Wymagania na dobór najlepszego materiału do wyk wyrobu: Eksploatacyjne: zapewnienie wykonanej konstrukcji niezawodności podczas realizacji określ zadań (odpowiednia trwałość tzn.wytrzymałość mechaniczna, odporność na zużycie, odporność na korozję i działanie środowiska, wysokie temp); Technologiczne: konieczność stosow najprostszych procesów technolog wytwarzania, przetwarzania, montażu i demontażu; Ekonomiczne; ekologiczne

Materiały(pojęcie techn): ciała stałe o własn umożliw ich stosow przez człowieka do wytw produktów
Podział mat o znaczeniu techn(pochodzenie): mat naturalne: wymagające jedynie nadania kształtu do techn zastosow (drewno, niektóre kamienie, skały i minerały)
mat inżynierskie: wytw sztucznie z surowców dostępnych w naturze (met i ich stopy, polimery, mat ceramiczne, mat złożone wytw sztucznie)

Podział(stany skupienia):stałe(met i stopy-103 pierw chem w tym 80metali; mat niemet: mat ceramiczne, polimery; mat kompozytowe, półprzewodniki),ciekłe, gazowe, plazma
Podział(przeznaczenie): konstrukcyjne(stosow do budowy urządzeń zwielokrotniających siłę ludzkich mięśni), funkcjonalne(budowa urządzeń zwielokrotniających działanie ludzkiego umysłu)

Stopy metali: żelaza(stale i żeliwa),miedzi(brązy i mosiądze),stopy aluminium(durale i siluminy), stopy niklu i tytanu
Met i ich stopy charakt się: sztywnością, ciągliwością (zdolność do odkst stałych),odporn na obciążenia dynam, dobrym przewodn el i cieplnym, ‘połyskiem metalicznm’
Czyste met mają mała odporność chem i łatwość korozji, niską wytrzymałość, natomiast stopy mają względnie wysoką, a niektóre bardzo wys wytrzym
Stopy szczególnie użyteczne w budowie konstrukcji maszyn przenoszących znaczne obciążenia

Mat ceramiczne -otrzymywane z subst nieorgan-niemet o wysokiej trwałości termicznej, podst składniki: Al₂O₃, SiO₂, MgO, SiC, Si₃N₄ (cer inżynierska, cermetale, cer porowata, szkło, cer szklana)

Wysoka wart	Niska wart
Temp topn, twardość, wytrzym na ściskanie, zdoln do przenosz obc ścisk, kruchość, trwałość chem i termiczna, odporn ogniowa, na erozję w wys temp, mrozoodp,	Masy właściwej, odp na obciąż dynam, rozszerz cieplna, wytrzym na rozciąg, na zginanie, udarnościowa, przewodn cieplne i el, ciągliwość, nasiąkliwość

Do produkcji cer: sur naturalne (gliny, skalanie, kwarc, kaolin), występ w przyrodzie lub otrzym syntez zw chem (tlenki, krzemiany, krzemki, węgliki, siarczki, borki)

Polimery(tworzywa sztuczne,plastyki)-mat organ, złożone ze zw węgla(C,H i inne pierw z prawego górnego rogu ukł okresowego, jak i barwniki, pigmenty, kataliza, napełniaczy, zmiękczazy, antyutl); makrocząsteczki i powst w wyniku połączenia wiąz kowalenc w łańcuchy wielu gr at zwanych monomerami(np.C₂H₄) jednego lub kilku rodzajów

Materiały kompozytowe-połączenie dwóch i więcej odrębnych i nierozpuszcz się w sb faz, z których każda odpow innemu podstawowemu mat inż., zapewn lepszy zespół własn i cech strukt od właściwych dla każdego z mat składowych oddzielnie
Budowa kompozytów: 1)osnowa/lepiszcze(faza,w której rozłożone są składniki wzmacniejące)[mat plast lub twardy,przenosi zewn naprężenia, decyduje o własn ciepln i chem,utrzym wzmocni w określonym składzie, wypełn objętości i nadawanie wymaganego kształtu wyrobom]; 2)wzmocnienia(wprowadzenie pod różną postacią jako wysokowytrz mat zbrojeniowy)
Podział kompoz:osnowa metalowa,polimer,ceram
Zastosow kompoz: sprzęt kosmiczny,samoloty, samochody,łodzie,jachty,szybowce,sprzęt sportowy

