MATERIAŁOZNAWSTWO Wydział Mechaniczny, Mechatronika, sem. I. dr inż. Hanna Smoleńska

Transkrypt

1 MATERIAŁOZNAWSTWO Wydział Mechaniczny, Mechatronika, sem. I dr inż. Hanna Smoleńska

2 Prowadzący : dr inż. Hanna Smoleńska Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania, Wydz. Mechaniczny Kontakt: hsmolens@pg.gda.pl Żelbet, pokój nr 130

3 Literatura podstawowa: 1. Głowacka M., Zieliński A., (red.) Podstawy materiałoznawstwa, Politechnika Gdańska, Gdańsk, 2011, 2. Głowacka M. (red.). Metalozawstwo, Politechnika Gdańska, Gdańsk, Przybyłowicz K.: Metaloznawstwo. WNT, Warszawa, Dobrzański L.A.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. WNT, Warszawa, Dobrzański L.A.: Materiały inżynierskie i projektowanie materiałowe. WNT, Warszawa, Przybyłowicz K., Przybyłowicz J.: Materiałoznawstwo w pytaniach i odpowiedziach. WNT, Warszawa, Literatura uzupełniajaca: 1. Ashby F.A., Jones D.R.: Materiały inżynierskie. Tom I i II. WNT, Warszawa, Callister W.D.: Materials Science and Engineering. Wiley and Sons, Dobrzański L.A.: Metalowe materiały inżynierskie. WNT, Warszawa, 2004.

4 Materiały pomocnicze Skrypt do Podstaw materiałoznawstwa udenci/skrypty/ Logowanie Login: kimis Hasło: kimis2011

5 TEMATY WYKŁADÓW 1. Charakterystyka ciał stałych 2. Struktura materiałów 3. Defekty struktury 4. Budowa stopów metali 5. Układy równowagi fazowej 6. Układ równowagi żelazo-węgiel 7. Stopy żelaza 8. Krystalizacja materiałów metalowych 9. Obróbka plastyczna tworzyw metalowych 10. Obróbka cieplna tworzyw metalowych 11. Właściwości materiałów 12. Degradacja materiałów 13. Stopy metali nieżelaznych 14. Tworzywa niemetalowe

6 ZASADY ZALICZENIA Pytania typu egzaminacyjnego: Egzamin, 3 terminy: zerowy, podstawowy i poprawkowy 8 do 10 pytań 45 minut Próg zaliczenia: 51% Ściąganie (w dowolnej formie) powoduje usunięcie z sali i możliwość zdawania dopiero w terminie poprawkowym!

7 Co to jest materiałoznawstwo i do czego jest potrzebne?

8 Co to jest materiałoznawstwo i do czego jest potrzebne? Dziedzina wiedzy zajmująca się: badaniem składu chemicznego, struktury i właściwości materiałów metalowych i niemetalowych oraz badaniem wpływu zmian składu chemicznego i struktury na właściwości materiałów (Inżynieria materiałowa) w celu opracowania nowych tworzyw lub udoskonalania istniejących tworzyw, przewidywania wpływu ich syntezy i przetwarzania na właściwości, przewidywania zachowania się materiałów w czasie pracy, rozwiązywania zaistniałych problemów materiałowych.

9 Trochę historii Przełom XVIII/XIX wieku: odkrycie, ze stal jest stopem* żelaza z węglem, na podstawie eksperymentu polegającego na stopieniu tygla wykonanego z żelaza z włożonym do niego diamentem. Analiza chemiczna stała się główną metodą charakteryzowania metali. (Rozpatrywano związki między składem chemicznym i technologią wykonania materiałów metalowych z podstawowymi cechami użytkowymi, takimi jak: twardość, kruchość, plastyczność). *Stop tworzywo składające się z metalu stanowiącego osnowę, do którego wprowadzono co najmniej jeden pierwiastek (metal lub niemetal) w celu zmiany jego właściwości w żądanym kierunku.

