Temat 3. Nauka o materiałach. Budowa metali i stopów

Podobne dokumenty
Temat 3. Nauka o materiałach. Budowa metali i stopów

STRUKTURA MATERIAŁÓW

STRUKTURA MATERIAŁÓW. Opracowanie: Dr hab.inż. Joanna Hucińska

STRUKTURA STOPÓW CHARAKTERYSTYKA FAZ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

BUDOWA STOPÓW METALI

STRUKTURA STOPÓW UKŁADY RÓWNOWAGI FAZOWEJ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

STRUKTURA IDEALNYCH KRYSZTAŁÓW

PIERWIASTKI STOPOWE W STALACH. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA w elektronice

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PLASTYCZNOŚĆ. Zmiany makroskopowe. Zmiany makroskopowe

MIKROSKOPIA METALOGRAFICZNA

Chemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

Krystalografia. Typowe struktury pierwiastków i związków chemicznych

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Zakład Metaloznawstwa i Odlewnictwa

Chemia nieorganiczna. Pierwiastki. niemetale Be. 27 Co. 28 Ni. 26 Fe. 29 Cu. 45 Rh. 44 Ru. 47 Ag. 46 Pd. 78 Pt. 76 Os.

Stopy żelaza z węglem

Wykresy równowagi układu żelazo-węgiel. Stabilny żelazo grafit Metastabilny żelazo cementyt

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

PIERWIASTKI STOPOWE W STALACH

WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

Wykład 8 Wykresy fazowe część 2

Pierwiastek: Na - Sód Stan skupienia: stały Liczba atomowa: 11

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

Zespół Szkół Samochodowych

Kinetyka zarodkowania

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

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Struktura elektronowa

Chemia I Semestr I (1 )

Charakterystyka składników - ŻELAZO Duże rozpowszechnienie w przyrodzie ok. 5% w skorupie ziemskiej. Rudy żelaza:

STRUKTURA CIAŁA STAŁEGO. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Wykresy równowagi fazowej. s=0

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. II. Przemiany austenitu przechłodzonego

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE

Nauka o Materiałach Wykład II Monokryształy Jerzy Lis

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 342

Podstawy krystalochemii pierwiastki

KRYSTALIZACJA METALI I STOPÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Model wiązania kowalencyjnego cząsteczka H 2

Różne typy wiązań mają ta sama przyczynę: energia powstającej stabilnej cząsteczki jest mniejsza niż sumaryczna energia tworzących ją, oddalonych

Nauka o Materiałach. Wykład IX. Odkształcenie materiałów właściwości plastyczne. Jerzy Lis

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1050

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 342

Atomy wieloelektronowe

ZAGADNIENIA EGZAMINACYJNE

Grupa b. Zadania na ocen celujàcà

Elementy teorii powierzchni metali

Inne koncepcje wiązań chemicznych. 1. Jak przewidywac strukturę cząsteczki? 2. Co to jest wiązanie? 3. Jakie są rodzaje wiązań?

DEFEKTY STRUKTURY KRYSTALICZNEJ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Wykład IX: Odkształcenie materiałów - właściwości plastyczne

Cel główny: Uczeń posiada umiejętność czytania tekstów kultury ze zrozumieniem

Stany skupienia materii

Konwersatorium 1. Zagadnienia na konwersatorium

Nazwy pierwiastków: ...

DEFEKTY STRUKTURY KRYSTALICZNEJ

Wiązania. w świetle teorii kwantów fenomenologicznie

Wymagania przedmiotowe do podstawy programowej - chemia klasa 7

Diagramy fazowe graficzna reprezentacja warunków równowagi

Zasady obsadzania poziomów

STRUKTURA KRYSTALICZNA

Nazwy pierwiastków: A +Fe 2(SO 4) 3. Wzory związków: A B D. Równania reakcji:

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE

Efekty strukturalne przemian fazowych Marek Faryna

Fizyka Ciała Stałego. Struktura krystaliczna. Struktura amorficzna

Wykład 8. Przemiany zachodzące w stopach żelaza z węglem. Przemiany zachodzące podczas nagrzewania

Kierunek i poziom studiów: Chemia budowlana, II stopień Sylabus modułu: Chemia ciała stałego 0310-CH-S2-B-065

CHEMIA klasa 1 Wymagania programowe na poszczególne oceny do Programu nauczania chemii w gimnazjum. Chemia Nowej Ery.

