Jakie są podstawowe własności metali i stopów ?



Pobieranie 472,16 Kb.
Strona3/6
Data14.02.2018
Rozmiar472,16 Kb.
1   2   3   4   5   6

Rys. 2. Model dyslokacji śrubowej


Jeśli dla wyobrażenia dyslokacji śrubowej wziąć pod uwagę podobnie jak poprzednio prymitywną sieć przestrzenną w postaci kryształu sześciennego i wyobrazić sobie nadcięcie do połowy tego sześcianu płaszczyzną pionową przechodzącą przez główną płaszczyznę krystalograficzną sieci prymitywnej, tak jak to pokazano na rys. 2, następnie przesunąć w dół w miejsce nacięcia części sześcianu o jedną odległość atomową, otrzyma się wtedy zniekształcenie sieci przestrzennej odpowiadające dyslokacji śrubowej. Na rys. 2 przedstawiono zniekształcenie strukturalne za pomocą modelu perspektywicznego. Uwidacznia się na nim uskok w rozłożeniu atomów; linia atomów wyznaczająca kres uskoku atomów, jest dyslokacją śrubową. Pionowa linia O—O przedstawia linię dyslokacji śrubowej.

Zniekształcenie sieci regularnej odpowiadające dyslokacji śrubowej można też przedstawić inaczej przecinając sieć z rys. 2 dwoma sąsiednimi pionowymi płaszczyznami równoległymi do płaszczyzny rysunku 3. Rzędy atomów w części sieci nieodkształconej pokrywają się i widoczne są w widoku oba atomy należące do bliższej i dalszej płaszczyzny, w tym samym miejscu na rysunku, jeden za drugim (CC' i DD').


Natomiast zakłócone położenia atomów w obszarze dyslokacji tworzą linię śrubową i widoczne są osobno rzędy atomów bliższej (A i B) i dalszej płaszczyzny (A' i B'). Oś tej śrubowej linii atomów stanowi linię dyslokacji.

Rys. 3. Dyslokacja śrubowa; ułożenie atomów w dwóch sąsiednich płaszczyznach. W miejscach bez defektów położenia atomów pokrywają się, w miejscu dyslokacji śrubowej oba rzędy atomów są widoczne w postaci linii śrubowej

Wiadomym jest, że odkształcona sieć krystaliczna ma w stosunku do sieci nieodkształconej większą energię. Charakterystyczną wielkością dla dyslokacji jest odkształcenie sieci. Jako miarę energii odkształcenia sieci przyjęto wektor Burgersa, który nazywany jest też wektorem poślizgu. Wektor Burgersa dla dyslokacji liniowej i dla dyslokacji śrubowej zostanie wyjaśniony na podstawie rys. 4 i 5. Na rys. 4 przedstawiono płaszczyznę prostopadłą do linii dyslokacji krawędziowej, a na rys. 5 linia dyslokacji śrubowej jest równoległa do linii O—O,

Każdy defekt liniowy, a więc dyslokację krawędziową lub dyslokację śrubową można otoczyć pewnym obwodem przebiegającym po węzłach sieci przestrzennej nieodkształconej. Obwód taki, który odgranicza część odkształconą sieci od części doskonałej nazywa się obwodem Burgersa.

Rys. 4. Obwód Burgersa otaczający dyslokację krawędziową; b—wektor Burgersa prostopadły do kierunku dyslokacji brzegowej
Na rys. 4 przedstawiono obwód Burgersa w sieci z dyslokacją krawędziową, a na rys. 5 takiż obwód Burgersa dla sieci z dyslokacją śrubową. Obwód Burgersa w jednym i drugim przypadku składa się z odcinków jednostkowych, równych odległości między atomami, o kierunkach dodatnich i leżących w płaszczyźnie prostopadłej do linii dyslokacji.

Rys. 5. Obwód Burgersa otaczający dyslokację śrubową;

b — wektor Burgersa równoległy do kierunku dyslokacji śrubowej
Jeśli uwzględnić sumę wszystkich odcinków, jednakowo i przeciwnie skierowanych dla dyslokacji krawędziowej w wyniku pozostaje jeden wektor b zaznaczony na rys. 4 grubszą linią, którego kierunek jest prostopadły do linii dyslokacji krawędziowej a wartość równa przesunięciu o jedną odległość atomową. Podobnie sumując odcinki obwodu Burgersa dla dyslokacji śrubowej, otrzymuje się jeden wektor o kierunku równoległym do kierunku dyslokacji śrubowej i wartości jednej odległości atomowej (rys. 5). Wektor, który wynika ze zsumowania poszczególnych odcinków obwodów Burgersa nazywany jest wektorem Burgersa i wyraża stan sprężystego odkształcenia sieci spowodowany obecnością dyslokacji. Charakterystycznym więc jest, że w wyniku istnienia dyslokacji krawędziowej występuje energia odkształcenia sieci, która da się wyrazić wektorem Burgersa prostopadłym do linii dyslokacji krawędziowej o wartości równej przesunięciu o jeden parametr. Podobnie w przypadku istnienia dyslokacji śrubowej w sieci przestrzennej, odkształcenie towarzyszące temu defektowi sieci da się wyrazić za pomocą wektora Burgersa równoległego do linii dyslokacji śrubowej i równego co do wartości przesunięciu o jedną odległość atomową. Odkształcenie sieci towarzyszące defektom strukturalnym liniowym, do jakich należą dyslokacje krawędziowa i śrubowa mają ogromne znaczenie podczas odkształcania plastycznego metali.

W przypadku dyslokacji krawędziowej lub śrubowej, wektor Burgersa jest równy całemu wektorowi sieci lub jego wielokrotności. Istnieją jednak i takie dyslokacje, w których wektor Burgersa jest ułamkiem wektora sieciowego. Noszą one nazwę dyslokacji częściowych. W rzeczywistych metalach i stopach występują dyslokacje wszelkich rodzajów tworząc w rozmieszczeniu przestrzennym sieć linii dyslokacji. Trójwymiarową sieć dyslokacji pod powierzchnią monokryształu żelaza.


4.5Jakie są różnice między monokryształami i polikryształami ?

Monokryształ – [gr.], pojedynczy, nie wykazujący zrostów, pęknięć i wrostków kryształ lub krystalit. Monokryształy znajdują szerokie zastosowanie w nauce i technice, wobec czego duże znaczenie ma ich sztuczne wytwarzanie, tak zwane hodowanie. Monokryształy wytwarza się najczęściej: z r o z t w o r u – w przygotowanym w podwyższonej temperaturze nasyconym roztworze krystalizowanej substancji umieszcza się zarodek ( tak jak kawałek kryształu tej samej substancji ) i powoli obniża się temperatura.; z m a s y s t o p i o n e j – metodą topienia w płomieniu. ( metoda Verneuila )



Polikryształ, ciało polikrystaliczne – ciało stałe składające się z licznych drobnych ( najczęściej wielkości mikroskopowej ) kryształów lub krystalitów; większość spotykanych w przyrodzie i otrzymywanych sztucznie ciał stałych ( na przykład skały, metale, liczne materiały ceramiczne i budowlane ).

