Podstawowe zagadnienia

1.Jakie są podstawowe rodzaje materiałów stosowanych w technice?
Wśród materiałów inżynierskich wyróżnia się zwykle metale i ich stopy, materiały ceramiczne i szkła, polimery, kompozyty oraz ze względu na szczególne własności elektryczne, półprzewodniki.
2.Podaj krótka charakterystykę metali i stopów metali.
Metale i ich stopy dzieli się zwykle na 2 gr: żelazo i jego stopy oraz na metale nieżelazne i ich stopy. Do metali nieżelaznych zalicza się wszystkie pierwiastki metaliczne i stopy na ich osnowie z wyjątkiem żelaza i jego stopów.
Metal- subs. w której w stanie skondensowanym działa wiązanie metaliczne; materiał charak. się dużą przewodnością elekt. i cieplną oraz dobrą ciągliwością.
Stop-tworzywo metal. otrzymane ze stanu ciekłego skład. się z 2 lub więcej met. lub met. i niemet.
3.Podaj krótką charakterystykę materiałów ceramicznych.
Są to nieorg. zw.metali O, N, C, B i innymi pierwiast. w którym at. powiązane są wiązaniami jonowymi i kowalencyjnymi. Po zaformowaniu mat. ceramiczne wygrzewa się w wys. temper. Charakt. się największą odpornością na działanie środow. są odporne na korozję i ścieranie. Ze względu na kowalencyjny i jonowy charakter wiązań są zwykle twarde, kruche o wysokiej temp. Topnienia, małej przewodności cieplnej i elektrycznej, dobrej stabilności chem i cieplnej oraz dużej wytrzymałości na ściskanie.
4.Podaj krótką charakterystykę polimerów.
Jest to materiał org. Skład. się z makrocząst. (cząst. o masie powyżej 1000 u)zbudowanych z powtarzających się regularnie gr. atomów (merów) jednego rodzaju (homopolimer) lub kilku rodzajów (kopolimer). Polimery są materiałami org. tj. kowalencyjnymi zw. C. Oprócz C do najczęściej występujących w polimerach pierw. należą: H, Cl, O, F, P, S. Są to pierw. zdolne do tworzenia z C wiązań kowalen. o pewnym stopniu polarnosci.
5.Co to są kompozyty?
Kompozyt jest to materiał utworzony, z co najmniej 2 komponentów (faz) o różnych własn. w taki sposób, że ma własności lepsze od możliwych do uzyskania z każdych komponentów osobno i lepsze od wynikających z prostego sumowania tych własności.
6.Czym się różnią materiały krystaliczne od amorficznych? Podaj przykłady takich materiałów.
Wspólną cechą metali i materiałów ceramicznych w skali atomowej jest to, że posiadają budowę kryst. (aluminium, diament)tzn.ułożenie at. z których one się składają, jest regularne i powtarzalne. Wiele materiałów o składzie chem. materiałów ceram. może mieć również strukturę niekryst. czyli at. są ułożone w sposób nieregularny. Takie materiały nazywamy amorficznymi lub szkłami (szkła krzemieniowe-szkło okienne)
7.Co rozumiesz przez strukturę materiałów?
Uporządkowane rozmieszczenie składowych elementów fiz. (atomów lub grup atomów) w przestrzeni zgodnie z ogólnymi regułami.
8.Wyjaśnij zjawisko polimorfizmu.
Występowanie tego samego pierw. lub zw. chem. w więcej niż jednej strukturze kryst. np. Fe poniżej 912C ma strukturę kryst. RPC, natomiast powyżej tej temp. – strukturę RSC.
9.Jakie odmiany alotropowe ma żelazo?
Fea do 910C RPC, Feg 910C - 1400C RSC, Fea 1400C - 1539C RPC
10.Narysuj komórki elementarne typu A1 i A2 i zaznacz rozmieszczenie atomów.

11.Jakie znasz defekty struktury krystalicznej?
Defekty
b Punktowe(wakanse,obcy atom w pozycji węzłowej, obcy at. W pozycji międzywęzł.)
b Liniowe(dyslokacja liniowa, dyslokacja śróbowa i mieszana)
b Granic ziarna
12.Jaki jest wpływ gęstości dyslokacji na właściwości mechaniczne metali?

13.Jakie procesy występują podczas krystalizacji metali, od czego zależy ich nasilenie?
1.Tworzenie się zarodników krystalicznych.
2.Rozrost kryształów z tych zarodników.
Nasilenie ich zależy od rodz. Przechłodzenia. Przechłodzenie duże(duża ilość małych ziaren), małe (struktura złożona z dużych ziaren)
14.Wyjaśnij zróżnicowaną budowę krystaliczną wlewka stalowego.
# 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)
15.Wjaśnij poj. Dendrytu.
Dendryty(dendron po grecku drzewo)kryształy o kształcie drzewiastym, które się rozrastają.
16.Na czym polega proces modyfikacji odlewniczych stopów metali.
Polega na celowym wprowadzeniu do ciekłego metalu pewnych składników wywarzających bardzo drobną zawiesinę nierozpuszczających cząsteczek. Cząsteczki te stają się zarodkami krystalizacji, przez co otrzymuje się stop drobnoziarnisty.
17.Zasada pomiaru twardości oraz wady i zalety metody: a- Vickersa, b- Rockwella, c- Brinella
a)Vickersa polega na wciskaniu w badany materiał ostrosłupa diamentowego o podstawie kwadratu i o kącie wierzchołkowym. Twardość określamy HV=F/ S gdzie F- obciążenie, S- pole powierzchni odcisku.
ZALETY-zastosowanie do materiałów miękkich i super twardych,- do pomiaru twardości przedmiotów małych i cienkich warstw powierzchniowych,- duża dokładność pomiarów (metoda laboratoryjna)
WADY- staranne przygotowanie próbek,- duży czas pomiaru.
b)Rockwella polega na dwustopniowym wciskaniu w badany materiał stożka diamentowego o kącie 120 (skala C) albo kulki stalowej Ø1/16 " ( skala B) oraz pomiarze trwałego przyrostu głębokości odcisku- skala C- materiały twarde HRC od 20 do 65 używane obciążenie 150 kg.- skala B- stal wyżarzana HRB do 100 obciążenie 100 kg.
ZALETY -duża szybkość pomiaru,- możliwość automatyzacji,- metoda warsztatowa.
WADY-duże błędy pomiaru,- nierównomierność skal.
c)Brinella polega na wciskaniu w badany materiał kulki stalowej o średnicy D=10;5;2,5;2;1mm pod obciążeniem F. Twardość wyraża się stosunkiem obciążenia do powierzchni odcisku. Czas obciążenia ok. 10-15 s.

0,25 DŁ d Ł 0.6D
F=9,8KD2 [N]
ZALETY –możliwość pomiaru twardości stopów niejednorodnych,- wykorzystanie tylko jednej skali twardości.
WADY – duża pracochłonność,- nie można mierzyć twardości materiałów bardzo twardych,- nie można mierzyć warstw powierzchniowych.
18.Cel obserwacji zgładów trawionych i nietrawionych.
1)Obserwacja zgładu trawionego pozwala określić strukturę badanego materiału, wielkość ziarna, grubość warstwy o zmienionej strukturze związanej ze zmianą składu chemicznego lub obróbką cieplną.
2)Po wypolerowaniu zgładu metalograficznego mikroskopowego przeprowadza się badanie metalograficzne najczęściej dla określenia ilości, charakteru wtrąceń niemetalicznych, a także takich faz jak grafit w żeliwie szarym, sferoidalnym czy ciągliwym.
19.Wyjaśnij, na czym polega próba udarności metodą Charpy.
Próba udarności polega na złamaniu jednym uderzeniem młota wahadłowego próbki z karbem podpartej swobodnie na obu końcach i pomiarze energii złamania.
Próbki CHARPY a)R=0,25;h=2 KV[J] b)R=1;h=2 lub 5 KU[J]
20.Jake właściwości mech. Można określić w statycznej próbie rozciągania, zdefiniuj te właściwości.
-granica sprężystości Rs=Fs/S0
-granica plastyczności Re=Fe/S0
-wytrzymałość na rozciąganie Rm=Fm/S0
-wydłużenie A5, A10 a=[(Ll-L0)/L0] 100% A5 to L0=5d0
A10 to L0=10d0
-przewężenie Z=[(S0-Sl)?S0] 100%
21.Narysuj i opisz wykres rozciągania stali niskowęglowej.