CZĄSTECZKA. Do opisu wiązań chemicznych stosuje się najczęściej jedną z dwóch metod (teorii): metoda wiązań walencyjnych (VB)

Spis treœci Wstêp Od epoki br¹zu do in ynierii materia³owej Przedmowa Rozdzia³ 1 Budowa atomowa metali Rozdzia³ 2 Krzepniêcie metali

CZĄSTECZKA. Do opisu wiązań chemicznych stosuje się najczęściej metodę (teorię): metoda wiązań walencyjnych (VB)

Przemiany alotropowe

Elektrolity wykazują przewodnictwo jonowe Elektrolity ciekłe substancje rozpadające się w roztworze na jony

Stopy metali FAZY

Fizyka Ciała Stałego. Struktura krystaliczna. Struktura amorficzna

Inżynieria materiałowa: wykorzystywanie praw termodynamiki a czasem... walka z termodynamiką

OBRÓBKA CIEPLNA. opracował dr inż. Stanisław Rymkiewicz

MATERIAŁ UZUPEŁNIAJĄCY DO WYKŁADU - MATERIAŁOZNAWSTWO WBiIŚ, sem. 02

Metale i ich stopy. Podręcznik akademicki do nauki metaloznawstwa i inżynierii materiałowej. Prof. Leszek A. Dobrzański

Nauka o Materiałach. Wykład VI. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste i plastyczne. Jerzy Lis

Temat Ocena dopuszczająca Ocena dostateczna Ocena dobra Ocena bardzo dobra Ocena celująca. Uczeń:

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 494

03 - Miary, tabele, przeliczania jednostek

UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW

EFEKT PAMIĘCI KSZTAŁTU

WOJEWÓDZKI KONKURS CHEMICZNY

Laboratorium inżynierii materiałowej LIM

EFEKT PAMIĘCI KSZTAŁTU

PARAMETRY EUTEKTYCZNOŚCI ŻELIWA CHROMOWEGO Z DODATKAMI STOPOWYMI Ni, Mo, V i B

Wyjaśnienie treści Specyfikacji Istotnych Warunków Zamówienia

Właściwości kryształów

Elektronowa struktura atomu

Wykład 9 Wprowadzenie do krystalochemii

Realizacja wymagań szczegółowych podstawy programowej w poszczególnych tematach podręcznika Chemia Nowej Ery dla klasy siódmej szkoły podstawowej

Wykaz ważniejszych symboli agadnienia ogólne Wstęp Zarys historii chemii analitycznej

Spis treści. Metoda VSEPR. Reguły określania struktury cząsteczek. Ustalanie struktury przestrzennej

Realizacja wymagań szczegółowych podstawy programowej z chemii dla klasy siódmej szkoły podstawowej

WYMAGANIA EDUKACYJNE z chemii dla klasy siódmej

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

1 i 2. Struktura elektronowa atomów, tworzenie wiązań chemicznych

Transkrypt:

Temat 3 Nauka o materiałach Budowa metali i stopów

BUDOWA MATERII SKALA 10-3 do 10-6 10-6 do 10-10 m m 10-10 do 10-16 m ~10-24 m? STRUKTURA MATERII WG TEORII STRUN: 1) kryształ; 2) sieć atomów; 3) atom; 4)elektron; 5) proton składający się z kwarków; 6) hipotetyczne struny

Atomy

LICZBA STANÓW ENERGETYCZNYCH ELEKTRONU

Położenia i prędkości elektronów otaczających jądro atomu, zgodnie z zasadą nieoznaczoności, nie można dokładnie opisać. Można tylko określić prawdopodobieństwo znalezienia się elektronu w poszczególnych miejscach otaczających jądro. Strukturę elektronową należy sobie wyobrażać jako chmurę elektronową wokół jądra. Duże prawdopodobieństwo znalezienia się elektronu w danym miejscu odpowiada dużej gęstości chmury elektronowej. Gęstość chmury elektronowej na jednostkę objętości ρ można przedstawić jako iloczyn trzech funkcji, z których każda jest uzależniona odpowiednio od odległości promieniowej od jądra r lub kątów θ i ϕ, określających położenie danego punktu względem jądra we współrzędnych biegunowych Iloczyn funkcji Θ(θ) Φ(ϕ), zwany czynnikiem funkcji gęstości ΘΦ, przedstawiony w postaci trójwymiarowego wykresu, z dostatecznym przybliżeniem obrazuje zewnętrzny kształt atomu Kształty funkcji Θ(θ) oraz trójwymiarowe wykresy czynnika funkcji gęstości Θ(θ) Φ(ϕ) (według P. Wilkesa)

PRZYBLIŻENIE BUDOWY ATOMOWEJ Atom Przybliżenie nie uwzględnia funkcji gęstości ΘΦ Kształt orbitali ma wpływ na położenie atomów w kryształach Konfiguracja elektronowa Fe 2+2+6+2+6+2+6 = 26