Kryształ - w fizyce, chemii i mineralogii: ciało stałe, którego strukturę wewnętrzną cechuje uporządkowanie dalekiego zasięgu we wszystkich kierunkach. Uporządkowanie to daje się najłatwiej opisać jako periodyczne, w trzech wymiarach fizycznej przestrzeni, powtarzanie się pewnego zespołu atomów, jonów lub cząsteczek (tzw. motywu struktury), tzn. strukturę kryształu można by odtworzyć przez przesuwanie (czyli translację) jej motywu w trzech niezależnych (niewspółpłaszczyznowych) kierunkach (i tylko przez przesuwanie - bez dokonywania obrotów lub innych przekształceń motywu).
Zdecydowana większość zbadanych dotychczas jednorodnych ciał stałych, z wyjątkiem polimerów, w odpowiednich warunkach tworzy samorzutnie fazę krystaliczną. Zgodnie z definicją strukturę kryształów cechuje zawsze istnienie symetrii translacyjnej (jest to conditio sine qua non dla kryształu), nadto bardzo często w makroskopowym pokroju (kształcie) kryształu można doszukać się innych elementów symetrii tzw. punktowej (centrum symetrii, osie symetrii, płaszczyzny symetrii), co stanowi podstawę do klasyfikacji kryształów na 32 klasy krystalograficzne, które z kolei łączy się w 7 większych zespołów zwanych układami krystalograficznymi. Taka systematyka pozwala uporządkować, uprościć i ujednolicić opis wszystkich ciał krystalicznych.
Kryształy można podzielić również na: jonowe, atomowe (kowalencyjne), molekularne (cząsteczkowe) oraz metaliczne zależnie od rodzaju wiązań, które przeważają i decydują o stabilności struktury kryształu. Kryształy wykazują zawsze anizotropię wielu własności fizycznych i chemicznych.
Krystalit – [gr.], ciało w stałym stanie skupienia mające uporządkowaną ( siecową ) budowę wewnętrzną, różniące się od kryształu tym, że ograniczone jest przypadkowymi nierównościami powierzchni ( a nie płaskimi ścianami ); krystality mogą mieć rozmiary makroskopowe, mikroskopowe i submikroskopowe.

W materiałach polikrystalicznych występują te same defekty co w monokryształach, a oprócz tego różnego rodzaju defekty powierzchniowe: granice ziarn różnych typów i granice międzyfazowe. Ogólna powierzchnia granic ziarn zależy od wielkości ziarna. Im większe jest ziarno, tym mniejsza jest powierzchnia granic ziarn. Zmagazynowana w granicach ziarn energia jest siłą napędową procesu rozrostu ziarn. W materiałach polikrystalicznych może też występować t.zw struktura mozaikowa (poligonalna lub podziarnowa). Struktura taka składa się z bardzo małych obszarów krystalicznych oddzielonych od siebie granicami ziarn małego kąta. Strukturę ziarnistą można ujawnić za pomocą badań metalograficznych wykorzystując efekt trawienia granic ziarn lub granic poligonów (do wytawiania tych granic trzeba stosować specjalne odczynniki, trawiące selektywnie nawet pojedyncze dyslokacje). Można również wykorzystać metodę badania przełomów czyli fraktografię.

Materiał monokrystaliczny nadaje się specjalnie do badań istoty odkształcania, rekrystalizacji, przemian fazowych i innych zjawisk, bowiem umożliwia obserwowanie zmian zachodzących w materiale bez wpływu granic ziaren.


    1. Co oznacza pojęcie koherencja granic międzyfazowych ?

Granice międzyfazowe mają istotne znaczenie ze względu na częste ich występowanie w stopach. W technicznych metalach i stopach występują najczęściej dwie fazy. Często zdarza się też, że różne krystalograficzne płaszczyzny dwóch faz mają podobną geometrię rozmieszczania atomów. Będzie więc występowała tendencja takiej wzajemnej orientacji dwóch faz, aby atomy na płaszczyźnie ich styku czyli na granicy międzyfazowej, należały równocześnie do sieci jednej i drugiej fazy. Takie granice określa się mianem koherencyjnych granic międzyfazowych, co rozumie się także pod pojęciem ich spójności.


Koherentna granica międzyfazowa




Granica Faz


Obecność dyslokacji może doprowadzić do zmniejszenia energii granicy.

Międzyfazowe granice mają więc być w pewnych przypadkach granicami dyslokacyjnymi i są wtedy częściowo koherentne.

Jeżeli energia granicy międzyfazowej znacznie wzrośnie, wtedy sprzężenie znika i granica staje się nie koherentna.




    1. Na czym polega różnica między wąsko i szerokokątowymi granicami ziaren ?

Rozróżnia się granice ziaren wąsko i szerokokątowe. Granica między tymi dwoma przypadkami nie jest zdefiniowana i w przybliżeniu odpowiada 5 (stopni) różnicy orientacji między dwoma ziarnami.

Granica szerokokątowa jest to strefa przejściowa o grubości 2-3 odległości atomowych, w której atomy są nieuporządkowane.

W przypadku wąskokątowej granic ziarna obszary przejścia między ziarnami są prawie niezakłócone, czyli przerwane nielicznymi dyslokacjami krawędziowymi wyrównującymi różnice orientacji.

Gdy części kryształu nie są pochylone względem siebie, lecz obrócone, wówczas różnicę orientacji wyrównują dyslokacje śrubowe. Granice wąskokątowe (subgranice) tworzą się głównie podczas poligonizacji.



    1. Na czym polega blokujące działanie barier dyslokacyjnych ?

Ruch dyslokacji jest utrudniony lub blokowany przez różnego rodzaju przeszkody (bariery), którymi są inne dyslokacje, atomy domieszek, cząstki obcych faz i granice ziaren.

Zahamowanie ruchu dyslokacji w głównej mierze powoduje umocnienie materiału czyli wzrost jego wytrzymałości i twardości oraz spadek ciągliwości.

Korzyść z tych przeszkód otrzymuje się, gdy chodzi o osiąganie wysokiej wytrzymałości materiałów i szkodliwe podczas obróbki plastycznej.

Bariery hamujące ruch dyslokacji powstają w wyniku reagowania ze sobą dyslokacji poruszających się w różnych systemach poślizgu.

Przykładem takiej bariery dyslokacyjnej może być bariera typu Lomera występująca głównie w sieci A1- regularnie ściennie centrowanej. Powstająca bariera z wektorem nie może się poruszać, wskutek czego blokuje poślizg innych dyslokacji na różnych płaszczyznach danej struktury.

W przypadku, gdy reagują ze sobą dyslokacje cząstkowe mamy wówczas do czynienia z barierą typu Lomer-Cottrell.

Bariera ta ma mniejszą energię od bariery typu Lomer, co sprzyja jej powstawaniu.

Często mamy do czynienia z poślizgiem dyslokacji po płaszczyźnie, która przebijają inne dyslokacje zwane lasem.

Warunkiem poruszania się dyslokacji po płaszczyźnie poślizgu jest przecięcie dyslokacji drzew. Powoduje to, że las dyslokacji staje się przeszkodą dla ruchu innych dyslokacji, a tym samym utrudnia odkształcenie plastyczne. Uskoki na liniach dyslokacji mają głównie charakter przegięć, jeśli cała dyslokacja leży w jednej płaszczyźnie poślizgu. W tym przypadku rozróżnić możemy dyslokacje krawędziowe i dyslokacje śrubowe.




4.8Jak wpływają wady budowy krystalicznej na własności metali ?
W rzeczywistości w budowie krystalicznej metali występują różne rodzaje defektów sieci przestrzennej. Wszelkie odstępstwa, zakłócenia od doskonałego rozmieszczenia atomów w przestrzeni, nazywają się defektami w budowie krystalicznej. Jeśli zakłócenie budowy krystalicznej jest umiejscowione wokół punktu, defekt taki nosi nazwę defektu punktowego; jeśli defekt jest zgrupowany wzdłuż linii – defektu liniowego lub jednowymiarowego, jeśli defekty rozciągają się na pewnej powierzchni wewnątrz metalu nazywamy je – defektami dwuwymiarowymi względnie złożonymi. Obecność defektów w budowie krystalicznej metali wywiera ogromny wpływ na ich własności.

Najprostszym defektem punktowym jest brak atomu w węźle sieci przestrzennej, czyli luka w sieci krystalicznej. Nazywamy go „wakansem”. Liczba „wakansów” w temperaturze otoczenia jest w metalach niewielka, natomiast w temperaturach podwyższonych znacznie się zwiększa. Liczba „wakansów” w metalu wyżarzonym w temperaturze otoczenia wynosi około 1016/cm3. Obecność „wakansów” w materiałach metalicznych odgrywa ogromną rolę przy samodyfuzji i dyfuzji.

Drugim defektem punktowym jest przesunięcie atomu z pozycji węzła w pozycję między węzłami sieci przestrzennej. Inaczej zwane defektem Frenkla. Występuje on w metalach, w których odległości między atomami są dostatecznie duże, aby atom mógł zająć miejsce w obszarach międzywęzłowych. Np. metale alkaliczne sód, potas. Oba defekty, jak „wakanse” i przesunięcia atomu występują, powstają w sieci w wyniku drgań cieplnych. Oba wywołują zniekształcenie sieci.

Defekt liniowy jest to defekt struktury sieciowej, który w jednym wymiarze jest rzędu 1 do 5 średnic atomowych, a w drugim wymiarze ma długość całego ziarna lub jego części widocznej mikroskopowo. Typowym defektem liniowym jest dyslokacja brzegowa, inaczej nazwana krawędziową. Dyslokacja krawędziowa jest zwana dyslokacją Taylora i Orowana. Własności po wystąpieniu tej dyslokacji są takie, że w górnej części kryształu panują naprężenia sprężyste ściskające, czego objawem są zmniejszone odległości między atomami w stosunku do stałych sieciowych. W dolnej części panują naprężenia sprężyste rozciągające, czego dowodem są zwiększone odległości między atomami. Wyróżniamy dyslokację dodatnią i ujemną.

Drugim najbardziej typowym rodzajem dyslokacji jest zakłócenie sieci krystalicznej zwane dyslokacją śrubową lub inaczej dyslokacją Burgersa. Wiadomym jest , że odkształcona sieć krystaliczna ma w stosunku do sieci nie odkształconej większą energię. Charakterystyczną wielkością dla dyslokacji jest odkształcenie sieci. Jako miarę energii odkształcenia sieci przyjęto wektor Burgersa. Sumując wektory obwodu Burgersa dla dyslokacji śrubowej, otrzymuje się jeden wektor o kierunku równoległym do kierunku dyslokacji śrubowej i wartości jednej odległości atomowej. W przypadku istnienia dyslokacji śrubowej w sieci przestrzennej, odkształcenie towarzyszące temu defektowi sieci da się wyrazić za pomocą wektora Burgersa równoległego do linii dyslokacji śrubowej i równego co do wartości przesunięciu o jedną odległość atomową. Odkształcenie sieci towarzyszące defektom strukturalnym liniowym, do jakich należą dyslokacje krawędziowa i śrubowa mają ogromne znaczenie podczas odkształcania plastycznego metali.

Metale i stopy techniczne są materiałami polikrystalicznymi czyli złożonymi z wielkiej liczby kryształów. Oprócz błędów strukturalnych punktowych lub liniowych, które mieszczą się w sieci przestrzennej poszczególnych ziaren, występują w materiale polikrystalicznym defekty mieszczące się na granicy poszczególnych ziaren. Są to tzw. Defekty złożone, oraz granice dużego i małego kąta. Wobec tego na granicy ziaren istnieje zakłócenie w uporządkowanym ułożeniu atomów. Ułożenie atomów na granicy ziarna nie odpowiada ani orientacji lewego ziarna ani prawego, ale stanowi strukturę przejściową, w której ułożenie atomów jest uzależnione działaniom sił obu sieci. A więc struktura ziaren jest wadliwa z punktu widzenia idealnej struktury krystalicznej. Z tą zakłóconą budową granic ziaren łączą się odmienne cechy granic ziaren jak wyższa wytrzymałość od wnętrza ziarna i niższy potencjał elektrochemiczny, a tym samym mniejsza odporność chemiczna. Granice, które istnieją pomiędzy ziarnami przypadkowo do siebie ukierunkowanymi nazywają się granicami nie koherentnymi. Granica koherentna istnieje wtedy, gdy oba sąsiednie ziarna są ściśle krystalograficznie ze sobą powiązane. Granice koherentne tworzą się podczas przemiany jednego rodzaju ziaren w drugi rodzaj o innej budowie. Poszczególne elementy krystaliczne są względem siebie zorientowane pod bardzo małymi kątami wyrażającymi się w minutach. Nazywane są one blokami mozaiki, a struktura ziaren złożona z bloków mozaiki strukturą mozaikową. Granice bloków mozaikowych zbudowane są z szeregu dyslokacji. Ponieważ każdej dyslokacji towarzyszy pole naprężeń, to podobnie – dwuwymiarowej granicy małego kąta towarzyszą naprężenia sprężyste, o zasięgu podobnym jak w dyslokacjach krawędziowych.



6. UKŁADY RÓWNOWAGI FAZOWEJ
6.1 Jakie warunki spełnia układ pozostający w równowadze fazowej?
Dwie fazy będą z sobą współistniały, to znaczy będą z sobą w równowadze, wówczas gdy możemy zmieniać dowolnie tylko jeden z dwóch czynników (parametrów). Czynnikami tymi są ciśnienie i temperatura. Jeżeli zmieniamy temperaturę to musi być zastosowane ciśnienie, które ściśle odpowiada tej temperaturze i odwrotnie. Musi również istnieć równość potencjałów chemicznych składników w poszczególnych fazach; przy układach wieloskładnikowych i wielofazowych potencjały chemiczne każdego czynnika w poszczególnych fazach muszą być sobie równe.

6.2 W jaki sposób można określić stosunek ilościowy dwóch faz tworzących mieszaninę?

Zależność między ilością stopni swobody układu, a ilością składników zawartych w różnych fazach pozwala nam na określenie stosunku ilościowego dwóch faz tworzących układ. Gdy S=0 układ pozostaję niezmienny, a to oznacza że równowaga istnieje przy określonym składzie faz i stałej temperaturze. Gdy S=1 układ jest jednnozmienny czyli bez naruszenia równowagi można zmieniać w nim w pewnych granicach temperaturę lub skład, lecz tylko jednej fazy. Gdy S=2 układ jest dwuzmienny i można w nim zmieniać w pewnich granicach temperaturę i skład jednej fazy, lub bez zmiany temperatury skład dwóch faz.


S= n-c-f+p

S- ilość stopni swobody

n- ilość składników zależnych

c- ilość odwracalnych reakcji chemicznych między tymi składnikami

f- ilość faz

p- ilość czynników fizycznych wpływających na równowagę


6.3 Na czym polega reguła faz?
Reguła faz podaje zależność między ilością stopni swobody układu, a ilością składników zawartych w różnych fazach. Stopniem swobody nazywa się ilość składników, które możemy zmieniać niezależnie od siebie (temperatura, ciśnienie) nie naruszając jednak przez to równowagi, a więc nie powodując zanikania lub powstawania nowych faz.


6.4 Jak- na podstawie krzywej energii swobodnej faz można skonstruować wykresy dwuskładnikowe równowagi fazowej? Podaj przykłady.
Dwuskładnikowe wykresy równowagi fazowej oparte są na zmianie energii swobodnej, która jest różna dla ciała ciekłego i stałego i zależy od temperatury. Wykres ten podaje dla dowolnego składu temperatury początku i końca krzepnięcia oraz temperatury przemian jakim podlega stop po skrzepnięciu. Wykres przedstawia dwie linie: likwidus (początek krzepnięcia) i solidus (koniec krzepnięcia). Na podstawie wykresu możemy określić przebieg równowagi fazowej oraz krzepnięcia każdego stopu.

6.5 Jak przebiega krzepnięcie stopów dwuskładnikowych o różnych stężeniach składników, tworzących układy o zupełnej rozpuszczalności w stanie stałym oraz o ograniczonej rozpuszczalności w stanie stałym z eutektyką, a także perytektyką?

Stopy metali nie krzepną w stałej temperaturze (z wyjątkiem stopów o składzie eutektycznym), lecz w określonym dla danego stopu i składu w zakresie temperatur. Aby otrzymać stop konieczne jest, by w stanie ciekłym metale rozpuszczały się w sobie wzajemnie. Spotykamy się z sytuacją, gdy siatka przestrzenna jednego składnika nie jest w stanie przyjąć ani jednego atomu drugiego składnika (np. bizmut z kadmem). Stop bizmutu z kadmem krzepnie w stałej temperaturze i jest mieszaniną bardzo drobnych kryształów obu metali. Struktura taka nazywa się eutektyką. Eutektyka ma najniższą temperaturę topnienia wśród wszystkich stopów obu metali. Stop perytektyczny jest to roztwór stały graniczny metalu B w metalu A, a temperatura w której zachodzi tworzenie się tego stopu nosi nazwę temperatury perytektycznej.


6.6 Jak przebiegają przemiany fazowe w stanie stałym? Wyjaśnij- na podstawie wykresów równowagi fazowej stopów utworzonych przez dwa składniki wykazujące odmiany alotropowe.
Ze wzrostem szybkości stygnięcia wzrasta ilość ośrodków krystalizacji, a tym samym wielkość ziarn maleje. Na krzywych stygnięcia przystanki temperatur występują niekiedy poniżej temperatury krzepnięcia, co świadczy o tym, że w skrzepłym metalu zachodzą w ściśle określonej temperaturze przemiany związane w wydzielaniem ciepła. Związane jest to ze zmianą budowy krystalograficznej, której towarzyszą zmiany własności fizycznych, chemicznych i mechanicznych metali. Mamy więc do czynienia z odmianami alotropowymi tego samego metalu.

Żelazo pod ciśnieniem atmosferycznym przemienia się przy temperaturze 912oC w odmianę  (gamma), a przy temperaturze 1400oC w odmianę  (alfa). Przy ciśnieniu 13000 MPa żelazo tworzy odmianę heksagonalną zwartą.



7.1 Podobieństwa i różnice między ułożeniem w metalach w stanie skupienia stałym , ciekłym , gazowym.

Odległość między atomami w stanie gazowym jest znaczna ,tak ze prawie nie występują między nimi odziaływania .Pary metali mają własności zbliżone do gazy doskonałego i największą ze wszystkich stanów skupienia energię swobodną.

Odległość między środkami atomów metalu w stanie ciekłym wynosi od jednej do dwóch średnic atomów .Atomy cieczy statycznie stanowią jadnak zbiór nieuporządkowany , wykonując ruch drgający o amplitudzie znacznie większej niż w stanie stałym.Stała zmiana struktury cieczy metalicznej jest spowodowana bardzo dużą ruchliwością atomów , które w stanie ciekłym wykazują szybkość dyfuzji o kilka rzędów większą niż w stanie stałm.Warunkiem równowagowego występowania metalu w określonym stanie skupienia jest osiągnięcie wymaganego ciśnienia i temp.


7.2 Warunki termodynamiczne , w których może występować krystalizacja melali.
Krystalizacja - szczególny rodzaj krzepnięcia , w którym ciecz metaliczna ulega przemianie w stan stały o budowie krystalicznej.

Jak w każdej przemianie fazowej i w tym przypadku układ dąży do osiągnięcia równowagi termodynamicznej .Przemiana ta podobnie jak wszystkie nieodwracalne procesy samorzutne przebiegają w kierunku zmniejszania energii swobodnej a warunki równowagi odpowiadają minimum funkcji (rys. nizej).

Przy stałym ciśnieniu równowaga termodynamiczna zachodzi w temp. równowagi Tr energi swobodnej faz stałej Fs i ciekłej Fl.W temp. niższej od Tr następuje krystalizacja . Można jednak uważać że w rzeczywistoci w każdej temp. w której występuje jeszcze faza ciekła , jednocześnie i niezależnie przebiegają procesy krystalizacji i topnienia.

W temp. nizszej od Tr następuje krystalizacja , ponieważ mniejsza jest energia swobodna fazy stałej w porównaniu z fazą ciekłą a szybkość krystalizacji jest większa niż szybkość topnienia.


7.3. Na czym polega zarodkowanie homogeniczne i heterogeniczne.
Zarodkowanie homogeniczne.

Zarodkowanie homogeniczne zachodzi w cieczy metalicznej całkowicie jednorodnej, a w jego wyniku powstaje zupełnie jednorodna faza stała. Zarodki w kształcie kul utworzone w dowolnych miejscach w całej objętości cieczy z zespołów bliskiego uporządkowania osiągają promień krytyczny R przy znacznym przechodzeniu, czyli znacznym zmniejszeniu temperatury poniżej temperatury równowagi TR.

Szybkość zarodkowania jest bardzo mała, po czym zwiększa się dopóty, dopóki przechłodzenie nie osiągnie wartości krytycznej, by następnie gwałtownie się zmniejszyć.

Zarodkowanie heterogeniczne.

Mechanizmem zarodkowania heterogenicznego polega na tworzeniu zarodka na obcym podłożu o stanie stałym.Funkcję podłoża spełniają ściany formy odlewniczej i cząstki wysokotopliwych zanieczyszczeń znajdujących się w stanie stałym w cieczy metalicznej. Zarodek podkrytyczny, powstający na płaszczyźnie podłoża,ma kształt kulistej czaszy.

Promień krzywizny R takiego zarodka jest znacznie większy od promienia kuli o tej samej objętości. Przy stałym przechłodzeniu zarodkowanie zachodzi najłatwiej, gdy objętość zarodka jest minimalna. Dlatego zarodek heterogeniczny osiąga wielkość krytyczną przy znacznie mniejszym przechłodzeniu niż kulisty zarodek homogeniczny o tej samej objętości.



7.5 Jakie są mechanizmy wzrostu zarodków podczas krystalizacji.
Krystalizacja przebiega przez zarodkowanie i wzrost zarodków. Zarodkami krystalizacji w fazie ciekłej są zespoły bliskiego uporządkowania o wielkości większej od krytycznej , do których przyłączają się kolejno następne atomy. Natomiast zespoły bliskiego uporządkowania o wielkości podkrytycznej, zwane niekiedy embrionami, ulegają rozpuszczeniu w cieczy. Rozróżnia się zarodkowanie homogeniczne i heterogeniczne z założeniem że krzepnący układ ciecz metaliczna-kryształ jest statyczny, znajduje się pod stałym ciśnieniem i w spoczynku oraz nie podlega działaniu pola elektrycznego i magnetycznego.
7.6 W jaki sposób wzrastają dendryty w czystych metalach i stopach metali o strukturze roztworów stałych.
Wydzielanie się utajonego ciepła krzepnięcia na granicy międzyfazowej kryształu i znacznie przechłodzonej cieczy jest wzrost jej temp. gradient temp. w cieczy jest wtedy ujemny. Jeżeli na granicy międzyfazowej powstanie jakakolwiek wypukłość wzrasta ona w kierunku zwiększającego się przechłodzenia cieczy. Warunki takie sprzyjają wzrostowi dendrytycznemu w kształcie „choinek”. Ponieważ na powierzchniach dendrytów temp. jest wyższa niż między nimi, płaskie powierzchnie graniczne są niestabilne, co decyduje o tworzeniu się bocznych gałęzi. Każde rozgałęzienie rośnie do chwili utraty stabilności jego granicy, co staje się początkiem wzrostu kolejnych rozgałęzień.
Kierunek wzrostu dendrytów i ich rozgałęzień jest zgodny z kierunkiem osi piramidy utworzonej przez płaszczyzny najczęściej osadzone atomami tworzących się kryształów. W sieciach regularnych i tetragonalnych osie dendrytów są wzajemnie prostopadłe, natomiast w sieciach heksagonalnych nachylone pod kątem 60 stopni. W tablicy 4-1 podano uprzywilejowane kierunki wzrostu dendrytów w zależności od typu sieci przestrzennej tworzących się kryształów. Krystalizacja dendrytów w cieczy metalicznej kończy się gdy wydzielające się ciepło krzepnięcia spowoduje wzrost temp. cieczy i kryształu do temp. równowagi. Powstały ciekły metal krystalizuje już wyłącznie w wyniku doprowadzania utajonego ciepła krzepnięcia przez utworzoną fazę stałą. Wówczas wypełnieniu ulega przestrzeń

międzydendrytyczna, a proces krystalizacji w tych obszarach przebiega znacznie wolniej niż wzrost dendrytów.



Pytanie numer 8.1


JAKIE SĄ PODSTAWOWE WŁASNOŚCI ŻELAZA I JEGO ODMIAN ALOTROPOWYCH?

Żelazo będące podstawą stopów żelaza z węglem mających ogromne znaczenie w technice jest(jako czysty pierwiastek) miękkim metalem. Jego dobrą własnością jest magnetyzm, jest to metal ciężki. Żelazo jest także metalem kowalnym.żelazo występuje w dwóch odmianach alotropowych. Jedną z nich jest żelazo , trwałe do 910C. Ma ono sieć regularną przestrzennie centryczną. W temp.910C sieć ta zmienia się na regularną płaskocentryczną. Tak powstała sieć tworzy drugą odmianę żelaza - . Żelazo  jest trwałe do temp.1390C. W tej temp. żelazo  zmienia się ponownie w żelazo  trwałe do temp.topnienia. Żelazo staje się w temp.768C paramagnetykiem. W obu odmianach żelaza rozpuszcza się węgiel.


Pytanie numer 8.2


JAKIE ZNASZ PODSTAWOWE SKŁADNIKI STRUKTURALNE WYSTĘPUJĄCE W UKŁ.ŻELAZO-WĘGIEL.

