materialoznawstwowgfenx.doc

Materiałoznawstwo koło I

1

2 Materiały o znaczeniu technicznym

Ciała stałe o właściwościach umożliwiających ich stosowanie przez człowieka do wytwarzania produktów.

-M naturalne wymagające jedynie nadania kształtu do technicznego zastosowania (drewno)

-M inżynierskie nie występujące w naturze lecz wymagające zastosowania złożonych procesów twórczych w celu przystosowania ich do potrzeb technicznych po wykorzystaniu surowców dostępnych w naturze (metale i ich stopy, polimery, ceramika)

-M kompozytowe tworzone przez połączenie dowolnych dwóch z wymienionych M inż.

3 Podstawowe grupy materiałów – wymienić, podać podstawowe własności

Metale

-dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne

-wzrost temp = wzrost opór elektryczny

-plastyczność – zdolność do trwałych odkształceń pod wpływem przyłożonego obciążenia

-wysokie wartości modułów sprężystości

-najmniej odporne na korozje

Polimery *pow 200Cels. tracą większość swoich właściwości

-mała gęstość

-izolacyjne własności cieplne i elektryczne,

-zwykle przezroczyste i można je barwić (transparentne)

- odporne na korozję

-odznaczają się niskimi współczynnikami tarcia.

Ceramika

-duża zawartość modułu sprężystości

-nie ciągliwe

-małą odporność na lokalne spiętrzenie natężeń

-duży rozrzut wytrzymałości

-duża twardość i odporność na ścieranie korozję

-wytrzymałe w wys. temp.

Kompozyty- są połączeniami dwóch lub więcej odrębnych i nierozpuszczających się w sobie komponentów, z których każdy odpowiada innemu podstawowemu materiałowi inż., zapewniającymi lepszy zespół własności i cech konstrukcyjnych, od właściwych dla każdego materiału ładunku oddzielnie

4 Ciało stałe- Substancja ma określony kształt i objętość w odpowiednich warunkach oraz odznacza się sprężystością

Ciało krystaliczne- odznacza się uporządkowanym okresowo powtarzającym się rozmieszczeniem atomów tworzących krystaliczną sieć.

Ciało amorficzne – ciało stałe, cząsteczki ułożone chaotycznie jak w cieczy

5 Podstawowe właściwości materiałów inżynierskich

Ogólne: Cena. Gęstość
Mech: Moduły sprężystości, Naprężenie, Wiązkość, Krytyczny (W)spółczynnik intensywności naprężeń, W tłumienia drgań, W zmęczenia
Cieplne: Przewodność cieplna, W wyrównywania temp., Ciepło właściwe, Temp topn, Temp zeszklenia, W rozszerzalności cieplnej i liniowej, Odporność na szoki cieplne, Odporność na pełzanie
Cierne: Stała Archarda

Korozyjne/Utleniające: Szybkość korozji, Stała parabolicznej szybkości utleniania.

6 Krzywe naprężeń – odkształcanie

Metale – wykres

Ceramika – wykres

·         compression – ściskanie

·         tension rozciąganie

Polimery – wykres

7 Próba zginania

Wykres

8 Twardość

Wciskamy w badaną próbkę penetrator (kulka stalowa/diamentowy stożek/ostrosłup prawidłowy o podstawie kwadratu). HB=F/S

9 Przewodność cieplna

Wykres

10 Pełzanie

Powolne, ciągłe plastyczne wydłużanie się materiału pod stałym obciążeniem i przy stałej temperaturze.

11 Żelazo: Fe

Gęstość: 7.87 g/cm3

Temp t: 1534Cels.

Występuje w postaci związków chem = rud żelaza (zawierają tlenki lub węglany żelaza oraz zanieczyszczenia: S, P, Si etc) Najważniejsze rudy to magnetyty – Szwecja, USA, Rus.

12 Wielki piec

WP jest piecem szybowym, który służy do wytapiania  surówki z rud żelaza. Prod ubocznymi procesu wielkopiecowego są żużel i gaz wielkopiecowy:

Przez gardziel/wsad rudę, koks (paliwo i reduktor tlenu), topniki(ułatwiają topienie rudy). W dolnej części pieca wdmuchiwane jest gorące powietrze. Na dnie zbiera się ciekła surówka, pokryta żużlem. Surówka (produkt) i żużel jest odprowadzana przez dolne otwory spustowe.

13 Surówka

Zawiera >2%C oraz Si, Mn, K, S. Jest otrzymywana przez redukcję rudy żelaza. Przeznaczona do przeróbki na stal i do przetopu w odlewniach żeliwa. Jest odlewana w tzw. Gąski o masie ok. 50kg. Jest materiałem kruchym = nie posiada własności plastycznych.

14 Żeliwiak

Szybowy piec do wytapiania żeliwa z surówki wielkopiecowej, z dodatkiem złomu żeliwnego. Spalanie koksu powoduje temp 1600-1900Cels (roztapia wsad). Na dole 2 otwory spustowe na żeliwo i żużel.

15 Konwertor Bessemera

Pierwszy konwerter użyty do wytopu stali. Wynaleziony w 1856 roku przez brytyjskiego inżynieria Bessemera

16 Procesy konwerterowe

Konwerter to zbiornik wykonany z blachy stalowej wyłożony wewnątrz materiałem ogniotrwałym, służący do przeprowadzania procesu utleniania domieszek w ciekłym wsadzie metalowym, przez przedmuchiwanie go powietrzem, lub powierzchniowe wdmuchiwanie tlenu.

17 Proces Martenowski

Proces Siemensa–Martina to proces otrzymywania stali z ciekłej surówki (z dodatkiem złomu stal.), przeprowadzany w piecu martenowskim; polega na usuwaniu z ciekłego wsadu domieszek (węgla, krzemu, manganu, fosforu) przez ich utlenianie w wysokiej temp 1700-1750Cels. przy użyciu powietrza (świeżenie).

18 Klasyfikacja stali

Węglowe: Prócz żelaza zawierają węgiel i inne domieszki oraz zanieczyszczenia (%: 0,8Mn, 0,4Ni)

              Wg zawartości węgla %

-niskostopowe < 0.25

-średnio węglowe 0.25-0.6

-wysoko węglowe 0.6-2

Wg stopnia czystości %

-zwykła jakość 0.045-0.07 P; 0.045-0.06 S

-wyższej jakości < 0.04 P i < 0.04 S

- najwyższej jakości 0.025-0.035 P+S

Stopowe: Prócz żelaza zawierają  jeden lub więcej pierwiastków w ilości przekraczającej ustaloną dla stali węglowej.

              niskostopowe < 10%

              średniostopowe 10-20%

              wysokostopowe > 20%

Wg przeznaczenia stale węglowe i stopowe dzielimy:

-konstrukcyjne – konstrukcje budowlane, części maszyn  pracujących w temp (-40) – 300 w środowisku nieagresywnym chemicznie

-narzędziowe (duża odporność na ścieranie i duża twardość) – wyrób wierteł, pił, pilników

wyróżniamy:               1) szybko-tnące (np. narzędzia do obróbki skrawaniem)

                                          2) stale łożyskowe  IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

                                          3) sprężynowe na sprężyny i resory

-specjalne - do pracy w warunkach specjalnych np. b.wys temp, odznaczają się szczególnymi właściwościami fiz i chem.

              Wyróżniamy: nierdzewne, kwasoodporne,  żaroodporne, żarowytrzymałe

19 Żaroodporność

Odporność materiału na utlenianie i korozyjne działanie gazów oraz zmiany kształtu w wysokich (ponad 800 K) temperaturach.

20 Żarowytrzymałość

Odporność materiałów na obniżanie wytrzymałości mechanicznej (np. na rozciąganie, zginanie itp.) w wysokiej temperaturze.

21 Nadstopy

Stopy żelaza zawierające > 50% dodatków stopowych (pierwiastków) takich ja Cr, Ni, Al., Ti, Co, Zr, Nb.