Rodzaje wiązań atomowych Wyróżnia się następujące wiązania między atomami: jonowe, atomowe, zwane też kowalencyjnymi, metaliczne. wtórne Energia wiązań między atomami w różnych substancjach

Równowagowe położenie atomów Trwałe wiązania występują gdy siły przyciągające przewyższają siły odpychające Siły odpychające między atomami są głównie spowodowane nakładaniem się powłok elektronowych atomów. Zakaz Pauliego. Przy rozważaniu sił odpychania należy również uwzględnić czysto kulombowskie oddziaływanie między jądrami atomów. Siły przyciągania mają charakter sił elektromagnetycznych. Zależność energii potencjalnej od odległości między atomami

RÓŻNICA W WIĄZANIACH JONOWYCH I METALICZNYCH

SIEĆ KRYSTALOGRAFICZNA

KOMÓRKA ELEMENTARNA Def. Najmniejszy powtarzający się element sieci krystalograficznej

14 podstawowych typów sieci przestrzennej Bravais go KLASYFIKACJA SIECI KRYSTALOGRAFICZNYCH

KOMÓRKA SIECI REGULARNEJ ŚCIENNIE CENTROWANEJ (RŚC) LUB A1 Metal Symbol Stała sieciowa a (nm) Aluminium Al 0,404 Miedź Cu 0,360 Żelazo g (austenit) 912 Fe g 0,356 Nikiel Ni 0,351 Kobalt b 492 Co 0,395 Pallad Pd 0,388 Srebro Ag 0,307 Platyna Pt 0,391 Złoto Au 0,407 Ołów Pb 0,493

Komórka sieci regularnej ściennie centrowanej (RŚC) lub A1 Schemat elementarnej komórki sieci regularnej płasko centrowanej A1 a) rozłożenie atomów, b) płaszczyzny o gęstym ułożeniu atomów, c) luki oktaedryczne R=0,414D d) luki tetraedryczne R=0,225D

KOMÓRKA SIECI REGULARNEJ PRZESTRZENNIE CENTROWANEJ (RPC) LUB A2 Metal Symbo l Stała sieciowa a (nm) Tytan b 882 Ti 0,332 Wanad V 0,303 Żelazo a (ferryt) 912 Fe a 0,286 Chrom Cr 0,287 Niob Nb 0,329 Cyrkon Zr 0,361 Tantal Ta 0,329 Molibden Mo 0,314 Wolfram W 0,316

Komórka sieci regularnej przestrzennie centrowanej (RPC) lub A2 Schemat elementarnej komórki sieci regularnej przestrzennie centrowanej A2 a) rozłożenie atomów, b) płaszczyzny o gęstym ułożeniu atomów, c) luki oktaedryczne R=0,155D d) luki tetraedryczne R=0,291D

KOMÓRKA SIECI HEKSAGONALNEJ ZWARTEJ (HZ) LUB A3 Metal Symbol Stała sieciowa a/c (nm) Beryl Be 0,228/0,357 Magnez Mg 0,320/0,520 Tytan a 882 Ti a 0,295/0,472 Kobalt a 492 Co 0,250/0,407 Cynk Zn 0,266/0,494 Itr Y 0,366/0,581 Kadm Cd 0,297/0,561 Ren Re 0,276/0,445 Hafn Hf 0,320/0,507

Komórka sieci heksagonalnej zwartej (HZ) lub A3 Schemat elementarnej komórki sieci heksagonalnej zwartej A3 a) rozłożenie atomów, b) schemat sekwencji ułożenia płaszczyzn A3 oraz w sieci A1 (A, B i C) o najgęstszym ułożeniu atomów, c) luki oktaedryczne R=0,414D d) luki tetraedryczne R=0,225D

TEST EGZAMIN zag. 8 8. W jakim metalu występuje sieć krystalograficzna: regularna ściennie centrowana (RSC) w całym zakresie temperatur regularna ściennie centrowana (RSC) tylko w wysokiej temperaturze regularna przestrzennie centrowana (RPC) w całym zakresie temperatur regularna przestrzennie centrowana (RPC) tylko w wysokiej temperaturze regularna przestrzennie centrowana (RPC) tylko w niskiej temperaturze heksagonalna zwarta (HZ) w całym zakresie temperaturze heksagonalna zwarta (HZ) tylko w niskiej temperaturze inna niż (RSC, RPC, HZ) Nikiel Wanad Kobalt Platyna Chrom Żelazo Wolfram Miedź Tytan Magnez Cyna Złoto Mangan Aluminium Ołów Molibden Niob Cynk

