Defekty sieci krystalicznej: Niedoskonałości w ułożeniu atomów nazywamy defektami sieciowymi. Defektami punktowymi nazywa się zakłócenia budowy krystalicznej umiejscowione wokół punktu. Wśród defektów punktowych wyróżniamy:• wakancje (luki) –brak atomu w węźle • atomy w pozycjach międzywęzłowych (powstają wskutek oddziaływania sieci z fononamim odkształcenia plastycznego, naświetlenia promieniami jonizującymi). •atomy domieszek (powodują zniekształcenie sieci), •defekty złożone (podwójna wakancja). Defekty punktowe powstają pod wpływem drgań cieplnych atomów.> defekt Frenkla (atom z pozycji węzłowej przechodzi w między-węzłową, powstają dwa defekty)> defekt Schottky’ego (atom z pozycji węzłowej przemieszcza się na powierzchnię). Defekty liniowe, zwane dyslokacjami, mają jeden wymiar znacznie większy w porównaniu z dwoma pozostałymi (poprzecznymi). Wokół nich następuje zniekształcenie sieci. Dyslokacje wprowadzono dla wyjaśnienia mechanizmu odkształcenia plastycznego, a zwłaszcza rozbieżności pomiędzy teoretyczną i rzeczywistą granicą plastyczności. Rozróżnia się dwa zasadnicze rodzaje defektów liniowych: • dyslokacja krawędziowa - powstaje przez wprowadzenie w kryształ ekstra płaszczyzny. Cechą charakterystyczną dyslokacji jest duże odkształcenie sieci, co jest spowodowane dążeniem atomów sąsiadujących z linią dyslokacji do dostosowania swych położeń do warunków wytworzonych przezbrak płaszczyzny W zależność od usytuowania dodatkowej półpłaszczyzny rozróżnia się dyslokację dodatnią, oznaczoną symbolem - ⊥ i ujemną, oznaczoną symbolem T (pionowa kreska w symbolu dyslokacji oznacza dodatkową półpłaszczyznę, pozioma — płaszczyznę poślizgu) miarą dyslokacji jest wektor Burgersa, wyznaczony poprzez kontur Burgersa i prostopadły do linii dyslokacji krawędziowej. Przemieszczają się pod wpływem naprężeń stycznych w płaszczyźnie poślizgu prostopadłych do linii dyslokacji. • dyslokacja śrubowa - w wyniku przesunięcia płaszczyzn atomowych w krysztale, w którym wystąpiło ścięcie o jedną odległość międzyatomową wzdłuż określonej płaszczyzny pod warunkiem, że wszystkie atomy na części płaszczyzny poślizgu zostaną przesunięte w tym samym kierunku, równolegle do granicy tego przesunięcia, wyznacza granicę między przesuniętą i nieprzesuniętą częścią kryształu, Efektem dyslokacji śrubowej jest charakterystyczne zniekształcenie sieci kryształu polegające na tym, że płaszczyzny atomowe prostopadłe do linii dyslokacji tworzą powierzchnię śrubową, przy czym dyslokacja jest jej osią. W zależności od kierunku skręcenia płaszczyzn atomowych dyslokacje mogą być prawo lub lewoskrętne wektor Burgersa jest równoległy do linii dyslokacji śrubowej . Przemieszczają się pod wpływem naprężeń równoległych do linii dyslokacji .> Jeśli wektor Burgersa tworzy z linią dyslokacji kąt różny od 0 i to mamy dyslokację mieszaną. Ruchy dyslokacji: poślizg- ruch dyslokacji po płaszczyznach poślizgu pod wpływem naprężeń stycznych; wspinanie –w wyniku naprężeń normalnych (dyfuzyjny ruch dyslokacji). Defekty powierzchniowe są to dwuwymiarowe defekty struktury krystalicznej, takie jak: granice ziarn, granice międzyfazowe, błędy ułożenia. • materiały krystaliczne są agregatami dużej liczby kryształów (zwykle 10-100 m) różniących się przestrzenną orientacją krystalograficzną – polikryształy • poszczególne kryształy nazywamy ziarnami, a powierzchnie styku ziarn - granicami ziarn (szerokokątowe, wąskokątowe).Mechanizmy umocnienia a) roztworowe: Mechanizm skuteczny ale trudno uzyskuje się większe efekty ze względu na ograniczoną rozpuszczalność pierwiastków. Duży efekt umocnienia uzyskuje się przy wykorzystaniu przemiany martenzytycznej. b) dyslokacyjne:Mechanizm skuteczny w wyrobach przerabianych plastycznie. Podczas eksploatacji temperatura nie może wzrosnąć powyżej 0.3 . c) wydzieleniowe: Mechanizm wykorzystywany w stopach w których rozpuszczalność domieszki maleje ze spadkiem temperatury a wydzielane cząstki są koherentne lub częściowo koherentne z osnową i charakteryzują się dużą dyspersją. Temperatura eksploatacji musi być niższa od temperatury koagulacji lub rozpuszczania cząstek. d) rozdrobnienie ziarn: Najkorzystniejszy mechanizm umocnienia gdyż oprócz wzrostu wytrzymałości powoduje spadek temperatury przejścia w stan kruchy. Mechanizm skuteczny w metalach i stopach stosowanych przy niższych temperaturach. Szeroko stosowany w stalach mikrostopowych. e) Odkształceniowe - zjawisko wzrostu wytrzymałości metali w trakcie ich deformacji plastycznej poniżej temperatury rekrystalizacji - wynik wzajemnego oddziaływania dyslokacji. Nieruchome dyslokacje blokują dyslokacje zdolne do ruchu – dyslokacje stają się przeszkodami w ruchu dl asamych siebie (przecinanie się dyslokacji prowadzi do powstania silnych przeszkód w postaci nieruchomych uskoków.
Statyczna próba rozciągania Próba statyczna rozciągania jest jedną z podstawowych prób stosowanych do określenia jakości materiałów konstrukcyjnych wg kryterium naprężeniowego w warunkach obciążeń statycznych. Pozwala bowiem na obserwację zachowania się materiału w całym zakresie odkształceń (sprężystym, sprężysto – plastycznym aż do zerwania), można na jej podstawie określać nie tylko cechy wytrzymałościowe, ale także plastyczne materiału. Próba polega na rozciąganiu próbki , na ogół aż do zerwania, maszyną wytrzymałościową, umożliwiającą zarejestrowanie zależności użytej siły od wydłużenia próbki i wyznaczeniu jednej lub więcej własności mechanicznych przy temperaturze otoczenia (10-35°C), z których najważniejsze to: wskaźniki wytrzymałości i plastyczności. Wymiary próbki, def. Parametrów są znormalizowane. Parametry • wytrzymałość na rozciąganie Rm- jest to naprężenie odpowiadające największej sile Fm. Rm=Fm/So. • wyraźna granica plastyczności - jest to naprężenie, powodujące przyrost odkształcenia plastycznego bez wzrostu siły (wyróżnia się górną i dolną granicę plastyczności) Re=Fe/So. •umowna granica plastyczności - jest to naprężenie określone podczas trwania próby, powodujące nieproporcjonalny przyrost wydłużenia równy umownemu procentowi początkowej długości pomiarowej próbki R0,2 = F 0,2 / S0, umowna granica sprężystości R0.05=F0.05/So, wydłużenie względne A=(lu-lo)/lo, przewężenie względne Z=(So-Su)/So.
Metody pomiaru twardości: Metoda Brinella: Polega na wciskaniu w materiał kulki stalowej o średnicy D=10;5;2,5;2 lub 1mm, przyzastosowaniu siły F, zależnej od średnicy kulki D i twardości materiału zgodnie zewzorem: F=9.806 KD2 , K - współczynnik zależny od twardościK=30 (HB=96-650)K=15 (50-325HB) K=10 (32-200HB) K=5 (16-100HB)K=2,5 (8-50HB), Przy właściwym doborze siły średnica odcisku d powinna mieścić się w następującym zakresie: 0.25D<d<0.6D, Twardość według metody Brinella w jednostkach niemianowanych HBW wynosi: (0,102 ×2F )/τ*D*[D-D^2-d^2] [F w N, D i d w mm.] Granicą stosowalności metody Brinella jest twardość 450HB, gdyż przy większej twardości następuje już duży błąd związany z odkształceniem kulki. Stosując kulki z węglików spiekanych, można mierzyć twardość do HBW 650. W przypadku kulki stalowej stosuje się symbol HBS, a w przypadku kulki z węglików spiekanych – symbol HBW. Metoda Vickersa: pomiaru twardości polega na wciśnięciu w metal diamentowego ostrosłupa o podstawie kwadratu i kącie między przeciwległymi ścianami równym 136°, przy obciążeniu równym 1.961, 2.942, 4.903, 9.807, 19.61, 29.42, 49.03, 98.07, 196.1, 294.2, 490.3 lub 980.7 N. Pomiary twardości przy obciążeniu w zakresie 1,961 do 29,42 N (HV 0,2 do HV 3) są nazywane próbami przy małej sile obciążającej, natomiast pomiary przy obciążeniu poniżej 1,9 N – próbami mikrotwardości. Liczbę twardości obliczamy jako stosunek siły nacisku F (w N) do pola powierzchni odcisku A (w mm ): HV = F/A=0,102 2Fsin (α/2)d^2 ≈0,1891 F/d^2. Twardość Vickersa jest oznaczana symbolem HV poprzedzanym wartością twardości, po którym następują: liczba określająca obciążenie w kG oraz ewentualnie czas działania siły obciążającej w sekundach, jeżeli jest on dłuższy od 15s. Np. 520HV30/20 oznacza twardość Vickersa równą 520 jednostek, zmierzoną przy użyciu siły 30kG=294,2N i czasie obciążenia 20s. Metoda Rockwella pomiaru twardości polega na dwustopniowym wciskaniu w badany materiał wgłębnika oraz pomiarze trwałego przyrostu głębokości odcisku po odciążeniu. Twardość Rockwella jest różnicą stałej głębokości K odpowiadającej obciążeniu wstępnemu F0 wgłębnika (w postaci stożka diamentowego o kącie wierzchołkowym 120° przy skalach A, C, D i N, albo kulki stalowej lub z węglików spiekanych o średnicy 1,5875 mm przy skalach B, F, G i T lub o średnicy 3,175 mm przy skalach E, H i K) oraz trwałego przyrostu głębokości odcisku h spowodowanego przez obciążenie główne F1 i mierzonego po odciążeniu w jednostkach równych 0,002 mm przy skalach A, B, C, D, E, F, G, H i K oraz w jednostkach równych 0,001 mm przy skalach N i T: HRB =0,260,002 - h0,002=130 - h0,002 |HRC =0,200,002 - h0,002=100 - h0,002
Hartowanie ma na celu uzyskanie maksymalnej twardości stali. Polega na nagrzaniu stali do temperatury hartowania, wygrzaniu w tej temperaturze i następnym chłodzeniu z szybkością pozwalającą uzyskać strukturę martenzytyczną lub bainityczną. W zależności od tego, jaka objętość elementu hartowanego jest nagrzana do temperatury hartowania, rozróżniamy - hartowanie objętościowe ; - hartowanie powierzchniowe Aby zahartować stal, należy przedmiot chłodzić z szybkością większą od krytycznej, która zależy odhartowności stali. Stale o dużej szybkości krytycznej chłodzi się w wodzie, o mniejszej zaś – w olejach lub innych ośrodkach. Krytyczna szybkość chłodzenia jest tylko jednym z kryteriów doboru ośrodka chłodzącego. Inny ważny czynnik to wielkość i złożoność kształtu przedmiotu i wynikające naprężenia cieplne i strukturalne. Jeśli wybrany ze względu na krytyczną szybkość chłodzenia ośrodek powoduje nadmierne odkształcenia lub pęknięcia, to należy zmienić gatunek stali na inny o większej hartowności, co umożliwi zastosowanie ośrodka o mniejszej intensywności chłodzenia. • hartowanie objętościowe(przy hartowaniu objętościowym austenityzowanie obejmuje całą objętość obrabianego