Własciw mat-zespół charakt cech określ reakcję tworzywa na bodźce zewn(T,napr); czynniki-skład chem, techno wytw
Właśc mechan-charakt wskaźniki zachowania się mat pod wpływem naprężeń mechan; właśc.-obciąż statyczne(moduły sprężyst,granica plast,wytrzym na rozciąg,odporn na pękanie,twardość ciągliwość), obc dynam(udarność), wytrzym zmęczen(zmieniaj się cyklicznie),wys temp(wytrzym na pełzanie)
Moduł sprężystości(stała sprężyst)-stosunek naprężenia do odkszt [MPa lub GN/m²] moduł Younga E=σ/ε; współcz sprężystości wzdłużnej=naprężenie normalne/odkszt liniowe w kier wzdłużnym
Właśc technol-decydujące o podatności mat na sposób ich doprow do postaci użytkowej
Właśc fizyczne-decyd o wykorzyst mat techn w określ warunkach(gęst,lepk,temp topn,odporn na zamarzanie)
Właśc cieplne-charakt zmiany właśc. Mat przy zmianie jego temp(ciepło właśc.,przewodn cieplna,współ rozszerz cieplnej,odporn cieplna)
Właśc el-zach mat stosow w elektrotechn i elektronice przy zmianach param zewn oddz na te mat (rezystywność,konduktywność)
Właśc magn-okr Zach się mat w polu magn(przenikaln magn,podatność magn)
Właśc chem-okr zach się mat w określ war chem(odporn na korozję, na utlenianie)
Właśc użytk-okr cechy przydatn mat dla określ zastos

Proton-q=1,6*10^-13C, m=1,672*10^-24g Neutron-m=1,675*10^-24g Elektron-m=1/1836m_p
budowa W ukł regularnym krystalizuje: większość znanych met(Fe, Al, Ni, Cu, Ag, Au) mają sieć RPłaskoC(dobra plastyczność). Inne (molibden, wolfram)-RPrzestrzC
met o sieci tetragonal-niska temp krzepnięcia i mała wytrzym(cyna biała)
met krystaliz w ukł heksag (at w narożach)-Zn, Cd, Mg

Fe do 906⁰C-ukł Reg przestrzen centr; powyżej sieć Reg płasko centr
Ośrodek krystalizacji-pierwsze at, które zajęły w cieczy uporządk wzgl sb położenie
Powst kryszt przypomin rozgałęzione drzewo(dendryty)
Liczba ośrodków kryst zależy od stopnia przechłodzenia cieczy w fazie chłodzenia Przebieg chłodzenia czystego met wykazuje chwilowy spadek temp do wartości
przebudowa sieci-przemiana alotropowa

Źródło żelaza – rudy żelaza, złom stalowy
Podział(pochodzenie):huty o pełnym cyklu produkt (zintegrowane), redukcja tlenków do metalicznego żelaza, red tl przy użyciu węgla w piecu szybowym

Surówka-produkt wielk pieca,zaw więcej C niż stal, C[4,5-4,7%],Si[0,3-0,8],S[0,02-0,06],P[0,06-0,08],Mn[0,3-0,8]; Temp surówki podczas spustu: 1450-1525⁰C; Główne zanieczyszcz: C i S - z koksu, Mn, Si, P- z rudy; Si w popiele z koksu i węgla, ze skały płonnej

Wsad do wielkiego pieca: ruda żelaza(tlenki żelaza+skała płonna)w postaci spieku, grudek lub brykietu;[Najważn rudy Fe:magnetyt(50-70%Fe), hematyt(40-60%Fe), limonit(30-45%Fe)]; topniki; koks( paliwo oraz czynnik redukuj umożliw redukcję rud Fe do metalicznego Fe); wdmuchiwane od dołu pow (T=1000⁰C)[dostarcz tlenu do spalania koksu i paliwa]

Topniki-materiały,których zad jest utw z tymi składnikami łatwo topliwych żużli, Ilość dodawanych topników:25% i więcej masy rudy
Żużel(skała płonna,topnik i popiół z koksu oraz węgla) powst w procesie wytwarzania surówki i stali
Zad żużla: powod że wysokotopl tlenki zanieczysz stają się ciekłe i oddziel od ciekłego met; jest mat,z którym zanieczysz łączą się chętniej niż z ciekłym met

