Jakie są podstawowe własności metali i stopów ?



Pobieranie 472,16 Kb.
Strona1/6
Data14.02.2018
Rozmiar472,16 Kb.
  1   2   3   4   5   6

  1. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA MATERIAŁOW.


1.1 Jakie są podstawowe własności metali i stopów ?

  1. Własności fizyczne (barwa, połysk, dźwięk):

a). ciężar właściwy,

b). własności cieplne:



  • temperatura topnienia (topliwość),

  • temperatura wrzenia (parowanie),

  • ciepło właściwe – jest to ilość ciepła, jaka jest potrzebna do ogrzania jednostki masy ciała (1g) o 1 stopień Celsjusza,

  • ciepło topnienia – jest to ilość ciepła potrzebna do przeprowadzenia ciała ze stanu stałego do stanu ciekłego,

  • rozszerzalność cieplna – ciało powiększa swą objętość lub długość pod wpływem ciepła,

  • przewodność cieplna jest różna dla różnych ciał.

c). własności elektromagnetyczne:

  • przewodność elektryczna – wszystkie metale i stopy przewodzą prąd elektryczny,

  • własności magnetyczne – metale umieszczone w polu magnetycznym ulegają namagnesowaniu.

  1. Własności mechaniczne:

a). wytrzymałość przy obciążeniach stałych (rozciąganie, zginanie, skręcanie), wytrzymałość stanowi miarę zwartości materiału,

b). wytrzymałość przy obciążeniach zmiennych – wytrzymałość na zmęczenie materiału, materiał podlega działaniu sił, które zmieniają swą wielkość od zera do pewnej granicy,

c). twardość – odporność materiału na odkształcenia trwałe lub sprężyste, które powstają na skutek obciążeń miejscowych,

d). kruchość i udarność:

kruchość to brak odporności materiału na uderzenia i gwałtowne obciążenia,

udarność to odporność materiału na uderzenia lub gwałtowne obciążenia.




  1. Własności technologiczne:

a). skrawalność (obrabialność) podatność na działanie narzędzi

obrabiających,

b). ścieralność

c). przydatność do odlewnictwa:



d). ciągliwość i plastyczność – czy materiał daje się wyciągać i

i ulega odkształceniom, nie pęka,

e). kowalność – własność umożliwiająca obróbkę plastyczną

drogą walcowania lub kucia (na zimno i gorąco),

f). spawalność - próby spawalności przeprowadza się różnymi

sposobami w zależności od metody spawania.




  1. Własności chemiczne:

a). odporność na korozję (kwasoodporność, nierdzewność):

  • korozja chemiczna polega na niszczącym działaniu gazów lub cieczy nie zawierających wody,

  • korozja elektrochemiczna ma miejsce wtedy, gdy korodująca ciecz jest elektrolitem,

b). ognioodporność – odporność na korozję w wysokich

temperaturach, powyżej 550 stopni Celsjusza.




1.2 Jakie cechy charakteryzują proces wytwarzania materiału?





  1. Procesy technologiczne (odlewanie, przeróbka plastyczna na zimno i gorąco, obróbka skrawaniem i montaż).

  2. Procesy pomocnicze:

  • kontrola techniczna jakości,

  • transport międzywydziałowy i międzyoperacyjny,

  • magazynowanie,

  • ostrzenie narzędzi itp.


1.3 Jak można podzielić materiały techniczne ?


  1. Stal i staliwo:

a). stal to stop żelaza z węglem, zawierający domieszki

manganu i krzemu:



  • stale węglowe,

  • stale stopowe,

b). staliwo:

  • węglowe – składa się z żelaza i węgla oraz domieszek krzemu, manganu, fosforu i siarki,

  • stopowe – różni się od węglowego składnikami stopowymi.




  1. Żeliwo – stop żelaza z węglem z domieszkami krzemu,

manganu, fosforu i siarki:

a). żeliwo białe,

b). żeliwo szare,

c). żeliwo stopowe,

d). żeliwo perlityczne.



  1. Metale niezależne i ich stopy:

a). Glin Al,

b). Chrom Cr,

c). Cyna Sn,

d). Cynk Zn,

e). Magnez Mg,

f). Mangan Mn,

g). Molibden Mb,

h). Miedź Cu,

i). Ołów Pb,

j). Mosiądz (Zn + Cu),



k). Brąz (Sn + Cu),


  1. Tworzywa sztuczne.

  2. Materiały ceramiczne.



1.4 Jakie procesy technologiczne są stosowane do metali i stopów ?


  1. Wyżarzanie – jest zabiegiem cieplnym polegającym na nagrzaniu stopu do odpowiedniej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze i chłodzeniu do temperatury otoczenia. Rozróżniamy następujące rodzaje wyżarzania:

    • Ujednoradniające – stosowane do wlewków stali stopowych. Ma ono na celu usunięcie przez dyfuzję w stanie stałym segregacji dendrytycznej w obszarach ziarn.

    • Normalizujące – ma na celu otrzymanie równomiernej budowy drobnoziarnistej, która zapewnia lepsze własności mechaniczne niż gruboziarnista.

    • Zmiękczające – stosuje się głównie do tych stali, w których występują duże kryształy cementytu w perlicie oraz siatka cementytu otaczająca pierwotne ziarna austenitu. Polega na nagrzaniu stali do temperatury określonej w przybliżeniu przemianą A1 i następnie studzeniu po długotrwałym wygrzewaniu.

    • Odprężające – stosuje się w celu usunięcia lub zmniejszenia naprężeń własnych powstałych w materiale wskutek zgrubnej obróbki skrawaniem, odlewania, spawania lub obróbki plastycznej odbywającej się w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji, tj. na zimno.

  2. Hartowanie – jest zabiegiem cieplnym polegającym na nagrzaniu stali do temperatury wyższej o około 30C od temperatury przemiany A3 (linia GSK), wygrzaniu jej w tej temperaturze i oziębieniu z szybkością zwykle większą od szybkości krytycznej. Rozróżniamy hartowanie zupełne i niezupełne oraz powierzchniowe: płomieniowe, indukcyjne i kąpielowe.

  3. Odpuszczanie – polega na nagrzaniu hartowanej stali do temperatury niższej od temperatury przemiany A1, wygrzaniu w tej temperaturze i chłodzeniu najczęściej na powietrzu, niekiedy w oleju. Celem odpuszczania jest zmniejszenie naprężeń w stali hartowanej i następnie zmniejszenie jej kruchości i twardości oraz zwiększenie własności plastycznych i sprężystych.

  4. Przesycanie – można stosować do stopów wykazujących zmniejszający się wraz z temperaturą zakres istnienia roztworów stałych. Polega ono na nagrzaniu stopu do temperatury, w której rozpuszczalność w stanie stałym jest dostatecznie duża i umożliwia otrzymanie stopu jednofazowego. Szybkie chłodzenie od tej temperatury umożliwia zatrzymanie składnika stopowego w roztworze stałym. Roztwór stały, w którym znajduje się więcej składnika rozpuszczonego niż to z warunków równowagi wynika , nazywa się roztworem przesyconym.


1.5. Jakimi własnościami cechują się polimery ?
Polimery są to materiały powstające przez połączenie się bardzo wielu jednakowych lub różnych prostych cząsteczek, zbudowanych głównie z atomów węgla i wodoru z możliwym jednak udziałem atomów chloru, krzemu, fluoru i siarki. Polimery są zwane także tworzywami sztucznymi lub plastykami. Polimery mają małą gęstość, znaczną wytrzymałość mechaniczną np. wytrzymałość na rozciąganie dochodzi niekiedy do 60 MPa, posiadają dobre własności przeciwcierne, znaczną odporność na działanie czynników atmosferycznych, dobre własności elektroizolacyjne, dobre własności dielektryczne, dobrą plastyczność, ładny wygląd. Te własności spowodowały, że polimery znalazły duże zastosowanie w technice oraz do produkcji wyrobów codziennego użytku.
1.6. Jakie są główne grupy polimerów ?
Polimery dzieli się na termoplasty, duroplasty i elastomery. Termoplasty miękną po nagrzaniu i dają się łatwo kształtować, duroplasty podczas polimeryzacji przechodzą nieodwracalnie w stan utwardzony i kruchy i nie można ich w tym stanie formować, a elastomery wykazują zdolność po dużym odkształceniu przy temperaturze pokojowej do natychmiastowego powrotu do postaci pierwotnej (są to kauczuki: naturalny i syntetyczne).