DEFEKTY STRUKTURY KRYSTALICZNEJ Punktowe Atomy międzywęzłowe Atomy zamiennowęzłowe Wakanse Liniowe Dyslokacje krawędziowe Dyslokacje śrubowe Powierzchniowe Granice ziaren

Wady punktowe budowy krystalicznej i lokalne odkształcenie sieci przestrzennej kryształu wokół nich a) wakans i kontrakcja sieci b) atom międzywęzłowy i ekspansja sieci

DEFEKTY PUNKTOWE

Dyslokacje Dyslokacja krawędziowa (a) i śrubowa (b)

Dyslokacje a odkształcenie plastyczne

Ruch dyslokacji

Granice ziaren

Roztwory stałe Schemat rozmieszczenia atomów w strukturze roztworu stałego różnowęzłowego; A atomy metalu rozpuszczalnika, B atomy pierwiastka rozpuszczonego Schemat rozmieszczenia atomów w strukturze roztworu stałego międzywęzłowego; A atomy metalu rozpuszczalnika, B atomy pierwiastka rozpuszczonego

Defekty w roztworach stałych Schemat odkształcenia sieci w roztworze stałym różnowęzłowym, spowodowanego przez atom pierwiastka rozpuszczonego a) ekspansja sieci, b) kontrakcja sieci

Mikrostruktura wlewka. Ziarna zamrożone 1, ziarna słupkowe 2, ziarna wolne 3, jama usadowa 4

Nauka o materiałach Temat związany z ćwiczeniem audytoryjnym Układy równowagi stopów podwójnych

Zagadnienia na ćwiczenie audytoryjne Temat: Układy równowagi. 1. Budowa stanowiska do analizy termicznej. 2. Krzywa krzepnięcia metalu w stanie czystym. 3. Przebieg układu równowagi dla stopów o pełnej rozpuszczalności. 4. Sposób tworzenia się roztworu stałego w przypadku pełnej rozpuszczalności. 5. Przebieg układu równowagi dla stopów przy całkowitym braku rozpuszczalności. 6. Krzywe krzepnięcia stopów przy całkowitym braku rozpuszczalności. 7. Sposób krzepnięcia i budowa eutektyki. 8. Budowa stopów w zakresie stężeń pod i nadeutektycznych. 9. Przebieg układu równowagi dla stopów o ograniczonej rozpuszczalności. 10. Budowa stopów z układu równowagi stopów o ograniczonej rozpuszczalności.

Zagadnienia na ćwiczenie audytoryjne Temat: Struktury stopów żelaza z węglem. 1. Przebieg układu równowagi żelazo-cementyt, linie likwidus i solidus. 2. Budowa i zakres występowania roztworów stałych w układzie równowagi żelazocementyt. 3. Budowa i zakres występowania mieszanin eutektycznej i eutektoidalnej w układzie równowagi żelazo-cementyt. 4. Budowa i zakres występowania cementytu pierwszo, drugo i trzeciorzędowego w układzie równowagi żelazo-cementyt. 5. Budowa stopu w zakresie od 0,008 do 0.0218% C. 6. Budowa stopu w zakresie od 0,0218 do 0.77% C. 7. Budowa stopu w zakresie od 0,77 do 2,11% C. 8. Budowa stopu w zakresie od 2,11 do 4,3% C. 9. Budowa stopu w zakresie od 4,3 do 6,67% C. 10. Budowa stopu w zakresie 0,77 % C. 11. Struktura żeliwa szarego. 12. Struktura żeliwa sferoidalnego. 13. Struktura żeliwa ciągliwego. 14. Struktura żeliwa białego. 15. Właściwości żeliw w zależności od rodzaju wydzieleń grafitu. 16. Właściwości żeliw w zależności od rodzaju osnowy.

ANALIZA TERMICZNA SCHEMAT 0000012345 MILIWOLTOMIERZ REJESTRATOR LUB KARTA POMIAROWA PC ELEMENTY GRZEJNE PIEC LUB IZOLACJA TERMICZNA BADANY STOP TERMOPARA W OSŁONIE CERAMICZNEJ

SCHEMAT KRZEPNIĘCIA CZYSTEGO METALU T Temperatura krzepnięcia Ciepło przemiany fazowej Do otoczenia t

Układ równowagi stopów Wykres przedstawiający zależność pomiędzy temperaturą wydzielania ciepła przemiany a składem chemicznym stopu T Linia jednakowego składu chemicznego stopu metali A i B T A 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 B

PEