1. Krystalizacja czystego pierwiastka -zależność wielkości ziarna od przechłodzenia fazy ciekłej (prawa krystalizacji). Najpopularniejsze struktury krystaliczne (komórki elementarne A1, A2). 2
2. Fazy (a, g i Fe3C) i składniki struktury (perlit i ledeburyt) stopów żelaza, ich budowa i zawartość w nich węgla. -2
3. Najpopularniejsze dodatki stopowe do stali Cr, Ni, Mn, Si, i inne, ich rozmieszczenie w strukturze, wpływ na własności stali, wytrzymałość, twardość, udarność, hartowność. -2
4. Rodzaje żeliw, żeliwa białe, żeliwa szare z grafitem -warunki jego otrzymywania, kształt wydzieleń grafitowych. Osnowy na tle których występuje grafit.-3
5. Stale konstrukcyjne węglowe i stopowe (rodzaje), ich zastosowania problem dobrej spawalności -pęknięcia na zimno i gorąco spoin. -4
6. Stale narzędziowe ich rodzaje -typowa obróbka cieplna, orientacyjny skład chemiczny. -5
7. Niektóre stale o specjalnych własnościach, odporne na ścieranie Hatfielda, o zadanym współczynniku rozszerzalności cieplnej. O specjalnych własnościach magnetycznych, magnetycznie miękkie -elektrotechniczne na transformatory sieciowe i silniki, na głowice do zapisu informacji, magnetycznie twarde na mikrosilniki, przetworniki akustyczne.-5
8. Stale kwasoodporne (chromowe i chromowoniklowe), ich skład chemiczny, struktury -typowe wady. -6
9. . Rekrystalizacja metali, stadia, temperatura rekrystalizacji, mechanizm, zależność wielkości ziarna po rekrystalizacji od wielkości zgniotu i temperatury.-6
10.Przemiana perlitu w austenit, typowe krzywe rozrostu ziarna austenitu ze wzrostem temperatury, dodatki stopowe hamujące rozrost ziaren austenitu /dlaczego rozrost ziaren austenitu niekorzystnie wpływa na własności stali?/-8.
11.Wykres izotermicznego rozpadu przechłodzonego austenitu CTPi, produkty rozpadu-(perlit, bainit, martenzyt) ich własności mechaniczne. Krytyczna szybkość chłodzenia powstawanie martenzytu. -9
12.Przemiana martenzytyczna, temperatury Ms i Mf /od czego zależą?/, ilościowa ocena hartowności -średnica krytyczna.-9
13. Zmiany struktury i własności mechanicznych zachodzące podczas odpuszczania stali, wpływ na nie dodatków stopowych.. -10
14. Uzasadnij temperatury hartowania dla stali nad i podeutektoidalnych-. 10
15. Powierzchniowe obróbki cieplno –chemiczne nawęglanie, azotowanie. Przebieg procesu, grubości i własności warstw.-10
16. Aluminium i jego podstawowe stopy.-11
17. Miedź i jej stopy.-12
1.Krystalizacja czystego pierwiastka -zależność wielkości ziarna od przechłodzenia fazy ciekłej (prawa krystalizacji). Najpopularniejsze struktury krystaliczne (komórki elementarne A1, A2).
Przejście ciekłego metalu w stan stały nazywa się krystalizacją pierwotną. W czasie krystalizacji zachodzą równocześnie dwa procesy
-powstanie trwałych ugrupowań atomów stanowiących zarodki krystalizacji
-rozrastanie się kryształów(ziaren) z istniejących zarodków
Ilość zarodków na jednostkę objętości i szybkość krystalizacji rośnie do maksymalnej temperatury przechłodzenia. Wynika z tego iż przy dużych wartościach przechłodzenia więcej metalu krystalizuje na skutek zarodkowania niż rozrostu ziarna, powstające ziarno jest więc małe. Przy nieznacznym przechłodzeniu powstaje mało zarodków przy stosunkowo dużej szybkości krystalizacji co prowadzi do powstania dużego ziarna . Przy bardzo durzym stopniu przechłodzenia metal krzepnie jako ciało bezpostaciowe.