1.7. Jak sklasyfikować materiały ceramiczne ?
Materiały ceramiczne są wytwarzane z drobnych ziarn mineralnych, przez formowanie i wypalanie przy wysokiej temperaturze, a ostatnio także przez rozwłóknianie i natryskiwanie. Materiały ceramiczne można podzielić na różne grupy jak porcelanowe, porcelitowe, fajansowe, kamionkowe, ogniotrwałe, elektroizolacyjne, ceramikę budowlaną (cegły, kafle, dachówki, klinkier, ceramikę dekoracyjną i sanitarną), wyroby porowate i włókniste, a także materiały wiążące (cement i gips). Do ceramiki zalicza się również szkło. W ostatnich latach coraz większego znaczenia nabierają nowe materiały zwane cermetalami (są to spieki ceramiczno-metalowe), które stosuje się np. na narzędzia i łopatki turbin.
1.8. Jakie znasz przykłady materiałów kompozytowych ?
Kompozytem – nazywamy tworzywa składające się z dwóch lub więcej faz o własnościach nieosiągalnych w innym materiale.

Przykładem kompozytów są: - żelazobeton, - szkło zbrojone, - eternit, - wąż olejowy, do powietrza, ogrodowy, - opona (np. samochodowa), - pas transmisyjny (przekazujący napęd między dwoma elementami).


1.9. Jakimi własnościami wytrzymałościowymi i ciągliwymi cechują się podstawowe grupy materiałów inżynierskich.
Podstawowe własności wytrzymałościowe to:

  1. wytrzymałość zmęczeniowa – nazywamy największą wartość naprężenia zmieniającego się w czasie, jaką materiał może wytrzymać przy nieograniczonej liczbie cykli zmian obciążenia.

  2. twardość – określa odporność materiału na odkształcenia trwałe, powstające wskutek wciskania weń wgłębnika.

  3. udarność – czyli odporność na uderzenia, sprawdza się za pomocą próby polegającej na złamaniu jednym uderzenie młota wahadłowego próbki o określonym kształcie i wymiarach.

Do własności ciągliwych należy:

  1. plastyczność – określa podatność materiału do odkształceń trwałych, niezbędnych do nadania właściwych kształtów produktom. Własności plastyczne metali ocenia się na podstawie znormalizowanych prób, np. (zginania, przeginania taśm i drutów oraz tłoczności).


1.10. Które materiały inżynierskie cechują się dobrymi własnościami w podwyższonej temperaturze i w warunkach korozyjnych.
Dobrymi własnościami w podwyższonych temperaturach cechują się stale, które zawierają molibden (Mo).

Np. stal żaroodpornajest przeznaczona do pracy w wysokich temperaturach. Są to stale chromowo – niklowe zawierające 4,5 do 20% Cr i 0,5 do 37% Ni. Te stale stosuje się na zawory silników spalinowych i skrzydełka turbin.



Stal stopowa do pracy na gorąco – jest używana do wyrobu narzędzi kształtujących materiał w stanie nagrzanym lub ciekłym, czyli na matryce kuzienne, walce, ciągadła i formy do odlewania pod ciśnieniem.

Natomiast materiały cechujące się dobrymi własnościami w warunkach korozyjnych zawierają: chrom (Cr) i nikiel (Ni).

Np. stale stopowe o szczególnych właściwościach – są używane na części maszyn i urządzeń pracujących w ośrodkach korodujących i w podwyższonych temperaturach. Stale odporne na korozję i kwasoodporne są to stale chromowe zawierające 12 do 22% Cr.
\2. Budowa materii.

2.21 JAK ZBUDOWANY JEST ATOM ?
Atom składz się z jądra zlokalizowanego w środku atomu i pozajądrowego układu elektronów. Jądro naładowane jest dodatnio i ma dużą masę a małe wymiary. Elektrony natomiast mają minimalną masę a zajmują w porównaniu z jądrem dużą przestrzeń. Ich ładunek jest ujemny i równy co do wartości dodatniemu ładunkowi jądra.

Według Bohra elektrony krążą wokół centralnie położonego jądra po ściśle "dozwolonych" torach w kształcie okręgów, które nazywamy orbitami stacjonarnymi. Orbity stacjonarne powinny znajdowaćsię w różnej odległości od jądra. Każdej orbicie odpowiada określona energia elektronu a elektrony krążą po orbicie nie tracąc energi. Dopiero przeskok elektronu z jednej orbity na drugą daje zysk lub stratę określonej porcji energi czyli kwantu.




2.3 CO OPISUJĄ LICZBY KWANTOWE ?
Są to liczby wymierne, które określają te wielkości fizyczne, które mogą przybierać waetości dozwolone a nie dowolne. W ramach mechaniki kwantowej pięć parametrów ruchu elektronów podlega kwantowaniu.

  • Główna liczba kwantowa {symbol n} kwantuje energię elektronów i może przybierać wartości kolejnych liczb naturalnych {np. 1,2,3,4...e} aż do nieskończoności.

-praktyczne jej znaczenie to wyodrębnienie w zbiorze stanów kwantowych pobzbiory zwane powłokami.

-dodatkowe jej znaczenie to określenie liczby stanów kwantowych w powłoce poprzez wzór Zn {kwadrat} i określa liczbę poziomów orbitalnych w powłoce jako równą n{kwadrat}, określa liczbę podpowłok w powłoce jako równą n, decyduje o rozmiarach obszaru orbitalnego.



  • Poboczna liczba kwantowa {symbol L} (orbitalna)

-liczba ta kwantuje orbitalny moment pędu. Moment pędu charakteryzuje ruch elektronu wokół jądra.

-praktyczne znaczenie tej liczby to wyobrębnienie podpowłok.

Dodatkowe znaczenie tej liczby:

-określa liczbę stanów kwantowych w podpowłoce jako równą 4L+2,

-określa liczbę poziomów orbitalnych w podpowłoce jako równą 2L+1,

-decyduje o kształcie obszaru orbitalnego.

PodpowLoki określa się literami:

s1, p3, d5, f, g, h, .

Wzór na L

L=n-1.


  • Magnetyczna liczba kwantowa {symbol m} kwantuje oriętację orbitalnego momentu pędu elektronu:

-może przybierać wartości liczb całkowitych od -L do +L

-praktyczne znaczenie to określenie liczby poziomów orbitalnych w danej podpowłoce jako równą 2L+1.



  • Spinowa liczba kwantowa {symbol s} kwantuje wewnętrzny moment pędu elektronu i przyjmuje zawsze wartosci 1/2 i nie ma innej wartości.

  • Magnetyczna spinowa liczba kwantowa {symbol ms} określa orientację przestrzenną wektora spinu i przyjmuje wartości od -1/2 do +1/2.


2.4 WEDŁUG JAKIEJ ZASADY ZKLASYFIKOWANO PIERWIASTKI CHEMICZNE W UKŁADZIE OKRESOWYM.

Układ okresowy zwany także tablicą Mendelejewa, jest graficzny uporządkowaniem znanych dotychczas pierwiastków na podstawie prawa okresowości.

Układ okresowy dzieli się na poziome szeregi -OKRESY i pionowe kolumny -GRUPY.

Grupy dzielimy na główne A i poboczne B, okresy numerowane są liczbami arabskimi (1, 2, 3, ), grupy natomiast rzymskimi (I, II, III,)



2.5 NA CZYM POLEGA RÓŻNICA MIĘDZY STRUKTURAMI ELEKTONOWYMI METALI I

NIEMETALI ?

A)Wiązania chemiczne i jego cechy zależą od: ładunku jąder atomowych i konfiguracji elektronowej oraz promieni atomowych.

Na energię wiązania składają się:

-energia odpychania jądro-jądro

-energia odpychania elektron-elektron

-energia przyciągania elektron-jądro

Wiązanie jonowe powstaje powstaje między atomami metali I i II grupy a atomami niemetali grupy VI i VII

Mechanizm powstawania wiązania jonowego NaCl

11Na (K2L5M1)-e-Na1 } kryształ

17Cl (K2L8M8N7)+e-Cl-5 } Na+Cl-

Właściwości związków z wiązaniami jonowymi:

-mają budowę krystaliczną a w węzłach sieci krystalicznej znajdujją się jony,

-mają wysoką temp. topnienia i wrzenia,

-są dobrze rozpuszczalne w wodzie,

-przewodzą prąd elektryczny po rozpuszczeniu w wodzie.

Wiązania atomowe czyste (kowalencyjne).