cieplnie przedmiotu, a grubość warstwy zahartowanej zależy wyłącznie od własności materiału i szybkości chłodzenia: ): - zwykłe (polega na ciągłym chłodzeniu przedmiotu w jednym ośrodku chłodzącym od temperatury austenityzowania do temperatury otoczenia. Po takim chłodzeniu w przedmiocie tworzą się największe naprężenia = hartownicze), -stopniowe (polega na chłodzeniu przedmiotu z przystankiemizotermicznym, które realizuje się zwykle poprzez chłodzenie w stopionych solach o temperaturze wyższej od Ms o ok. 20-40°C. Po wyjęciu z soli przedmiot dochładza się zwykle w powietrzu do temperatury otoczenia. Realizuje się w nim wyłącznie przemiana martenzytyczna.), -przerywane(- polega na chłodzeniu przedmiotu w dwóch ośrodkach,np. najpierw w wodzie do temperatury nieco wyższej do Ms , a następnie w oleju- do temperatury otoczenia.), -bainityczne (polega na chłodzeniu przedmiotu z przystankiem izotermicznym na tyle długim, aby mogła zajść przemiana austenitu w bainit dolny (temperatury wyższe od Ms , ale nie przekraczające 350°C.) /• hartowanie powierzchniowe -polega na szybkim nagrzaniu tylko warstwy wierzchniej przedmiotu do temperatury hartowania i następnie szybkim jej ochłodzeniu. Nie wywołuje ono zatem dużych naprężeń i odkształceń termicznych. Ważniejsze cechy: - Nagrzewanie cienkiej warstwy w miejscach, gdzie to jest wymagane- Zmniejszenie odkształceń hartowniczych- Krótki czas obróbki- Minimalne utlenianie powierzchni- Możliwość zastępowania stali stopowych przez węglowe i niskostopowe.\ W zależności od sposobu nagrzewania hartowanie powierzchniowe dzielimy na: -indukcyjne (polega na nagrzaniu warstwy wierzchniej materiału prądem elektrycznym indukowanym przez zmienne pole magnetyczne),-płomieniowe(polega na nagrzaniu powierzchni przedmiotu palnikami gazowymi i następnie szybkim oziębianiu natryskiem wodnym), -laserowe,- kąpielowe,- kontaktowe,-elektrolityczne, -impulsowe. Stale niestopowe podeutektoidalne hartuje się od temperatur 30-50°C wyższych od Ac3, zaś stale nadeutektoidalne - od temperatur 30-50°C wyższych od Ac1. Dolna granica zakresu 30-50°C wynika z konieczności ujednorodnienia austenitu podwzględem zawartości węgla (tuż po przemianie podczas nagrzewania austenit utworzonyw obszarach uprzedniego występowania perlitu ma znacznie większą zawartość węgla niżaustenit powstały w obszarach uprzedniego występowania ferrytu; w stalach nadeutektoidalnych natomiast tuż po przekroczeniu temperatury rozpoczyna się rozpuszczanie cementytu drugorzędowego, co lokalnie wzbogaca austenit w węgiel). Nagrzewanie do temperatur wyższych niż 50°C od temperatur krytycznych ( Ac3 czy Ac1) może natomiast doprowadzić do nadmiernego rozrostu ziarna austenitu (podeutektoidalne) oraz rozpuszczenia zbyt dużych ilości cementytu drugorzędowego (nadeutektoidalne).
Aluminium –mały ciężar właściwy, odporność na korozje, pokrywa się warstwą tlenku tzw pasywacja chroniącą przed dalsza korozją, sieć krystaliczna A1,Stopy aluminium Mają wysoki wskaźnik własności wytrzymałościowych odniesionych do gęstości.Stosunkowo niewielkie własności wytrzymałościowe aluminium można zwiększyć – nawet kilkakrotnie – przez wprowadzenie pierwiastków stopowych oraz obróbkę cieplną stopów. W porównaniu ze stalami stopy aluminiowe charakteryzują się znacznie mniejszą masą, a w niskiej temperaturze – większą udarnością. Najogólniej stopy aluminium dzieli się na: odlewnicze i do obróbki plastycznej. Odlewnicze stopy aluminium są przeważnie stopami wieloskładnikowymi o dużym stężeniu – od 5 do 25% – pierwiastków stopowych, głównie Cu, Si, Mg i Ni lub ich różnych zestawień. Charakteryzują się dobrą lejnością i często małym skurczem odlewniczym. Stopy do obróbki plastycznej zawierają znacznie mniej, bo ok. 5%, pierwiastków stopowych, zwykle Cu, Mg, Mn, niekiedy także Si, Zn, Ni, Cr, Ti lub Li. Niektóre z tych stopów są po wyżarzaniu ...
xkonradox