2. Fazy (a, g i Fe3C) i składniki struktury (perlit i ledeburyt) stopów żelaza, ich budowa i zawartość w nich węgla.
Żelazo α- trwałe w temperaturach do 912˚C oraz 1394÷1538˚C. Krystalizuje w sieci przestrzennie centrowanej (A2). W temperaturze poniżej 770˚C jest ferro magnetyczne(ma własne pole magnetyczne), powyżej 770˚C jest paramagnetyczne (nie ma własnego pola magnetycznego). Parametr sieciowy 0,29 nm.
Żelazo γ- trwałe w temperaturach 912÷1394˚C. Krystalizuje w sieci regularnej płasko centrowanej(A1). Jest paramagnetyczne (nie ma własnego pola
magnetycznego). Parametr sieciowy 0.365 nm.
Perlit- eutektoidalna mieszanina ferrytu i cementytu zawierająca 0,8% węgla (87% ferrytu i 13% cementytu). Powstaje z rozkładu austenitu w temperaturze 727˚C. W stalach wolno chłodzonych ma on budowę pasemkową w postaci na przemian ułożonych płytek cementytu i ferrytu.
Ledeburyt- eutektyczna mieszanka austenitu i cementytu, tworząca się przy krzepnięciu z cieczy o zawartości 4,3% węgla w temperaturze 1148˚C. Po ochłodzeniu do temperatury 727˚C austenit ledeburytu przemienia się w perlit, tak, że poniżej tej temperatury występuje mieszanina perlitu i cementytu, przy czym zasadniczy charakter ledeburytu zostaje zachowany taka eutektyka nosi nazwę ledeburytu przemienionego
3. Najpopularniejsze dodatki stopowe do stali Cr, Ni, Mn, Si, i inne, ich rozmieszczenie w strukturze, wpływ na własności stali, wytrzymałość, twardość, udarność, hartowność.
Cr- podnosi twardość z 80HB do 120HB-1,5% Cr, obniża udarność i właściwości plastyczne. Ze względu na durze powinowactwo do węgla Cr występuje w postaci węglika (W stalach austenitycznych występowanie węglika chromu jest niedopuszczalne, gdyż powoduje korozje międzykrystaliczną). Wydłuża czas do rozpoczęcia przemiany przechłodzonego austenitu, zwłaszcza w zakresie przemian dyfuzyjnych, umożliwiając zmniejszenie krytycznej szybkości chłodzenia(zwiększa hartowność)
Ni- Powoduje otwarte pole austenitu(8%NI, 18%Cr). Znacznie utwardza ferryt (z 80HB-0%Ni do 160 HB-6% Ni) i podnosi jego wytrzymałość na rozciąganie i granice plastyczności, lecz obniża właściwości plastyczne. Do zawartości 3% podnosi udarność ferrytu, w stężeniu 6% udarność ferrytu jest taka sama jak bez dodatku niklu. Tworzy roztwór stały w żelazie.
Jeżeli Ni jest rozpuszczony w żelazie zmniejsza krytyczną szybkość chłodzenia przez co podnosi hartowność
Si- Powoduje ograniczenie pola austenitu podnosi twardość ferrytu do 220HB -5%Si jednocześnie bardzo silnie obniża udarność i właściwości plastyczne. Tworzy roztwór stały w żelazie. Tworzy roztwór stały w żelazie. Jeżeli Si jest rozpuszczony w żelazie zmniejsza krytyczną szybkość chłodzenia przez co podnosi hartowność.
Mn- Powoduje otwarte pole austenitu (16%Mn, 18%Cr). podnosi twardość ferrytu do 230HB -4%Mn jednocześnie bardzo silnie obniża udarność i właściwości plastyczne. Tworzy węgliki. Wydłuża czas do rozpoczęcia przemiany przechłodzonego austenitu, zwłaszcza w zakresie przemian dyfuzyjnych, umożliwiając zmniejszenie krytycznej szybkości chłodzenia(zwiększa hartowność).
4. Rodzaje żeliw, żeliwa białe, żeliwa szare z grafitem -warunki jego otrzymywania, kształt wydzieleń grafitowych. Osnowy na tle których występuje grafit.