Powstają pomiędzy tymi samymi atomami nie metali na skutek uwspólnienia pary elektronowej np:

Wiązania atomowe spolaryzowane powstają pomiędzy różnymi atomami niemetali, które różnią się od siebie wartością elektroujemności.Wiązania powstają w etapach:

1-uwspólnienie pary elektronów

2-przesunięcie pary elektronowej w stronę atomu o ujemnej wartości elektroujemności

Właściwości związków z wiązaniem atomowym:

-w węzłach sieci krystalicznej znajdują się atomy lub cząstki,

-posiadają niską temp. topnienia i wrzenia

-słabo rozpuszczają się w wodzie

-mają charakter kierunkowy.

2.7JAKIE JEST ZNACZENIE ELEKTRONÓW WALENCYJNYCH W TWORZENIU RÓŻNYCH TYPÓW WIĄZAŃ MIĘDZY ATOMAMI?

Elektrony walencyjne to te, które znajdują się na zew. powłoce elektronowej i decydują o wielu właściwościach pierwiastków, między innymi o ich wartościowościach i aktywności chemicznej. Mechanizm wszelkich reakcji chemicznych oraz zasady budowy cząsteczek są związane z elektronami walencyjnymi.Np. reakcje jądrowe, w czasie których mogą powstawać substancje o odmiennych własciwościach fizycznych i chemicznych, nie są zaliczane do reakcji chemicznych.W typowych reakcjach chemicznych uczestniczą tylko elektrony walencyjne.Pozostała część atomu, czyli jądro atomowe i elektrony wew. powłok są stałe i nazywamy je rdzeniem lub zrębem atomowym.Jeżeli atom oddaje z ostatniej powłoki jeden lub więcej elektronów to wtedy w wyniku nadmiaru protonów w jądrze powstają jony dodatnie -"kationy".

Jeżeli atom zyskuje na orbitalnej powłoce jeden lub więcej elektronów to wtedy uzyskuje ładunek ujemny i jest nazywany jonem ujemnym-anionem.

Elektroujemność jest to zdolność atomu do przyciągania elektronów.

Układ okresowy a elektryczność.
----- metale o najwyższej elektroujemności

- - - - niemetale o najwyższej wartości

* pierwiastki atmosferyczne

a - wzrasta średnia atomu i kationu, maleje energia jonizacji i elektroujemność, wzrasta aktywność chemiczna metali

b - średnia atomu maleje wskutek wzrostu ładunku jądra, wzrasta energia jonizacji,

c - maleje średnia atomu i anionu, wzrasta energia jonizacji i elektroujemność pierwiastka i aktywność chemiczna.


2.1 NA CZYM POLEGA RÓŻNICA MIĘDZY PIERWIASTKIEM, NUKLEIDEM I IZOTOPEM.

pierwiastek chemiczny - jedyny skład substancji prostej i jeden ze składu substancji złożonej.Pierwiastek składa się ze zbioru charakterystycznych atomów.Atomy tego samego pierwiastka mają te same właściwości, ten sam ładunek jądra a mogą różnić się masą

izotopy - odmiana tego samego pierwiastka o różnej liczbie masowej (liczbie nukleidów) .Atomy izotopów tego samego pierwiastka różnią więc liczby nukleonów, lecz liczba protonów jest taka sama.

nukleid - jądro atomowe różniące się składem, a zatem albo mające różną liczbę nukleonów albo przy jednakowej łącznej liczbie nukleonów składające się z różnej liczby protonów i neutronów.


2.61 CZYM CHARAKTERYZUJE SIĘ STRUKTURA ELEKTRONOWA METALI ALKLAICZNYCH, ZIEM ALKALICZNYCH, PRZEJŚCIOWYCZ I ZIEM RZADKICH.

Metale alkaliczne nazwa zwyczajowa rodziny pierwiastków chemicznych litowców, wywodząca się od technicznej i zwyczajowej nazwy mocnych zasad i węglanów litowców.

Litowce - metale alkaiczne, pierwiastki chemiczne np: lit, sód, potas frans.Sa to miękkie, lekkie metale, bardzo aktywne reagujące szybko (lub nawet wybuchowo) i z wodą i z powietrzem. W związkach występują głównie na stopniu utlnienia +1, tworzą bezbarwne kationy.

Metale ziem alkalicznych - nazwa zwyczajowa pierwiastków wapnia






  1   2   3   4   5   6


©operacji.org 2017
wyślij wiadomość

    Strona główna