Konwertor(tlenowy w kształcie gruszki-wyłożony zasadowym mat ogniotrwałym):1)ładow złomu;2)wlewanie surówki;3)tworzenie żużla;4)utleniania zanieczyszcz;5)odtlenianie;6)uzupełn składu chem;7)Spust
W konwert na 1tonę ciekłego met-przypada obj.1m³; ciepło otrzym dzięki utl wdmuchiwanym tlenem zaniecz zaw w surówce
Połącz procesów (dmuch dolny i górny)-nowy proces z dmuchem kontrolowanym

Żelazo – strukt RPC – do temp 912⁰C i 1394⁰C-1538⁰C (żelazo α – ferryt) -strukt RSC - 912⁰C - 1394⁰C (austenit – żelazo γ)
Austenit - jest międzywęzłowym roztworem stałym węgla w żelazie Fe-γ

rozpuszczalność węgla w Fe-γ jest znacznie większa niż w Fe-α: zmienia się z temperaturą wzdłuż linii SE
przy temp eutektoidalnej wynosi 0,77%;przy temp eutektycznej 2,11%

Występują roztwory międzywęzłowe i substytucyjne

wykres fazowy Fe-Fe3C (żelazo-cementyt) stanowi podstawę, na której opierają się wszelkiego rodzaju obróbki cieplne - mają one za zad zmianę struktury i własności stali w bardzo szerokich zakresach; na podst wykresu fazowego Fe-Fe3C można określić zachowanie najbardziej złożonych gatunków stali stopowych; wykresy fazowe dotyczą warunków równowagi fazowej

ukł jednoskładnikowy: przedst zakresy występowania lodu, wody i pary wodnej we współrz: ciśnienie-temp
ukł dwuskładnikowy: dwuskł wykresy fazowe są dwuwym mapami przedst obszary występowania poszczególnych faz w przestrzeni temp i składu; pozwalają określić tworzące się w stopach mikrostruktury oraz zachodzące zmiany mikrostruktur pod wpływem zmian temp oraz składu

tworzenie się mikrostruktur w stopach rzeczywistych odbiega od warunków równowagi, różnice między mikrostrukturami wynikającymi z wykresów fazowych a mikrostrukturami stopów rzeczywistych rosną w miarę oddalania się warunków tworzenia mikrostruktur rzeczywistych od warunków równowagi

Metale i ich stopy dzieli się na dwie gr.: żelazo i jego stopy(stal,żeliwo,żelazostopy); metale nieżelazne(Cu, Al, Mg) stanowią wszystkie pierwiastki metaliczne z wyjątkiem żelaza

przyczyny tak powszechnego stosow stopów żelaza: skorupa ziemska zawiera ok. 4,2%Fe, głownie w postaci tlenków, z których łatwo można uzyskać Fe; temp topnienia żelaza 1538⁰C umożliwia jego utrzymywanie w stanie ciekłym

dyfuzja przy temp otoczenia nie jest możliwa - własności stopów żelaza przy tej temp otoczenia nie ulegają zmianie z czasem w żelazie występują dwie przemiany fazowe w stanie stałym (co umożliwia tworzenie szerokiego zakresu temp)-w konsekwencji daje to duży zakres zmienności własności mechanicznych
podział stopów żelaza: -stale (do 2,11%C) -żeliwa (od 2,11 do 3,8%C)

STAL-jest przerobionym plastycznie, technicznie stopem żelaza z węglem zaw do 2,11%C oraz inne pierwiastki pochodzące z surowców i paliw lub dodawane celowo; Podst param przy doborze stali: ogólny koszt wytwa elementu; niezawodność podczas eksploatacji
Podział stali: skład-niestopowa, stopowa; jakość(m.in.uwzgl zaw S i P); podst zastosow(konstrukc,maszynowa,narzędziowa,o szczeg właściw);sposób wytw(konwertorowa, elektryczna);struktura(ferrytyczna,austenityczna-odporn na korozję,ferrytyczno-aust,martenzytowa)
Stale produkowane w postaci:lanej,kutej,prasowanej, walcowanej,ciągnionej

Skł stopowe(domieszki - mikrododatki)stali:(główne) mangan,fosfor,siarka,krzem, (mniej ważne)chrom, nikiel, wolfram, molibden tytan wanad,niekiedy aluminium (dodawane w celu odtlenienia stali) [powiększają wytrzym, zmniejsz własn plastyczne, przew cieplną i El
w zależn od rodzaju obróbki cieplnej uzysk w stanie: ujednorodnionym, normalizowanym, hartowanym, ulepszonym cieplnie)

zanieczyszczenia: siarka, fosfor, tlen, azot, wodór

podczas wytwarzania stali w procesie stalowniczym koniecznym jest nadmiar tlenu (jego il. rośnie wraz ze zmniejszeniem się zaw węgla w stali)

w zależności od stopnia odtlenienia: stal nieuspokojona: jest odtleniona tylko w takim stopniu, aby reakcja wydzielania CO rozpoczęła się dopiero z chwilą wlania stali do wlewnicy-występuje silna segregacja siaki, fosforu i węgla(skurcz-pęcherze)

stal półuspokojona: jest też odtleniona niezupełnie - odtl odbywa się przy użyciu Mn i z niewielką ilością Si i Al
stal uspokojona: jest odtleniona w takim stopniu, aby podczas krzepnięcia nie zach wydzielanie gazów - odtl przeprowadza się przy użyciu Mn, Si oraz Al

siarka dostaje się do stali z koksu i rudy (niepożądana ze względu na pęknięcia w zakresie przełomu ciągliwego); górna granica zawartości siarki w stali: 0,05%;siarka może być dodawana celowo w il do 0,35% do stali przeznaczonych do obróbki skrawaniem na automatach (uzyskuje się przez to krótki wiór-dobrze się obrabia)
fosfor: dodaje się do stali z rudy (jego zawartość jest ogran do 0,05%, a w stali wys jakości do 0,02%
Tlen: występuje w stali w postaci wtrąceń tlenkowych(rozp w stali w stanie stałym jest bardzo mała)-jest zanieczyszczeniem szkodliwym (obniżają ciągliwości i udarności stali)
Azot: dostaje się do stali z otoczenia-powietrza)w postaci wydzieleń lub może być rozp w żelazie)-niepożądany, powoduje starzenie po zgniocie, obniża ciągliwość i udarność
Wodór: bardzo szkodliwym zanieczyszcz stali(dostaje się z pary wodnej znajdującej się w atmosferze pieca)-powoduje tworzenie się mikropęknięć i kruchość stali
Węgiel: nie jest pierwiastkiem stopowym ale jego obecność jest istotna-ze wzrostem zawartości węgla wzrasta wytrzymałość i twardość, natomiast spada plastyczność i spawalność; zwiększa hartowność stali; wytrzymałość; twardość martenzytu w stalach zależy głównie od zawart węgla (pierw stopowe wpływają tylko nieznacznie na wytrzymałość martenzytu)

KRZEM	Do 0,4% - odtleniacz, większa wytrzymałość na rozciąganie, twardość, sprężystość	0,5-4,5%-zwiększ oporu el, żaroodporn, zmniejszenie plastyczności i odporn na uderzenie
MANGAN	Do 0,8%-odtlenien (odsiarcz), zwiększa wytrzym na rozciąg, twardość, udarność	1,0-1,5% - wzmocnienie stali
NIKIEL	0,5-1,0% - umocn, zwiększa hartowność	3-9% - obniżenie temp przejścia w stan kruchy
CHROM	0,2-2,5% - zwiększa hartowność, podst skł stali nierdzewn i żaroodpornych	>11,5% - odpornośc na korozję i utlenianie
MOLIBDEN	Do 2,5% - zwiększenie hartowności i wywołanie twardości wtórnej
WOLFRAM	Dodawany w celu utw węglików M6C – dobra odporn na ścieranie
WANAD	Do 0,2% - zwiększe hartown, umocnienie wydzieleniowe	Odporność na ścieranie
MIEDŹ	0,2-0,5% - poprawa odporności na korozję atmosferyczną

Stal-plastycznie i cieplnie obrabiany stop żelaza z węglem i innymi pierw wprow w celu uzysk żądanych właśc.; otrzym w procesach stalowniczych najczęściej konwertorowych lub el ze stanu ciekłego; wg normy stal-materiał zaw masowo więcej żelaza niż jakiegokolwiek innego pierw,o zaw C mniej niż2% i zaw inne pierw

Żelazo techniczne-stopy o stężeniu C mniej od ~0,05%

Podział stali konstrukc(Polskie Normy):stal węgla konstr zwykłej jakości,stal węglowa konstr wyższej jakości,stal konstr stopowa do nawęglania,stal konstr do azotow, stal konstr stopowa do ulepszania cieplnego,stal sprężynowa (resorowa),stal na łożyska toczne,stal automatowa

W stalach konstrukc zaw pierw stopowych nie przekracza kilka %, w stalach łożyskowych zaw C jest wys(~ok.1%);w pozostałych stalach zaw C jest mniejsza od 0,7%,na ogół nie przekracza 0,3%