22.Co to jest zgniot?
Możemy wyrazić ubytkiem przekroju materiału pod wpływem obróbki plastycznej(W wyniku zgniotu deformujemy sieć wewnętrzną. Deformując sieć krystaliczną wprowadzamy coraz więcej wad budowy krystalicznej. W wyniku zgniotu struktura się wydłuża w kierunku działania odkształcenia.
23. Jak zmieniają się własności mech. I fiz. metalu po zgniocie?
W wyniku zgniotu wzrastają właściwości Re, Rm, HB obniżeniu ulegają A5, U
24.Jak przebiegają zmiany właściwości (mech. i fiz.) metalu zgniecionego w różnych fazach procesu rekrystalizacji?
Etapy rekrystalizacji: zdrowienie, rekrystalizacja, rozrost ziaren.
Podczas zdrowienia maleją naprężenia własne, grubość ziarna nie ulega zmianie, maleje wytrzymałość na rozciąganie, rośnie przewężenie.
W czasie rekrystalizacji dalej maleją naprężenia własne, powstają nowe zarodki ziaren, dochodzi do zrównania się Rm z Z, a następnie dalszego wzrostu Z i spadku Z.
Podczas rozrostu ziaren z powstałych zarodków ziarna rozrastają się(powstaje struktura drobnoziarnista) dalej maleje Rm i rośnie Z.
26.Co to jest temp. rekrystalizacji i od czego zależy?
To najniższa temp. Przy, której zaczyna się rekrystalizacja. Temp. Rekrystalizacji zależy od temp. Topnienia [Tt]
Tr=aTt a=0,3/0,4
28. Co to jest obróbka plastyczna metali na gorąco?
Jest to obróbka powyżej Tr. Powoduje jednocześnie dwa procesy zgniot i rekrystalizację. Otrzymuje się strukturę całkowicie zrekrystalizowaną, gdy prędkość odkształcania jest dostatecznie mała by podczas zgniotu mogła zajść rekrystalizacja.
29. Techniczne znaczenie procesu rekrystalizacji?
Poprawia właściwości mechaniczne metali.
30.Jak są zbudowane roztwory stałe: różnowęzłowe i międzywęzłowe?
-Różnowęzłowe- węzły obsadzone są przez inny pierwiastek, atomy pierwiastków rozpuszczone zajmują pozycję na węzłach zamiast pierwiastków rozpuszczalnika.
-Międzywęzłowe- atomy innego pierwiastka zajmują pozycje w lukach pomiędzy węzłami. Pierwiastki te mają bardzo małą średnicę atomową.
33.Co to jest wykres równowagi fazowej?
Wykres układu równowagi fazowej przedstawia budowę fazową stopów w zależności od temp. I składu chemicznego.
34.Def. fazy.
Część układu o wyraźnych granicach, na których przynajmniej niektóre makroskopowe własności chemiczne lub fiz. Ulegają skokowej zmianie.
35.Jakie właściwości mają stopy eutektyczne?
-stała temp. krzepnięcia (najmniejsza w układzie), -stały skład chem.
-drobnoziarnistość (dobre wł. mech.)
36.Narysuj i opisz fazowo układ równowagi 2 metali A i B: a-nie rozp. Się w sobie w stanie stałym i z eutektyką b- z ograniczoną rozp. W stanie stałym i eutektyką.
38.Narysuj i opisz krzywą chłodzenia czystego żelaza.

40. Podaj def. Struktur występujących w układzie Fe-Fe3C.
-ledeburyt- mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu powstała w wyniku przemiany eutektycznej z roztworu ciekłego o zawartości 4,3%C w temp 1147C struktura jest trwała do temp. 723C
-perlit-mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu powstaje na skutek przemiany dyfuzyjnej w stanie stałym z austenitu o zawartości 0,8%C w stałej temp. 723C
-ledeburyt przemieniony-mieszanina eutektyczna perlitu i cementytu powstała z ledeburytu w temp. 723C w wyniku przemiany austenitu w perlit.
43.Jak można podzielić stopy żelaza według układu Fe-Fe3C?
-surówki;- stale;- żeliwa;- staliwa;- żelazostopy
Żelazo wysokiej czystości;- żelazo technicznej czystości
45.Podaj def. Żeliwa oraz dokonaj podziału żeliw.
Żeliwo to stop żelaza z C i innymi pierw. przeznaczony do formowania przedmiotów na drodze odlewania (stop odlewniczy) zawiera zwykle od 2 do 4%C i od 0,5 do3%Si, w którym podczas krzepnięcia zachodzi przemiana eutektyczna.

46.Jakie postacie grafitu i osnowy metalicznej mogą występować w żeliwach niestopowych?
GRAFIT: - płatkowy, - kulkowy,- kłaczkowy
OSNOWA METALICZNA: -perlityczne (0,69%C),- perlityczno –ferrytyczne (od 0.69 do 0%C),- ferrytyczne (0%C)
48.Jakie są zalety i wady żeliw szarych?
ZALETY-są powszechnie stosowane gdyż ich obróbka skrawaniem nie stwarza trudności, posiadają dobrą lejność i dlatego nadają się na odlewy o złożonych kształtach, posiada znacznych wymiarów płatki grafitu, które powoduje, że żeliwo posiada zdolność tłumienia drgań i minimalną wytrzymałość na rozciąganie
WADY-występuje grafit w postaci płatkowej, który powoduje zmniejszenie wytrzymałości żeliwa, żeliwa te są trudne do powlekania, żeliwa szare są odporne na ściskanie, łatwo skrawalne, mają dobre właściwości przeciwścierne, małe właściwości plastyczne tłumią drgania są niewrażliwe na wady powierzchniowe, mają bardzo dobre właściwości odlewnicze, niską temp. topnienia
49.Co to są żeliwa modyfikowane?
To żeliwa o takiej strukturze dla otrzymania której podczas wytopu używa się dany rodz. wsad metalowy. Dodaje się rożne pierwiastki np. krzem.
50.Co to są żeliwa sferoidalne i jak się je wytwarza?
Struktura żeliwa sferoidalnego składa się z kulek grafitu równomiernie rozłożonych w osnowie ferrytycznej, ferrytyczno-perlitycznej lub perlitycznej.
Do jego produkcji stosuje się wsad skłonny do zakrzepnięcia jako żeliwo szare ale o bardzo małej ilości zanieczyszczeń siarką, z płynnym wsadem wprowadza się stop magnezu co sprzyja grafityzacji w postaci drobnych kuleczek.
51.Struktura żeliw ciągliwych czarnych oraz sposób ich otrzymywania?
Materiałem wyjściowym do otrzymania żeliwa ciągliwego czarnego jest żeliwo białe podeutektyczne o strukturze Ldp, P i Fe3C wtórnego. Po nagrzaniu żeliwa do temp Acl P przemienia się w austenit, Ldp w Ld, a w temp. wyżarzania (950-1000) Fe3C ulega rozkł. Na węgiel żarzenia i austenit. Po dłuższym czasie stop otrzymuje strukturę austenitu i grafitu. Dalszy etap to proces chłodzenia stopu do temp. ok.760 dla wydzielania Fe3C wtórnego z austenitu, a następnie powolne chłodzenie do temp. 679C pozwalającej na rozkład Fe3C na węgiel żarzenia. W tym czasie austenit przemienia się w mieszaninę ferrytu i Fe3C kulkowego a następnie ferrytu i węgla żarzenia w wyniku grafityzacji Fe3C. Otrzymano strukturę ferrytu z węglem żarzenia.
52. Struktura żeliw ciągliwych perlitycznych oraz sposób ich otrzymywania?
Materiałem wyjściowym do otrzymania żeliwa ciągliwego perlitycznego jest żeliwo białe podeutektyczne o strukturze Ldp, P i Fe3C wtórnego. Po nagrzaniu żeliwa do temp Acl P przemienia się w austenit, Ldp w Ld, a w temp. wyżarzania (950-1000) Fe3C ulega rozkł. Na węgiel żarzenia i austenit. Po dłuższym czasie stop otrzymuje strukturę austenitu i grafitu. Ciągłe chłodzenie od temp. poniżej temp. Arl powoduje wydzielanie Fe3C wtórnego z austenitu i przemiany austenitu w perlit wytrzymanie w tej temp. przez pewien czas powoduje grafityzację Fe3C wtórnego. Czas jest zbyt krótki aby uległ grafityzacji Fe3C zawarty w perlicie. Strukturą końcową jest perlit przemieniony i węgiel żarzenia.
