Pytania Do Kolokwium z Materiałów (PWr).doc

(1335 KB) Pobierz
1

1.      Podział polimerów ze względu na budowę i kształty mikrocząsteczek

2.      Podział materiałów inżynierskich i ich zastosowanie w inżynierii środowiska

Do podstawowych grup materiałów inżynierskich są zaliczane:

- metale i ich stopy,

- polimery,

- materiały ceramiczne,

- kompozyty.

3.      Odmiany alotropowe żelaza

Żelazo nie występuje w przyrodzie w postaci rodzimej.

Żelazo wykazuje dwie odmiany alotropowe. W temperaturze niższej 912°C oraz w zakresie temperatury od 1394 do 1538°C występuje odmiana alotropowa oznaczana α, a w zakresie wysokotemperaturowym oznaczana niekiedy również α(δ) lub δ. Odmiana α krystalizuje w sieci przestrzennie centrowanej układu regularnego A2. Roztwory stałe w żelazie a są nazywane ferrytem. W temperaturze niższej od temperatury 770°C, zwanej temperaturą Curie, żelazo a jest ferromagnetyczne a w temperaturze wyższej - paramagnetyczne.

W zakresie temperatury od 912°C do 1394°C stabilna jest odmiana żelaza γ o sieci  ściennie centrowanej układu regularnego A1. Roztwory stałe w żelazie γ są nazywane austenitem. Parametr sieci α każdej odmiany alotropowej żelaza zwiększa się wraz z podwyższeniem temperatury (rys. 8.5) i dla odmiany Feα wynosi 0,286 nm w temperaturze pokojowej i 0,293 nm w 1394°C, a dla odmiany γ - 0,365 nm w 912°C.

4.      Sprężystość materiałów

Wszystkie materiały charakteryzuje granica sprężystości, po przekroczeniu zaczyna się coś w nich dziać. Całkowicie kruche materiały pękają albo gwałtownie szkło), albo stopniowo (jak beton lub beton zbrojony). Większość materiałów technicznych czyni to nieco odmiennie; odkształcają się one plastycznie lub zmieniają swoje trwale. Jest bardzo ważne wiedzieć, kiedy i jak się one odkształcają.

Sprężystość liniowa

Na rysunku 4.1 przedstawiono krzywą naprężenie-odkształcenie dla materiału odznaczającego się idealną liniową sprężystością. Właściwość tę opisuje prawo Hooke'a .

Wszystkie materiały charakteryzują się liniową sprężystością dla małych odkształceń - najczęściej przyjmuje się je jako mniejsze niż 0,001 (0,1%). Nachylenie linii naprężenieodkształcenie, które jest takie samo w przypadku ściskania, jak i rozciągania,

wyznacza moduł Younga E. Powierzchnia (zakreskowana) oznacza zmagazynowaną energię odkształcenia sprężystego, przypadającą na jednostkę objętości: ponieważ jest to materiał sprężysty, możemy ją wyzwolić odciążając materiał, który zachowa się jak sprężyna płaska.

Sprężystość nieliniowa

Na rysunku 8.2 przedstawiono materiał o sprężystości nieliniowej. Taką krzywą naprężenie-odkształcenie charakteryzuje się guma, mająca możliwość rozciągania się do

bardzo dużych odkształceń (ok. 5). Materiał jest ciągle sprężysty: jeśli odciążymy go, powróci do stanu początkowego tą samą drogą co podczas obciążania i cała energia przypadająca na jednostkę objętości, zmagazynowana podczas obciążania, będzie odzyskana podczas odciążania - dlatego katapulty są tak groźne.

5.      Zastosowanie materiałów inżynierskich na przełomie lat

Człowiek od zarania dziejów wykorzystywał, a z czasem przetwarzał, materiały potrzebne

do zdobycia pożywienia, zwiększenia swego bezpieczeństwa i zapewnienia sobie odpowiedniego

poziomu życia. Śledząc dzieje cywilizacji ludzkiej można dojść do przekonania, że o j

ej rozwoju decyduje w dużej mierze rozwój materiałów i towarzyszący temu rozwój sił wytwórczych.

Świadczy o tym niewątpliwie między innymi nazwanie różnych okresów w dziejach i

ludzkości od materiałów decydujących wówczas o warunkach życia, np. epoki: kamienia,

brązu, żelaza (rys. 2.28).

6.      Stopy aluminium

Najogólniej - ze względu na sposób wytwarzania - stopy aluminium dzieli się na:

- do obróbki plastycznej,

- odlewnicze.

Niektóre z tych stopów mogą być stosowane zarówno jako odlewnicze jak i przeznaczone

do obróbki plastycznej.

Stopy do obróbki plastycznej zawierają zwykle do ok. 5% pierwiastków stopowych,

najczęściej Cu, Mg, Mn, niekiedy także Si, Zn, Ni, Cr, Ti lub Li. Niektóre z tych stopów są stosowane w stanie zgniecionym lub po wyżarzaniu rekrystalizującym, a część jest poddawana obróbce cieplnej polegającej na utwardzaniu wydzieleniowym. Odkształceniu plastycznemu, przy zachowaniu specjalnych warunków, można także poddawać stopy aluminium o stężeniu dodatków stopowych większym niż 5%.

Odlewnicze stopy aluminium są przeważnie stopami wieloskładnikowymi o dużym

stężeniu - od 5 do 25% - pierwiastków stopowych, głównie Si, Cu, Mg, Zn i Ni lub ich

różnych zestawień. Charakteryzują się dobrą lejnością i często małym skurczem odlewniczym.

W stanie lanym można także stosować stopy zawierające mniej niż 5% pierwiastków stopowych.

Stopy aluminium z krzemem

Aluminium tworzy z krzemem układ z eutektyką, występującą przy stężeniu 12,6% Si, i dwoma roztworami stałymi granicznymi o rozpuszczalności składników zmniejszającej się wraz z obniżeniem temperatury. Roztwór a (Si w Al) wykazuje sieć regularną typu Al. Aluminium w temperaturze eutektycznej rozpuszcza się w Si w bardzo niewielkim stężeniu - ok. 0,07%, a w temperaturze pokojowej nie wykazuje niemal zupełnie rozpuszczalności w Si.

Stopy aluminium z magnezem

Aluminium tworzy z Mg roztwór stały graniczny a o rozpuszczalności zmniejszającej się wraz z obniżaniem temperatury, krystalizujący w sieci ściennie centrowanej typu Al układu regularnego. W zakresie stężenia do ok. 35,5% Mg występuje mieszanina eutektyczna roztworu a z roztworem stałym wtórnym (3 na osnowie fazy elektronowej AlgMg5, krystalizującej w sieci regularnej złożonej. W stopach przemysłowych Al z Mg stężenie Mg jest zawarte w przedziale od 0,5 do ok. 13%. Stopy o małym stężeniu Mg wykazują dużą podatność na obróbkę plastyczną, a o dużym stężeniu - bardzo dobre własności odlewnicze.

Stopy aluminium z miedzią

W układzie podwójnym Al-Cu występują dwa roztwory stałe graniczne oraz 9 roztworów

wtórnych na osnowie faz międzymetalicznych. Niektóre z tych faz i roztworów wtórnych

utworzonych na ich osnowie krystalizują bezpośrednio z cieczy w wyniku reakcji eutektycznej lub perytektycznej, niektóre zaś powstają w stanie stałym. Eutektyka występuje przy stężeniu 33% Cu i jest złożona z roztworu

Wieloskładnikowe stopy aluminium z cynkiem

Czteroskładnikowe stopy Al z Zn, zawierające Mg i Cu (tabl. 10.17 wg PN-EN 573-3:2004 (U) i PN-EN 573-3/Ak:1998), dotychczas nazywane duralami cynkowymi, wykazują najwyższe własności wytrzymałościowe ze wszystkich stopów aluminium. W stanie utwardzonym wydzieleniowo ich wytrzymałość na rozciąganie Rm osiąga ok. 700 MPa, a granica plastyczności R 0 2 - ok. 600 MPa, przy małym wydłużeniu A = 2-^5%. Ograniczenie ich stosowania jest związane z małą odpornością na działanie podwyższonej temperatury. Stopy te są także mało odporne na korozję, w szczególności naprężeniową, i z tego względu często plateruje się je aluminium lub stopem Al z Zn. Niektóre stopy aluminium z cynkiem można też stosować jako odlewnicze ( wg PN-EN 1706:2001).

7.      Stopy żelaza

Ogólna klasyfikacja stopów żelaza z węglem

Stale i staliwa

W zależności od stężenia węgla oraz sposobu wytwarzania można dokonać ogólnej klasyfikacji stopów żelaza z węglem. Stopy o stężeniu węgla mniejszym od ok. 0,05% są

nazywane żelazem technicznym. Stopy zawierające zwykle mniej niż 2% węgla, otrzymywane w wyniku odlewania i następnej obróbki plastycznej, są nazywane stalami.

Odlewnicze stopy o tym samym stężeniu węgla noszą nazwę staliw. W stalach i staliwach węgiel występuje w postaci związanej w cementycie.

Surówki i żeliwa

Stopy żelaza o stężeniu powyżej 2% C o składzie fazowym zgodnym z wykresem Fe-Fe3C

noszą nazwę surówek białych, natomiast krzepnące zgodnie z wykresem żelazo-grafit są

nazywane surówkami szarymi. Surówki przetopione w żeliwiaku lub w innym piecu elektrycznym, często z dodatkiem złomu stalowego, noszą nazwę żeliw. Żeliwami są więc nazywane stopy odlewnicze żelaza z węglem zawierające zwykle powyżej 2% C .

Stale, staliwa oraz żeliwa niestopowe i stopowe

Stopy żelaza z węglem o niewielkim stężeniu innych pierwiastków w postaci domieszek lub

zanieczyszczeń są nazywane odpowiednio stalami, staliwami lub żeliwami niestopowymi

(określane jako węglowe). Do domieszek, które korzystnie wpływają na własności, należą Mn, Si, Cr, Ni i Cu. Natomiast zanieczyszczenia, takie jak P, S, O, H, N, wywierają ujemny wpływ na własności stopów żelaza. Pierwiastki, których stężenie przekracza umowną wartość dodawane do stopów żelaza z węglem (dla polepszenia własności) noszą nazwę dodatków stopowych. Stale, staliwa i żeliwa zawierające dodatki stopowe są nazywane stopowymi.

8.      Nagłe pękanie

Niekiedy konstrukcje zaprojektowane poprawnie z punktu widzenia zarówno odkształcenia sprężystego, jak i plastycznego ulegają katastroficznemu zniszczeniu w wyniku nagłego pękania. Cechą wspólną tego typu sytuacji-pękania spawanych kadłubów statków, spawanych mostów i rur gazociągów oraz zbiorników ciśnieniowych - jest obecność pęknięć będących często efektem błędów spawania. Nagłe pękanie jest spowodowane wzrostem - zachodzącym z szybkością propagacji dźwięków w danym materiale - istniejących pęknięć, które nagle stają się niestabilne.

Krytyczny warunek nagłego pękania przybierze wówczas postać:

9.      Wykresy dla polimerów kruchych, plastomerów i elastomerów

Na rysunku 11.17 przedstawiono trzy typowe przebiegi krzywych odkształcenia materiałów polimerowych. ...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin