sciaga - Materiałoznawstwo - Materiałoznawstwo

sciaga - Materiałoznawstwo.doc
(2701 KB) Pobierz
Materiały  to wszystkie skondensowane substancje – ciała stałe, których właściwości czynią je użytecznymi dla człowieka. Wykonuje się z nich złożone produkty pracy, przedmioty użytkowe, narzędzia,
konstrukcje, budowle, maszyny i pojazdy, broń, działa sztuki itp.
Właściwości materiału  to zespół charakterystycznych cech, określających relację tworzywa na czynniki zewnętrzne (Np. obciążenie, temperaturę). Właściwości materiału można określić jako pewną stałą
wielkość, zależną wyłącznie od natury materiału, nie związaną z jego kształtem i wymiarami.
W technice wyodrębnia się właściwości fizyczne, chemiczne i użytkowe materiału.
Właściwości fizyczne  określają zachowanie się materiału w polu oddziaływania czynnika fizycznego.
Właściwości mechaniczne  charakteryzują zachowanie materiału poddanemu działaniu obciążeń mechanicznych.
Właściwości chemiczne  określają najczęściej zdolności (lub jej brak) do wchodzenia materiału w reakcje chemiczne ze środowiskiem.
Najbardziej typowym przykładem jest odporność korozyjna tworzywa.
Właściwości użytkowe  decydują o zachowaniu się materiałów podczas eksploatacji wykonanych z nich maszyn i urządzeń.
O właściwościach w ogólnym znaczeniu decyduje skład chemiczny i struktura wewnętrzna materiału.
Wyróżniamy 3 główne grupy materiałów
 metale
 materiały ceramiczne
 polimery
 kompozyt
\
Metale i stopy metali  80 pierwiastków w układzie okresowym to metale, wśród których wiele, np. żelazo, miedź, aluminium, mangan, nikiel, kobalt, tytan, srebro, złoto, platyna, mają znaczenie użytkowe.
Stopy metali  substancje składające się z co najmniej dwóch pierwiastków, z których przynajmniej jeden w przeważającej ilości jest metalem.
W technice zalicza się do metali substancje charakteryzujące się w stanie stałym następującymi
właściwościami:
 dobrą przewodnością cieplną i elektryczną,
 plastycznością – zdolnością do trwałych odkształceń,
 połyskiem – zdolnością odbijania promieni świetlnych.
Metale należą do materiałów krystalicznych charakteryzujących się prawidłowym rozmieszczeniem atomów w przestrzeni.
Między atomami metali występują wiązania metaliczne.
KOMÓRKA ELEMENTARNA SIECI RSC (REGULARNIE ŚCIENNIE CENTROWANEJ)
KOMÓRKA ELEMENTARNA SIECI
RPC (REGULARNIE PRZESTRZENNIE
CENTROWANEJ)
Materiały metaliczne dzielimy na:
 polikrystaliczne,  monokrystaliczne,
Materiały ceramiczne  Ceramika składa się w stanie stałym z substancji nieograniczonych (nie będących metalami i ich stopami). Otrzymywane zazwyczaj poprzez spiekanie.
Większość materiałów ceramicznych to tlenki lub związki chemiczne metali z takimi pierwiastkami jak azot, węgiel bor i inne, w których atomy połączone są wiązaniami atomowymi i jonowymi.
Tworzywa ceramiczne, przeznaczone na wyroby garncarskie, porcelanowe, dachówki, cegły budowlane i żaroodporne są wytwarzane z gliny, która jest formowana w stanie wilgotnym, a następnie jest suszona i
wypalana.
Na narzędzia skrawające stosuje się w wielu przypadkach z powodzeniem zastępując metale, tworzywa ceramiczne: diament, korund (AI2,O3), węglik i azotek krzemu (SiC, Si3N4).
Dużą grupę materiałów ceramicznych stanowi tzw. ceramika specjalna. Należą do niej materiały dla elektroniki, tworzywa ogniotrwałe o wysokiej jakości oraz ceramika stosowana dla celów medycznych.
Tworzywa ceramiczne charakteryzują się przede wszystkim:
 odpornością na działanie wysokiej temperatury i na wstrząsy cieplne
 odporności na działanie czynników chemicznych
 dobrymi właściwościami mechanicznymi (oprócz wytrzymałości na rozciąganie i udarność) w tym dużą twardością i odpornością na ścieranie
 właściwościami dielektrycznymi
Podobnie jak metale, materiały ceramiczne w skali atomowej charakteryzują się struktura krystaliczną, nie mniej wiele materiałów ceramicznych może wykazywać również strukturę niekrystaliczna, czyli
amorficzną.
Takie materiały nazywamy szkłami. Są to materiały nieograniczone, główne tlenki, których właściwości są pośrednie pomiędzy właściwościami stanu ciekłego i stałego.
Cechują się one:
 dobra przepuszczalnością promieni widzialnych,
 dużą wytrzymałością na ścieranie,
 małą wytrzymałością na zgniatanie i rozciąganie,
 małym współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i małą przewodnością cieplną,
 posiadają dobre właściwości elektroizolacyjne,
 znaczna odporność na wpływ czynników atmosferycznych i większości kwasów.
Polimery i tworzywa sztuczne
Polimery, nazywane również tworzywami wielocząsteczkowymi, są materiałami organicznymi, zbudowanymi ze związków węgla z wodorem i innymi pierwiastkami.
Mają one tzw. budowę łańcuchową, złożona z powtarzających się elementów zwanych merami.
Poza tym w skład polimerów wchodzą również dodatki pomocnicze jak: wypełniacze, stabilizatory, zmiękczacze, barwniki i pigmenty itp.
Tworzywa sztuczne możemy podzielić na :
 elastomery – cechujące się wydłużeniem powyżej 100% i zdolnością do powrotu do pierwotnych wymiarów,
 plastomery – o wydłużeniu mniejszym niż 100% które po odkształceniu plastycznym często ulegają mechanicznemu zniszczeniu.
Plastomery dzielimy na:
 termoplasty (termoplastyczne polimery morficzne i krystaliczne),
 duroplasty (polimery termo- i chemoutwardzalne).
Kompozyty  to materiał złożony z co najmniej dwóch składników o różnych właściwościach, tak aby powstał materiał o właściwościach najlepszych lub innych niż poszczególne składniki.
Jednym ze składników kompozytu jest tzw. zbrojenie mające za zadanie przejmować obciążenie np. mechaniczne, zaś drugim składnikiem jest tzw. osnowa spajające (wiążąca) w całości elementy zbrojące.
Budowa materiałów:
 atom i cząsteczka,  komórka elementarna,  kryształ,  mikrostruktura,  makrostruktura.
Krystaliczna struktura materiałów
KRZEPNIĘCIE  proces przechodzenia substancji ze stanu ciekłego w stan stały. Atomy lub cząsteczki układają się względem siebie w przestrzeni w sposób bardziej lub mniej uporządkowany.
STANEM KRYSTALICZNYM  charakteryzuje się prawidłowym rozmieszczeniem przestrzennym atomów lub cząsteczek.
Pojawia się on przy niskiej szybkości chłodzenie ciekłego metalu. Atomy lub cząsteczki układają się względem siebie w sposób regularny, zachowując przestrzenną symetrię.
KRYSZTAŁAMI  ciała stałe, w których atomy lub cząsteczki są regularnie ułożone względem siebie.
STAN AMORFICZNY CZYLI BEZPOSTACIOWY uzyskujemy przy zastosowaniu bardzo dużej szybkości ochłodzenia ze stanu ciekłego.
W taki sposób otrzymuje się szkoło metaliczne.
KOMÓRKA ELEMENTARNA jest najmniejszym elementem sieci krystaliczne.
Większość metali o znaczeniu technicznym krystalizuje w jednym z trzech następujących układów kryptograficznych:
 regularnym o sieci ściennie centrowanej – RSC(A1),
 regularnym o sieci przestrzennie centrowanej – RPC(A2),
 heksagonalnym o sieci zwartej – HZ(A3).
KOMÓRKA ELEMENTARNA SIECI H2 (HEKSAGONALNEJ ZWARTEJ)
RZECZYWISTA STRUKTURA KRYSZTAŁÓW
Struktura krystaliczna materiałów różni się od metalu idealnego – występujące w nich różnice nazywane są DEFEKTAMI (WADAMI) STRUKTURY KRYSTALICZNEJ. W zależności od rozmiarów obszarów kryształu o
zaburzonej budowie defekty struktury krystalicznej podzielić można na:
 punktowe,  liniowe,  powierzchniowe.
DEFEKTY PUNKTOWE stanowią nie obsadzone przez atomy lub cząsteczki węzły sieci kryształu. Atomy w kryształach znajdują się w ruchu drgającym wokół położeń równowagi (węzłów sieci). Przejście atomu na
powierzchnię kryształu (defekt Schottky`ego) lub na pozycję międzywęzłowe (defekt Frankla) powoduje nieobsadzenie węzła sieci przestrzennej i utworzenie WAKANSU (luki).
Mechanizm tworzenia się wad punktowych struktury (wakans) krystalicznej
a.)
Schottky`ego, b.) Frankla
ATOM MIĘDZYWĘZŁOWY  atom przemieszczony z węzła sieci do pozycji międzywęzłowej.
ATOM RÓŻNOWĘZŁOWY  pojawia się gdy w roztworze stałym atom pierwiastka rozpuszczonego zastąpi pierwiastka będącego.
Defekty punktowe powodują lokalne zniekształcenie sieci kryształu, kontrakcję i ekspansję.
Wady punktowe struktury i lokalne odkształcenie sieci wokół nich:
A – wakans i kontrakcja sieci, b – atom międzywęzłowy i ekspansja sieci
AB
DEFEKTY LINIOWE – występujące w strukturze kryształy, to dyslokacje. Rozróżnia się dwa podstawowe modele dyslokacji:  krawędziową,  śrubową.
Dyslokacja krawędziowa powstaje w krysztale w wyniku wprowadzenia dodatkowej płaszczyzny atomowej zwanej ekstrapłaszczyzną.
Dyslokacja śrubowa powstaje w wyniku wzajemnego przesunięcia płaszczyzn atomowych.
a.) Model dyslokacji krawędziowej, b.) Model dyslokacji śrubowej
Defekty powierzchniowe występują w materiałach polikrystalicznych; stanowią one granica pomiędzy poszczególnymi zmianami w materiale.
Właściwości mechaniczne charakteryzują reakcje materiału na obciążenie zewnętrzne materiału.
Reakcją materiału na obciążenie jest odkształcenie sprężyste, następnie plastyczne, a po przekroczeniu wytrzymałości mechanicznej właściwej dla danego tworzywa – utrata spójności materiału czyli dekohezja.
ODKSZTAŁCENIA SPRĘŻYSTE  powstają po obciążeniu materiału określoną siłą.
Po ustaniu jej działania materiał wraca do pierwotnych wymiarów. Nie powstaje trwałe odkształcenie oraz zmiana struktury i właściwości materiału.
Odkształcenie sprężyste  występuje w kolejnej fazie obciążenia materiału, gdzie powstają trwałe odkształcenia makro- i mikroskopowe (zmiany struktury)
i właściwości.
ODKSZTAŁCENIE PLASTYCZNE  materiału charakteryzuje jego zdolność do trwałych odkształceń bez naruszania wewnętrznej spójności. Jest jedną z głównych właściwości tworzyw, szczególnie konstrukcyjnych.
Właściwości mechaniczne materiałów zależą od składu chemicznego, struktury i temperatury.
Podstawową próbą umożliwiającą określenie właściwości wytrzymałościowych i plastycznych materiałów jest statyczna próba rozciągania
Rsp  granica sprężystości
Rm  maksymalna wytrzymałość
Maksymalna wytrzymałość na rozciąganie Rm, czyli naprężenie normalne w próbce jako stosunek największej siły rozciągającej Fm do pola powierzchni przekroju początkowego
Wyraźna granica plastyczności Re, czyli naprężenie rozciągające w próbce przy osiągnięciu którego występuje wyraźny wzrost jej wydłużenia przy ustalonej lub nieco zmniejszonej sile rozciągania.
Umowna granica plastyczności R0,2 – naprężenie rozciągające wywołujące w próbce umowne wydłużenie trwałe x=0,2%.
Właściwości plastyczne materiałów wyznaczone w statycznej próbie rozciągania określa się na podstawie wydłużenia i przewężenia.
WYDŁUŻENIE  stosunek trwałego wydłużenia bezpośredniego próbki po rozerwaniu ΔL do długości pomiarowej Lo wyrażonym w procentach:
PRZEWĘŻENIE  stosunek zmniejszenia pola powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu rozerwania do pola powierzchni jej przekroju pierwotnego wyrażony w procentach:
Większość materiałów ceramicznych podczas rozciągania w temperaturze pokojowej prawie zawsze pęka zanim osiągną stan plastyczny i z tego powodu nie można wyznaczyć ich granicy plastyczności.
Czyste metale są bardzo plastyczne i odznaczają się dużą ciągliwością dlatego można je odkształcić plastycznie w celu nadania im odpowiedniego kształtu. Zdolność metali do umacniania się podczas
odkształcenia sprawia, że po skończonej obróbce ich wytrzymałość zwiększa się.
Większość polimerów charakteryzuje się mniejszą granicą plastyczności niż metale. Bardzo wytrzymałe polimery osiągają wytrzymałość odpowiadającą stopom
aluminium.
UDARNOŚĆ  charakteryzuje wytrzymałość materiału na obciążenie dynamiczne. Próba udarności polega na złamaniu jednym uderzeniem młota wahadłowego Charply`ego, próbki z karbonem, podpartej
swobodnie na obu końcach i pomiarze energii jej złamania. Próbka jest ułożona tak, aby uderzenie młota nastąpiło z przeciwległej strony.
Udarność KC wyraża się stosunkiem pracy kamienia K (J) zużytej na złamanie próbki do pola powierzchni jej przekroju poprzecznego w miejscu złamania So (w cm2):
Badanie udarności materiałów jest istotne przy wyznaczeniu skłonności różnych materiałów do tzw.: kruchego pękania czyli przechodzenia ze stanu ciągliwego w stan kruchości wraz z obniżeniem temperatury.
T WARDOŚĆ  odporność materiału na odkształcenie trwałe pod względem sił skupionych, działających na małą powierzchnię materiału wywołanych przez wciskanie odpowiedniego wgłębnika. W zależności od
rozmiarów strefy odkształcenia spowodowanego wniknięciem wgłębnika w materiał rozróżnia się makro- i mikrotwardość.
W pomiarach makrotwardości strefa odkształcenia obejmuje większą liczbę zmian, natomiast pomiary mikrotwardości są stosowane do oznaczania twardości oddzielnych krystalitów i dlatego strefa odkształcenia
powinna być mniejsza od rozmiarów badanego ziarna.
W zależności od rodzaju i kształtu wgłębnika oraz innych czynników przeprowadzenia próby rozróżnia się:
 twardość Brinella (wgłębnikiem jest kula stalowa) – oznaczenie HB
 twardość Rockwella (wgłębnikiem jest stożek diamentowy lub kulka stalowa) –
oznaczenia: HRA, HRB, HRC
 twardość Vickersa (wgłębnikiem jest ostrosłup diamentowy) – oznaczenie HV
Rzeczywistą twardość (np.: Brinella) określa się ilorazem wartości obciążenia F i powierzchnię czaszy odcisku d.
Schemat pomiaru twardości metodą Brinella.
Właściwości technologiczne
SKRAWALNOŚĆ  jest to podatność materiału na obróbkę skrawaniem.
Stopień skrawalności zależy w bardzo istotnym stopniu od warunków obróbki (rodzaj i kształt narzędzia skrawającego, rodzaj obróbki, sposób smarowania oraz chłodzenia).
Skrawalność ma duże znaczenie technologiczne i gospodarcze z uwagi na znaczny udział kosztów obróbki w ogólnym koszcie wytwarzania wielu grup wyrobów.
Główny wpływ na skrawalność materiału wywiera jego skład chemiczny, struktura i właściwości mechaniczne. W przypadku większości tworzyw istnieje korelacja między skrawalności i wytrzymałością;
zwiększenie wytrzymałości pogarsza skrawalność.
Poprawie skrawalności sprzyja struktura jednorodna, pozbawiona (dotyczy to głównie metali) twardych wtrąceń niemetalicznych.
SPAWALNOŚĆ  jest to podatność materiałów do tworzenia złączy spawanych o właściwościach zbliżonych do właściwości materiału rodzimego.
Własność tę rozważa się w odniesieniu do metali (szczególnie do stali i plastycznych odmian żeliwa) i tworzyw sztucznych.
Spawanie polega na spajaniu materiałów przez stopienie brzegów w miejscu łączenia z dodaniem lub bez dodania stopionego materiału tego samego rodzaju zwanego spoiwem.
W zależności od stosowanego źródła ciepła do najważniejszych zalicza się spawanie elektryczne i gazowe.
Spawalność zależy od rodzaju spawanego materiału, składu chemicznego i struktury, w przypadku stali istotną role odgrywa ponadto jej hartowność, tj. zdolność do tworzenia struktury martenzytycznej podczas
chłodzenia od temperatury austenityzowania.
Efekt procesu spawania zależy poza tym od:
 cech konstrukcji spawanej (sztywność konstrukcji, grubość części spawanych, rozmieszczenie spoin, koncentracja naprężeń).
 technologii spawania (rodzaj procesu spawania, zastosowane spoiwo, źródła ciepła, szybkości spawania, kolejności wykonywania spoin, temperatury konstrukcji i otoczenia).
Niedostateczna spawalność, np. stali objawia się pojawieniem mikropęknięć wzdłuż spawanego złącza w strefie wpływu ciepła, to jest w materiale w pobliżu spoiny, która w czasie spaw...
Plik z chomika:
makshub
Inne pliki z tego folderu:


Budowa Atom1.doc (24 KB)
Budowa Atomu.doc (74 KB)
 Cyna i stopy cyny.doc (39 KB)
 Kompozyty 1.jpg (50 KB)
 Kompozyty 2.jpg (44 KB)
Inne foldery tego chomika:
 Angielski
Maszynoznawstwo
 Mikroekonomia
 Podstawy Zarządzania
 Socjologia

Zgłoś jeśli naruszono regulamin







Strona główna
Aktualności
Kontakt
Dla Mediów
Dział Pomocy
Opinie
Program partnerski




Regulamin serwisu
Polityka prywatności
Ochrona praw autorskich
Platforma wydawców
Copyright © 2012 Chomikuj.pl