Żeliwa białe zawierają węgiel wyłącznie związany w postaci cementytu lub węglików. Rozróżnia się Si ę 3 rodzaje żeliw białych:
-żeliwa podeutektyczne o zawartości węgla 2,11÷4,3%
-żeliwa eutektyczne o zawartości węgla 4,3%
-żeliwa nadeutektyczne o zawartości węgla 4,3÷6,67%
Są bardzo twarde, kruche i praktycznie nieskrawalne. Mają złe właściwości odlewnicze
Żeliwa szare zawierają węgiel w postaci grafitu. Rozróżnia się następujące składniki strukturalne: osnowę metaliczną, grafit, eutektykę fosforową oraz wtrącenia niemetaliczne
W zależności od osnowy wyróżnia się:
-żeliwa ferrytyczne(ferryt i grafit)
-żeliwa ferrytyczno-perlityczne(ferryt, perlit, grafit)
-żeliwa perlityczne (perlit, grafit)
Ponieważ grafit jest bardziej trwały od cementytu przy powolnym chłodzeniu zachodzi przemiana „austenit à ferryt + grafit” która zaczyna się w temperaturze 738˚C a przemiana „austenit à ferryt + cementyt” zaczyna się w temperaturze 727˚C. Powyżej temperatury738˚C zachodzi także przemiana dyfuzyjna „cementyt à ferryt + grafit”
Grafit występuje w trzech głównych postaciach
-grafit płatkowy ma kształt żyłek lub pasemek ,tego rodzaju grafit występuje w zwykłym żeliwie szarym
-grafit sferoidalny o kształcie kulistym, występuje w żeliwie sferoidalnym
-grafit kłaczkowy o kształcie zwartym, lecz nie kulkowym; zwany jest węglem żarzenia i występuje w żeliwie ciągliwym.
5. Stale konstrukcyjne węglowe i stopowe (rodzaje), ich zastosowania problem dobrej spawalności -pęknięcia na zimno i gorąco spoin.
Stale konstrukcyjne węglowe- zawierająco 0,65% węgla. Dzieli się je na stale o zwykłej, wyższej i najwyższej jakości, opiera się na maksymalnych dopuszczalnych zawartościach siarki i fosforu. Konstrukcyjne stale węglowe zwykłej jakości są najczęściej stosownym materiałem do budowy maszyn i urządzeń metalowych i konstrukcji budowlanych. Stale konstrukcyjne normalnej jakości mogą być produkowane jako nieuspokojone(na końcu znaku litera X), półuspokojone (na końcu znaku litera Y) i uspokojone. Uspokajanie stali polega na dodaniu krzemu. Ważnym materiałem konstrukcyjnym jest staliwo które uzyskuje się drodze odlewania stali do form, gdzie krzepnąc uzyskuje właściwy kształt użytkowy
Stale konstrukcyjne stopowe- dzieli się je na:
-stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości- z uwagi na strukturę stale te można podzielić na dwie grupy:
˚ Stale perlityczne mają strukturę ferrytyczno-perlityczną. Dodatki występują w tych stalach w postaci roztworu stałego w ferrycie bądź jako węgliki w perlicie. Mają one wyższe właściwości wytrzymałościowe ponieważ: rozpuszczone w ferrycie dodatki stopowe podnoszą jego twardość, wytrzymałość i granicę plastyczności , dodatki stopowe zwiększają ilość perlitu w strukturze stali, dodatki stopowe powodują rozdrobnienie ziarna stali.
˚ Stale bainityczne mają strukturę bainitu. Dodatki występują w roztworze przesyconego węglem ferrytu oraz w postaci węglików. Dodatki stopowe zmniejszają trwałość przechłodzonego austenitu co pozwala uzyskać durzą wytrzymałość.
-stale do nawęglania mają niską zawartość węgla aby przy twardej warstwie powierzchniowej rdzeń miał dobre właściwości plastyczne do zasadniczych dodatków stopowych należą chrom (1÷2%),mangan, nikiel i molibden.
-Stale do ulepszania cieplnego zawierają 0,25÷0,65% węgla, dodatki stopowe to 3%Cr, 5%Ni, 0,6%. Obróbka cieplna stali polega na hartowaniu(zazwyczaj w oleju) z następnym odpuszczaniem w temperaturze 500÷700˚C. Struktura stali to kulkowe węgliki w osnowie ferrytu. Główną zaletą tych stali jest możliwość hartownia na wskroś elementów o dużych przekrojach. Główną wadą tych stali jest skłonność do kruchości odpuszczania.
-stale do azotowania mają zawartość węgla 0,25÷0,45%. Dodatki stopowe to aluminium, chrom, molibden. Możliwe jest uzyskanie wysokich właściwości mechanicznych rdzenia po zastosowaniu przed azotowaniem ulepszania cieplnego.
-stale sprężynowe mają wysoką granicę sprężystości oraz znaczną wytrzymałość zmęczeniową i dobre właściwości plastyczne. Dodatkami stopowymi są krzem, mangan, chrom i wanad. Obróbka cieplna stali polega na hartowaniu od temperatur 800÷850˚Cw oleju lub wodzie, z następnym odpuszczaniem w temperaturze 350÷500˚C. Uzyskuje się wysoką wytrzymałość na rozciąganie przy wysokiej również granicy plastyczności.
-Stale łożyskowe mają bardzo dużą twardość oraz odporność na ścieranie i ściskanie. Niejednorodność jest niedopuszczalna. Mają dobrą hartowność. Zawartość węgla około1% ,chromu 1,3÷1,65%. Obróbka cieplna polega na hartowaniu w oleju a następnie niskim odpuszczaniu.
6. Stale narzędziowe ich rodzaje -typowa obróbka cieplna, orientacyjny skład chemiczny.
-stal węglowa narzędziowa cechuje się małą hartownością i małą skłonnością do rozrostu ziarna austenitu. Obróbka cieplna polega na hartowaniu a następnie niskim odpuszczaniu. Nie hartują się na wskroś i rdzeń jest bardziej odporny na uderzenia niż gdyby był wykonany z materiały zahartowanego w całym przekroju. Stępienie ostrza występuje w180˚C dlatego stal nie nadaje się do pracy na gorąco.
-stal do pracy na zimo ma 0,4÷2,1% węgla, dodatkami stopowymi są mangan, krzem, chrom, wanad, wolfram, molibden. Obróbka cieplna polega na hartowaniu i następnie odpuszczeniu, którego temperatura zależy od żądanych właściwości
-stal do pracy na gorąco mają 0,25÷0,6% węgla dodatki stopowe to mangan, krzem, chrom, nikiel. Obróbka cieplna polega na hartowaniu i odpuszczaniu w temperaturze ok. 100˚C wyższej od temperatury pracy
-stale szybkotnące mają 0,6÷1,6% węgla dodatkami stopowymi są chrom, wolfram (do 20%) , molibden (do 9%), wanad, kobalt (do 15%). Obróbka cieplna polega na hartowaniu a następnie trzykrotnym odpuszczaniu w temperaturze 850÷950˚C
7. Niektóre stale o specjalnych własnościach, odporne na ścieranie Hatfielda, o zadanym współczynniku rozszerzalności cieplnej. O specjalnych własnościach magnetycznych, magnetycznie miękkie -elektrotechniczne na transformatory sieciowe i silniki, na głowice do zapisu informacji, magnetycznie twarde na mikrosilniki, przetworniki akustyczne.
Stal Hatfilda- ma 1÷1,3% węgla i 11÷14% manganu. Stosunek ilości węgla do manganu w tej stali powinien wynosić 1:10. Stal ta ma niską granicę sprężystości i plastyczności, niską twardość i wysoką wytrzymałość. W stanie wolno chłodzonym w strukturze stali oprócz austenitu występują wydzielenia węglików, co wpływa niekorzystnie na jej właściwości. Z tego względu poddaje się ją przesycaniu od zakresu 950÷1000˚C. Stal ta jest odporna na ścieranie ponieważ ma niską granicę plastyczności i znacznie się umacnia ponadto austenit pod wpływem docisku przekształca się w martenzyt. Stal ta jest odporna na ścieranie tylko w warunkach dużego docisku powierzchniowego.