Podstawowe składniki strukturalne układu to:

austenit-jest to roztwór węgla w żelazie  (płaskocentryczna sieć) znajduje się około 2% węgla(max).

ferryt-jest to roztwór węgla w żelazie , węgiel-tylko 0,02%.

cementyt-związek węgla z żelazem.W zależności od powstania rozróżniamy:cementyt pierwotny-powstaje on krystalizując bezpośrednio z cieczy, cementyt wtórny-powstaje wzdłuż linii ES układu w wyniku zmniejszania się zakresu rozpuszczalności węgla w austenicie, cementyt trzeciorzędowy-wydzielany jest wzdłuż linii PQ z ferrytu, który może „przyjąć” tylko 0,02%C.

ledeburyt-jest to surówka eutektyczna wydzieająca się w punkcie C bezpośrednio z cieczy. Składa się z cementytu pierwotnego i austenitu. W czasie chłodzenia austenit wydziela węgiel- tworząc cementyt wtórny. Skąd w temp.otoczenia powstaje ledeburyt przemieniony, czyli związek austenitu i cementytu wtórnego i małej ilości pierwotnego.

perlit-jest to eutektoid-mieszanina kryształów (płytek) ferrytu i cementytu wtórnego. Perlit występuje wtedy, gdy stal posiada od 0.8-3%C.

Pytanie numer 8.3


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 około 0,05%są nazywane żelazem technicznym. Stopy zawierające zwykle niż 2%C,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% węgla o składzie fazowym zgodnym z wykresem Fe -Fe3C noszą nazwę surówek białych, natomiast kszepnące zgodnie z wykresem żelazo-grafit są nazywane surówkami szarymi. Surówki przetopione w żeliwiaku lub innym piecu elektrycznym, często z dodatkim złomu stalowego, noszą nazwę żeliw. Żeliwami są więc nazywane stopy odlewnicze żelaza z węglem zawierające zwykle powyżej 2% węgla.

Stale,staliwa oraz żeliwa

węglowe i stopowe

Stopy żelaza z węglem o niewielkim stężeniu innych pierwiastków w postaci domieszek lub zanieczyszczeń (tabela) są nazywane odpowiednio stalami, staliwami lub żeliwami węglowymi. Do domieszek, które korzystnie wpływają na własności, należą Mn,Si,Cr,Ni Cu. Natomiast zanieczyszczenia, takie jak P.,S,O,H,N, wywierają ujemny wpływ na własności stopów żelaza. Pierwiastki, których stężenie przekracza umowną wartość określoną w tabeli, dodawane do stopów żelaza z węglem celowo-dla poolepszenia własności- noszą nazwę dodatków stopowych.

Stale,staliwa i żeliwa zawierające dodatki stopowe są nazywane stopowymi .

Pytanie numer 8.4

CO TO JEST STAL I STALIWO?

Stal jest przerobionym pls\astycznie stopem żelaza z węglem oraz innymi pierwistkami. Zawartość węgla w stali nie przekracza 2%. Stal powstaje w procesie wielkopiecowym poprzez wypalanie surówki w stalowni tzn.wypalane są niepotrzebne domieszki. Takie stopy przed obróbką plastyczną , a więc tylko odlane, nazywamy staliwami . staliwo jest stosowane w przypadku, gdy musimmy wykonać część o skomplikowanych kształtach (odlewy), a jest to niemoZliwe przez obróbkę plastyczną i skrawanie stali.


Pytanie numer 8.5

JAK SKLASYFIKOWANO STALE I STALIWA WĘGLOWE?

Stal węglowa (niestopowa) dzieli się na:

konstrukcyjna:

ogólnego przeznaczenia,

wyższej jakości,

zwykłej jakości

narzędziowa:

płytko hartujące się

głęboko hartujące się.

8.6 Jak wpływa węgiel na strukturę i własności stali i staliw węglowych?

Własności staliw podobnie jak stali węglowych i niestopowych, zależą głównie od stężenia węgla. Staliwa,szczególnie nisko-i średniowęglowe,cechują się dobrą spawalnością. Korzystny zespół własności mechanicznych i technologicznych o stale rosnącym udziale produkcji staliwa w

ogólnej produkcji stopów żelaza z węglem.

Dominujący wpływ na strukturę i własności stali węglowych wywiera węgiel. W miarę podwyższania stężenia tego pierwiastka w stali zmniejszeniu ulega udział miękkiego i plastycznego ferrytu w strukturze stali, a zwiększeniu-udział twardego i kruchego cementytu. Z tego względu stale o większym stężeniu węgla wykazują większą twardość, wytrzymałość na rozciąganie Rm i granicę plastyczności Re. Zwiększenie stężenia węgla powoduje przy tym jednoczesne zmniejszenie własności plastycznych i ciągliwości stali, a w szczególności - wydłużenia A i przewężenia Z określanych próbie rozciągania, oraz udarności KC określanej w próbie zginania udarowego. Stężenie węgla decyduje również o własnościach technologicznych stali. Przy większych stężeniach węgla stal cechuje się większym współczynnikiem liniowej rozszerzalności cieplnej i mniejszą przewodnością cieplną, co zwiększa naprężenie cieplne i skłonność do pęknięć w trakcie obróbki cieplnej. Zwiększone stężenie węgla pogarsza podatność stali na obróbkę plastyczną na zimno i na gorąco. Węgiel o stężeniu 0,25% zdecydowanie pogarsza również spawalność stali. Stale niskowęglowe o stężeniu węgla mniejszym od 0,25% - ze względu na dużą ciągliwość - wykazują gorszą skrawalność niż stale o strukturze perlitycznej. Stale nadeutektoidalne - ze względu na znaczny udział kruchego i twardego cementytu - charakteryzuje również obniżoną skrawalność.


Pytanie numer 8.7

JAK OZNACZA SIĘ STALE WĘGLOWE KONSTRUKCYJNE I STALIWA WĘGLOWE?

Stale węglowe konstrukcyjne zwykłej jakości ogólnego przeznaczenia.

Stale te oznacza się literami St, następnie cyfra od 0 do 7, która oznacza numer w normie. Po numerze może wystąpić litera

S-stal na konstrukcje spawane (np. St 0S, St 2S ). W stali St3S,St4S mogą wystąpić inne litery:

V-o ograniczonej zawartości węgla

W-o ograniczonej zawartości siarki, fosforu

X- stal nieuspokojona

Y-półuspokojona St1,St3,...7

U-stal o wymaganej udarności

J-udarność po starzeniu



  1. udarność w temp.-20C

Do cechowania wyrobów hutniczych mogą być stosowane skrócone znaki bez liter St, a gatunków spawalnych bez liter St i S. Oznaczenia z literą M na początku oznaczają stal o określonym składzie chemicznym.

Stale węglowe konstrukcyjne wyższej jakości ogólnego przeznaczenia.

Znak stali składa się z cyfr, które mogą być uzupełnione literami. Liczby określają przybliżoną zawartość węgla w set.%. Litery oznaczają:

X-stal nieuspokojona



  1. stal półuspokojona

G- stal o podwyższonej zawartości Mn

  1. stal o wyższych wymaganiach dotyczących składu chem.

Ż- stal przetapiana elektro-żużlowa

U-stal z wymaganą udarnością w stanie normalizowanym

UT-stal z wymaganą udarnością w stanie ulepszonym cieplnie.

Znak staliwa węglowego konstrukcyjnego składa się z nazwy staliwa, litery L, symbolu grupy staliwa ( I-staliwo zwykłej jakości ,II-wyższej jakości ), wymaganej minimalnej wartości wytrzymałości na rozciąganie i nrnormy.

Np. oznaczenie stalwa węglowego konstrukcyjnego wyższej jakości o wytrzymałosci na rozciąganie 400MPa ma postać:

Staliwo węglowe konstrukcyjne LII400.



    1. CZYM CHARAKTERYZUJĄ SIĘ STALE WĘGLOWE NARZĘDZIOWE ?

Stale te dzielą się na dwie grupy : stale płytko hartujące się i stale głęboko hartujące się, które hartują się głębiej i wykazują większą możliwość przeginania się. Stale płytko hartujące się stosowane są do wyrobu narzędzi, których średnica lub grubość nie przekracza 20mm. Stale te charakteryzują się tym, że ich powierzchnia powinna być zahartowana, a rdzeń plastyczny.

8.9CO TO JEST ŻELIWO?

Żeliwo jest jednym z podstawowych materiałów konstrukcyjnych. Odznacza siędużą wytrzymałością i odpornością na ścieranie, dobrą obrabialnością. Jest to stop żelaza z węglem o zawartości od 2 do 3%C. Otrzymuje się je przez przetopienie surówki z dodaniem złomu żeliwnego i stalowego w piecach zwanych żeliwiakami.



    1. JAKIE SĄ RÓŻNICE MIĘDZY STALĄ A ŻELIWEM?

Żeliwo podobnie jak stal powstaje z surówki (procesu wielkopiecowego), dodaje się do niej złomu żeliwmego i przetapia się. Surówka wypalana wstalowni daje nam stal. Stal ma dobrą wytrzymałość na rozciąganie , charakteryzuje sięteż dobrą twardością. Dodane do stali stopowych dodatki powodują jej lepszą odporność na ścieranie, wytrzymałość w wysokich temp.,a np. hartowanie poprawia znacznie twardość stali. Żeliwo jest twarde, jednak bardzo kruche, nie ma dobrej ciągliwości. Z pewnością dużą zaletą żeliwa jest (po dodaniu np. stopu krzemu z wapniem) dobra odporność na ścieranie i korozję. Jak widać na kilku przykładach cechy stali iżeliwa są podobne. Podstawową różnicą jest ta, że stal jest uzyskiwana poprzez obróbkę plastyczną ,a żeliwo jest odlewane. Wiąże się ztym różnica własności stali w zależności od kierunku walcowania. Żeliwo stosuje się w przypadku,gdy skomplikowany kształt można uzyskać tylko poprzez odlewanie. Własności stali są lepsze, jednak należy ją stosować głównie tam, gdzie żeliwo jest niewystarczające. Spowodowane jest to różnicą w cenie, żeliwo jest tańsze od stali. Największą jednak różnicą ,o której powinienem napisać na początku jest zawartość % węgla. W stali nie przekracza ona 2%, w żeliwie wynosi od2 do3% węgla.

8.11JAKIE ZNASZ SKŁADNIKI STRUKTURALNE WYSTĘPUJĄCE W ŻELIWACH?
W żeliwie rozróżnia się następujące składniki strukturalne: osnowę metaliczną, grafit, eutektykę fosforową oraz wtrącenia niemetaliczne. Podział żeliwa w zależności od osnowy metalicznej przedstawia się następująco:

1żeliwa ferrytyczne (ferryt i grafit)

2żeliwa ferrytyczno- perlityczne (ferryt, perlit i grafit)

3żeliwa perlityczne (perlit i grafit)

Jak widać, osnowa metaliczna żeliwa podobna jest do stali, z tym że w żeliwie występują ponadto wtrącenia grafitu, co powoduje różnicę we własnościach pomiędzy tymi tworzywami.

9.1 Jakie przemiany fazowe zachodzą w stali podczas nagrzewania i wygrzewania w temperaturze austenizowania ?
Obróbka cieplna polega na celowo wykonywanym nagrzewaniu , wygrzewaniu i chłodzeniu metali w stanie stałym . Celem obróbki cieplnej jest spowodowanie zmian struktury , a co za tym idzie , właściwości technologicznych lub użytkowych metali . Nagrzewanie polega na ciągłym lub stopniowym podwyższaniem temperatury przedmiotu w celu uzyskania i utrzymania żądanej temp.. Wygrzewanie polega na utrzymywaniu obrabianego przedmiotu w odpowiedniej temp. przez czas potrzebny do wyrównania temp. w całym przekroju przedmiotu i do zajścia zamierzonych procesów .

Przy nagrzewania stali do temp. niższych od A1 nie zachodzą w niej żadne zmiany fazowe . Dopiero po przekroczeniu tej temp. pojawia się w stali austenit na skutek przemiany alotropowej α-Fe w γ-Fe i rozpuszczania się cementytu w powstającym austenicie . Po nieznacznym przekroczeniu temp. 723°C perlit występujący w stali ulega powolnej przemianie w austenit . W stalach podeutektoidalnych zawierających, mniej niż 0,80 C , po zmianie perlitu na austenit o składzie chemicznym odpowiadającym punktowi S powstaje jeszcze pewna ilość ubogiego węgiel ferrytu . W miarę podwyższania się temp. ferryt rozpuszcza się w austenicie , rozcieńczając go jak gdyby żelazem . Po całkowitym rozpuszczeniu się ferrytu austenit ma skład chemiczny taki sam jaki miała przeciętnie stal przed tymi przemianami . Zatem ogrzewanie stali podeutektoidalnej do temp. wyższej niż A3 prowadzi najpierw do zmiany perlitu w austenit , a następnie do rozpuszczenia się ferrytu w tym austenicie . W stalach nadeutektoidalnych , które składają się z perlitu i cementytu , przebieg zmian podczas ogrzewania jest podobny do opisywanego . Tutaj również najpierw nastąpi w temp. nieco wyższej niż 723°C zamian perlitu w austenit , a dopiero przy dalszym ogrzewaniu rozpuści się w nim cementyt drugorzędowy . W temp. wyższej od temp przemiany Acm stal nadeutektoidalna będzie miała budowę austenityczną . Struktura stali zależy od temperatury i czasu nagrzewania powyżej pierwszej przemiany zachodzącej podczas nagrzewania w warunkach izotermicznych . Ponieważ stopień jednorodności austenitu i czas trwania przemiany perlitu w austenit zależą od szybkości nagrzewania , wykresy czas-temperatura-przemiana przedstawia się również dla nagrzewania ciągłego . Opisane przemiany fazowe przebiegają bardzo wolno gdyż wymagają nieraz znacznych przemieszczeń atomów . Z tego powodu , aby zapewnić odpowiednio długi czas na przeprowadzenie zamierzonych przemian w całej masie materiału , stosuje się po osiągnięciu odpowiedniej temp. jeszcze wygrzewanie , które w zastosowaniu do małych przedmiotów wykonanych ze stali zwykłych węglowych jest zwykle krótkotrwałe , lecz w zastosowaniu do dużych przedmiotów wykonanych ze stali stopowych liczyć się należy z długotrwałym wygrzewaniem , mającym na celu uzyskanie struktury austenitycznej w całej masie obrabianego przedmiotu . Należy wspomnieć , że podczas zabiegów stosowanych w obróbce cieplnej można spowodować przemiany fazowe oraz zmianę wielkości ziaren .


9.2 Na czym polega znaczenie wielkości ziaren austenitu pierwotnego ?
Podczas zabiegów stosowanych w obróbce cieplnej można spowodować zmiany , których istotą nie jest zamiana jednej fazy na inne , lecz zmiana wielkości ziarna . Wielkość ziarna w znacznej mierze wpływa na właściwości stali i z tego powodu należy znać warunki , w których zmiana wielkości ziarna może nastąpić . Na ogół staramy się o uzyskanie struktury drobno ziarnistej , gdyż taka zapewnia lepszą odporność na uderzenie . Podczas przemiany perlitu w austenit powstają zawsze drobne ziarna . Dalsze ogrzewanie stali powoduje rozrost ziarna . Im wyższa temp. tym szybciej rozrasta się ziarno . Przy przemianie odwrotnej – austenitu w perlit – zmiana wielkości ziarna już nie zachodzi , czyli wymiary nowo powstałego ziarna perlitu zależą przede wszystkim od wymiaru ziarna austenitu . Ziarna stali skłonnych do drobnoziarnistości przez dłuższy okres czasu (w większym zakresie temp.) nie zmieniają prawie swej wielkości , dopiero w temp. około 900-950°C zaczyna się ich nagły rozrost . Natomiast stale skłonne do gruboziarnistości prawie od razu po zakończeniu przemiany perlitu w austenit powiększają swoje ziarno austenitu coraz to bardziej , w przybliżeniu proporcjonalnie do przyrostu temp. Na ziarnistość stali wpływa jej skład chemiczny . Większość składników stopowych dodawanych do stali zmniejsza skłonność stali do rozrostu ziarna , z wyjątkiem manganu i krzemu , które tą skłonność zwiększają . Zagadnienie wielkości ziarna i jego rozrostu jest szczególnie ważne ze względu na to , że właściwości metali zależą w dużym stopniu od ich ziarnistości . Drobnoziarnistość pociąga za sobą jednoczesny rozwój powierzchni granic ziarn , o specyficznej , zaburzonej przez nagromadzenie defektów strukturalnych niejednorodności składu chemicznego . Taka budowa powoduje wyższą wytrzymałość granic ziarn w temp. normalnego użytkowania tworzywa metalicznego , od samych ziarn tworzywa . Stal o skłonności do drobnoziarnistości jest mniej wrażliwa na przegrzanie i wskutek tego ma ona większy zakres temp. kucia i wszelkich obróbek cieplnych , w których wygrzewanie odbywa się w temp. powyżej krytycznych . Natomiast rozrost ziarna wpływa na zwiększenie hartowności stali , wpływa też na polepszenie obrabialności stali przez skrawanie .

W technologii obróbki plastycznej i zwłaszcza obróbki cieplnej istotną rolę odgrywa wielkość ziarn austenitu pierwotnego , tj. austenitu istniejącego w stali po zakończeniu wygrzewania bezpośrednio przed rozpoczęciem chłodzenia i przemianą alotropową . Stale drobnoziarniste umożliwiają stosowanie wyższej temp. końca obróbki plastycznej na gorąco oraz szerszych zakresów temperatury austenizowania podczas hartowania . Drobnoziarnista struktura austenitu pierwotnego przeważnie wpływa również na polepszenie własności mechanicznych i eksploatacyjnych stali normalizowanych , hartowanych i ulepszanych cieplnie . Badanie wielkości austenitu pierwotnego umożliwia przewidywanie niektórych własności stali po przemianie alotropowej oraz ocenę prawidłowości wykonanej obróbki cieplnej .



9.3 Jakie są różnice i podobieństwa w mechanizmach przemian perlitycznej, bainitycznej i martenzytycznej?
Przemiana perlityczna, w metaloznawstwie fazowa przemiana termiczna austenitu w perlit zachodząca w wyniku powolnego chłodzenia (poniżej temperatury 723°C) nagrzanej do temperatury austenitu stali węglowej lub niskostopowej.
Przemiana bainityczna, w metaloznawstwie fazowa przemiana termiczna w bainit, pośrednia między przemianą perlityczną a przemianą martenzytyczną, polegająca na przechłodzeniu austenitu do temperatury z zakresu 500-300°C, w której nie zachodzi już dyfuzja pierwiastków metalicznych, zachodzi zaś jeszcze dyfuzja węgla
Przemiana martenzytyczna, w metaloznawstwie izotermiczna przemiana austenitu w martenzyt zachodząca w wyniku gwałtownego chłodzenia nagrzanej do temperatury austenitu stali węglowej lub niskostopowej
9.4 Jakie są cechy morfologiczne perlitu, bainitu górnego, bainitu dolnego oraz martenzytu listkowego i płytkowego ?
Perlit – jest mieszaniną składającą się z ułożonych na przemian płytek ferrytu.
Bainit dolny – tworzy się w procesie odpuszczania poniżej temperatury 573K. Jego odporność na uderzenia jest zwiększona kosztem twardości.

Bainit dolny – tworzy się w temperaturze 523K – 773K. Jest odporny na uderzenia i posiada dużą sprężystość.





1   2   3   4   5   6


©operacji.org 2017
wyślij wiadomość

    Strona główna