10 Badanie anatomii metali - R. A. Réaumur, który w 1722 roku podjął próbę wizualnego wniknięcia w wewnętrzną budowę stopu żelaza. Jako pierwszy w świecie, badając pod mikroskopem przy powiększeniu prawdopodobnie mniejszym niż 150x ziarno stali, wykonał graficzny schemat wewnętrznej budowy stali, którą to budowę określił jako komórkową. Sformułowany przez Réaumura pogląd, że obróbkę cieplna stali należy tłumaczyć zachodzącymi w niej przemianami wewnętrznymi, ukierunkował dociekania i badania metali i stopów metalicznych w następnych latach. Budowa komórkowa stali oglądana pod mikroskopem przez Réaumura w 1722r.: M- komórki, V- pustki

11 Połowa XIX wieku: powstanie nowej dyscypliny metalografii, zajmującej się badaniem i opisywaniem mikrostruktury metali, do czego doprowadził wynalazek mikroskopu świetlnego, umożliwiającego badanie w świetle odbitym nieprzezroczystych materiałów - (H.C. Sorby). Przeprowadzono pierwsze badania mikrostruktury stali.

12 Połowa XIX wieku: opracowanie metod charakteryzowania właściwości mechanicznych materiałów oraz procedur badań. Wykrycie efektów związanych z odkształceniem sprężystym i plastycznym metali. Pierwsze badania nad wpływem składu chemicznego materiałów i ich obróbki cieplnej na mikrostrukturę oraz związku mikrostruktury z właściwościami użytkowymi. Początek prac nad zjawiskiem prowadzącym do umocnienia stali podczas hartowania (koniec prac początek I wojny światowej).

13 Koniec XIX wieku: wynalezienie dokładnej metody pomiaru temperatury przy pomocy termopary (Le Chatelier), co pozwoliło na wyznaczanie wykresów równowagi fazowej, przy zastosowaniu termodynamicznych zasad opracowanych przez Gibbsa. Wykresy ilustrują skład fazowy (strukturę) stopów w funkcji składu chemicznego i temperatury. Wykresy mają do dziś podstawowe znaczenie przy projektowaniu stopów.

14

15 Początek XX wieku: wykształcenie się nowej dyscypliny nazwanej metaloznawstwem, której częścią składową jest metalografia. Metaloznawstwo zajmuje się badaniem budowy fazowej materiałów metalowych oraz zachodzących w niej przemian z punktu widzenia mikrostruktury, oraz jej relacji z technologią i właściwościami, głównie mechanicznymi.

16 Początek XX wieku: odkrycie przez von Lauego dyfrakcji promieni X na sieci krystalicznej i stwierdzenie, przez Braggów, za ich pomocą, że metale mają strukturę krystaliczną. Włączenie krystalografii w obszar zainteresowania metaloznawstwa, co otworzyło możliwość zmiany skali rozpatrywania struktury metali.

17 Lata 20. XX wieku: stworzenie podstaw elektronowej teorii metali, wiążącej podstawowe właściwości ciał stałych z zachowaniem elektronów oraz podstaw teorii defektów budowy krystalicznej. Początek stosowania strukturalnego podejścia do innych materiałów niż metale.

18 Lata 40. XX wieku: wyodrębnienie nowej dyscypliny fizyki metali, a następnie jej przekształcenie w fizykę ciała stałego w wyniku zainteresowania innymi materiałami, głównie półprzewodnikami. Połowa XX wieku: zastosowanie mikroskopu elektronowego, o większej zdolności rozdzielczej niż mikroskop świetlny, do badań struktury materiałów. Możliwości równoległej analizy chemicznej w mikroskali oraz identyfikacji faz.

19 Początek lat 60. XX wieku: umocnienie świadomości, że w odniesieniu do różnych klas materiałów stosuje się to samo podejście oraz dla ich badania wykorzystuje się te same metody doświadczalne, co doprowadziło do wyłonienia nauki o materiałach i inżynierii materiałowej, które włączyły w swoje ramy następujące dziedziny: metaloznawstwo, ceramikę, fizykochemię polimerów, fizykę ciała stałego, krystalografię, chemię fizyczną oraz elementy dyscyplin inżynierskich związanych bezpośrednio z materiałami.

20