Stale o określonej wartości współczynnika rozszerzalności cieplnej- stop żelaza z niklem o zawartości 36% niklu ma bardzo mały współczynnik rozszerzalności cieplnej w zakresie -80 ÷ +150˚C i zwany jest „inwarem”. Jeszcze mniejszy współczynnik rozszerzalności ma „superinwar” zawierający 30÷32% Ni, 4÷6% Co i maksymalnie 0,1% węgla.
Stop 46% niklu i maksymalnie 0,15% węgla ma taki sam współczynnik rozszerzalności jak platyna i szkło.
Stale magnetycznie miękkie dodatek krzemu do czystego żelaza poprawia właściwości magnetyczne materiału, gdyż zmniejsza straty powodowane prądami wirowymi. Ze wzrostem zawartości krzemu maleje jednak wartość indukcji nasycenia oraz współczynnik przewodzenia ciepła. Na transformatory stosuje się blachy o zawartości 3÷4,5% krzemu, a na silniki o zawartości 0,5÷3,5% krzemu. Na głowice do zapisu/odczytu stosuje się stopy żelaza z niklem zawierające 45% lub 79% niklu
Materiały magnetycznie twarde wytwarza się metodą metalurgii proszków lub z wykorzystaniem przemian fazowych. W celu właściwego zorientowania ziarn proszku w wyrobie gotowym zagęszczanie proszku odbywa się w polu magnetycznym. Przeminy
8. Stale kwasoodporne (chromowe i chromowoniklowe), ich skład chemiczny, struktury -typowe wady.
Stale chromowe dzielą się na 3 grupy w zależności od zawartości chromu: 12÷14% ,16÷18%., 25÷28%. Struktury tych stali są różne w zależności od zawartości węgla. Stale o zawartości węgla do 0,1% mają strukturę ferrytyczną. Powoduje to ,że są łatwo obrabialne plastycznie, dobrze się je spawa. Stale o zawartości 0,2÷0,3% po nagrzaniu powyżej 950˚C będą miały częściowo strukturę austenityczną, a częściowo nie zmienionego ferrytu. Po ochłodzeniu struktura tych stali będzie częściowo zawierała ferryt i martenzyt. Stale o zawartości węgla powyżej 0,3% przechodzą po nagrzaniu całkowicie w austenit, a po ochłodzeniu będą miały strukturę martenzytyczną. Stale te są odporne na korozję w atmosferze pary wodnej i kwasów (z wyjątkiem solnego i siarkowego). Obróbka cieplna stali o zawartości węgla do 0,2% i chromu 13% polega na hartowaniu z temperatury950÷1000˚C a następnie odpuszczaniu w zakresie temperatur 600÷700˚C. Obróbka cieplna stali o zawartości węgla do 0,4% i chromu 13% polega na hartowaniu z temperatury950÷1000˚C a następnie odpuszczaniu w zakresie temperatur 150÷400˚C, w zależności od wymaganej twardości.
Do drugiej grupy należą stale zawierające 0,1% węgla i 16÷18% chromu, mają większą odporność na korozje niż stale grupy pierwszej, po wolnym ochłodzeniu mają strukturę ferrytyczną lub ferrytyczno – martenzytyczną. Do temperatury 900˚C są żaroodporne.
Stale trzeciej grupy mają zawartość chromu 25÷28% i strukturę ferrytyczną, są mało plastyczne, natomiast do temperatury 1150˚C są żaroodporne.
Stale chromowo-niklowe zawierają 18÷25% chromu i 8÷20% niklu. Mają one strukturę austenityczną, najczęściej stosowana jest stal 18/8 zawierająca 18%chromu i 8% niklu. Stal ta jest odporna na działania kwasów, dodanie 2÷3% krzemu polepsza odporność na działanie kwasu solnego. Dodanie 3% miedzi powoduje większą odporność na korozję zmęczeniową. Dla uzyskania jednolitej struktury stal tą przesyca się w temperaturze 1050÷1100. Są plastyczne i spawalne. Wadą tych stali jest skłonność do ...
apd61