jest to okres w którym powstają zarodki nowych nieodkształconych ziarn,  które następnie się
rozrastają, podobnie jak podczas krystalizacji z fazy ciekłej. W okresie tym następuje uwolnienie
zmagazynowanej energii.  Jest to spowodowane głównie zanikiem dyslokacji, których gęstość spada
w tym okresie o kilka rzędów wielkości. Wywołuje to zmniejszenie umocnienia, a więc obniżenie
twardości i wytrzymałości i wzrost własności plastycznych.

Proces, który występuje w materiałach odkształconych plastycznie na zimno.

-zmienia się struktura

-zmieniają się właściwości