53.Na czym polega klasyfikacja żeliw szarych, sferoidalnych i ciągliwych?
Klasyfikacja tych żeliw polega na tym w jakiej postaci występuje grafit w żeliwach:
-sferoidalne-grafit kulkowy,
-szare-grafit płatkowy,
-ciągliwe-grafit kłaczkowy
54.Podaj def. Stali i staliwa oraz dokonaj podziału stali.
STAL-Jest to plastycznie przerobiony i cieplnie obrabialny stop żelaza z węglem (do ok. 2%) oraz innymi pierwiastkami otrzymany w procesach stalowniczych.
STALIWO-jest to cieplnie obrabialny stop żelaza z węglem oraz innymi pierwiastkami przeznaczony do wykonywania części maszyn poprzez odlewanie.
Stal dzieli się na:
1.ze względu na skł. chem.
-stale niestopowe (węglowe)
-stale stopowe
2.ze względu na podst. Zastosowanie
-stale konstrukcyjne
-stale narzędziowe
-stale o szczególnych właściwościach
3.ze względu na stopień czystości(jakość)określony max zawartością siarki i fosforu
-stale zwykłej jakości
-stale wyższej jakości
55.Jaką strukturę w stanie równowagi mogą posiadać stale niskostopowe?
Stal niestopowa w stanie wyżarzonym zgodnie z układemFe-Fe3C przy rosnącej zawartości węgla posiada następujące struktury:
-do 0,022%C ferryt z cementytem III-rzędowym,
-od0,022%C do 0,76%C ferryt z perlitem(struktura podeutektoidalna)
-0,76%C perlit (struktura eutektoidalna)
-powyżej0,76%C perlit z cementytem wtórnym(struktura nadeutektoidalna)
56.Jak węgiel wpływa na właściwości mech. stali?
Wzrost zawartości węgla w stali pociąga za sobą wzrost zawartości twardszych niż ferryt składników struktury, a to powoduje wzrost twardości ogólnej stali.
57.Jaki jest wpływ zanieczyszczeń na właściwości stali?
-stal zwykłej jakości P max i S max wynosi 0,050%
-stal wyższej jakości P max i S max wynosi 0,040%
Fosfor powoduje tzw. kruchość na zimno co wpływa negatywnie na wł. mech. stali.
Siarka powoduje tzw. Kruchość na gorąco co wpływa neg. na wł. mech. stali.
58.Na fragmencie układu Fe-Fe3C zaznacz zakres temperatur wyżarzania normalizującego, zmiękczającego, rekrystalizującego.
59.Wyżarzanie normalizujące, cel i sposób przeprowadzania, zmiany struktury i właściwości stali po wyżarzaniu.
Polega na nagrzaniu stali podeutektoidalnej do temp. 30-50C powyżej Ac3, a stali nadeutektoidalnej do 30-50C powyżej temp. Accm wygrzanie w czasie zapewniającym w powstanie drobnego ziarna austenitu a następnie chłodzeniu w spokojnym powietrzu. Normalizowanie stosuje się w celu usunięcia niewłaściwej struktury przedmiotów obrobionych cieplnie, a ponadto nadania jednakowej struktury wyjściowej stali przed dalszą obróbką cieplną w seryjnej produkcji. W celu rozdrobnienia i ujednorodnienia ziarna. Jest ono często stosowane do wyrobów, w których podczas obróbki plastycznej na gorąco uzyskuje się zróżnicowaną wielkość ziarna.
60.Wyżarzanie zmiękczające, cel i sposób przeprowadzania, zmiany struktury i właściwości stali po wyżarzaniu.
Polega na nagrzaniu stali do temp.A1, wygrzewaniu jej od kilku do kilkudziesięciu godzin, a następnie powolnym studzeniu w zakresie do 600C, dalsze studzenie może być szybsze np. w powietrzu.
Stosuje się je w celu uzyskania najmniejszej możliwej dla danej stali twardości, zapewniającej podatność stali do odkształceń na zimno w przypadku stali niskowęglowych, a dla stali powyżej 0,5%C ponadto do najlepszej podatności do obróbki skrawaniem. Końcową strukturą po wyżarzaniu jest cementyt kulkowy w osnowie ferrytu nazywany sferoidytem.