Znak stali konstr zwykłej jakości składa się z liter St i liczba(1-,2-cyfrowa),(x na końcu - stal nieuspokojona, Y- półuspokojona, s- do spawania, V- o ograniczonej zaw C, P i S; MSt-o okreś skł chem i nr wzrastający jak zaw C

Stal wyższej jakości(charaktery się określ skł chem i własn mech, mniej S i P niż stal zwykłej jakości) znak składa się z liczby dwucyfrowej o znaczącej średniej zawartości C w setnych częściach%,potem czasem:litera G-o zwiększ zaw Mn,X-nieuspok,Y-półuspok,U-z wymaganym bad udarności;
Elem wykon ze SKWJ podleg z reguły obróbce cieplnej

Stale o zaw C do 20% poddaje się nawęglaniu, hartowaniu i odpuszczaniu
stale o większej zaw C hartuje się,odpuszcza w wys temp(ulepszanie cieplne)
stale węglowe nie odznacz się dobrą hartownością (hartuje się stosunk cienką warstwą)

Stal konstr stopowa-zaw fosforu i S do 0,035%
znak-liczba dwucyfrowa-zaw C i symbol literowy-skł stopowe, np. 18H2N2-0,2%C,2%Cr,2%Ni

Symbole literowe: H-Cr, F-Wanad, G-Mn, M-Molibden, W-Wolfram, J-Al., N-Ni, S-Si, T-Tytan

Stale konstr stopowe do nawęglania-zaw C do 0,23%,skł stopowe które tworzą węgliki(Mn,Molibden,Wolfram, Wanad), Mn-sprzyja rozrostowi ziarna,Cr-zapobiega rozr ziarn; stale stop. mają lepsze własn wytrzym od stal węgl, ciągliwość, 12gatunków:chromowe,chrom-manganowe, chrom-mang-molibdenowe,chrom-niklowe

Wytyczne do obróbki cieplnej stali stopowych do nawęglania:po nawęglaniu(900-920⁰C) normalizowanie rdzenia,hartowanie warstwy nawęglanej, odprężanie(odpuszczanie niskie)
dla uzysk dobrych właśc: podwójne hart i odpręż(I w temp 860, II – 780⁰C) jakość warstw sprawdza się za pomocą badań mikroskop i pom twardości

Stale kontr stopowe do azotowania(nadaje dużą twardość tylko warstwy zewn)-zaw C 0,25-0,45%, skł stopowe,które wiążą się z N(Cr,Mo,Al,Wanad,Tytan) tworząc azotki(twarde)
przed procesem azotowania – hartowanie i wysokie odpuszczenie stali(podwyż własn wytrzym rdzenia)

Stale stopowe kontr do ulepsz cieplnego –zaw 0,2-0,5%C i niewielkie ilości Mn, Si, Cr, Ni
hartowanie i odpuszczanie w 600⁰C(popr własn mech i zach odporn na uderzenie)
stale manganowe, krzemowo-mangan, chrom-molibd-wanadowe, chrom-mang-krzemowe, chrom-niklowe, chrom-molibd
zmniejszenie udarności(kruchości)w niższej temp jest spowod przemianą austenitu szczątkowego w martenzyt

Kruchość podczas procesu odpuszczania-spowod wydz się na granicy ziarn różnych faz i zw chem, które ułatw pękanie stali przy uderzeniu
skł stopowe sprzyj kruchości: Mn, P, Cr w obecności Ni
Mo, wolfram przeciwdz kruchości

Stale sprężynowe(resorowe)-dobra sprężystość i wytrzym na zmęczenie, na obc stałe dobre własn plastyczne
podlegają hartowaniu i odpuszczaniu 350-500⁰C
gatunki:stal węglowa(resory pojazdów mało-obciąż,zaw do 0,9%C
stal krzemowa(sprężyny zwojowe i różnego rodzaju resory zaw 0,7%C,0,5-2,8%Si)
stal chromowo-krzemowa(sprężyny, resory pojazdów wysoko-obciążonych, zaw 0,5%C,Cr i Si po ~1%)
stal chromowo-wanadowa(sprężyny bardzo obciążone, zaw 0,5%C,ponad 1%Cr,0,15%Wanadu

Stale na łożyska toczne-zaw ~1%C, 0,5-1,65%Cr, duża wytrzym i odporn na ścieranie, gatunki: LH6, LH9, LH15, LK15SG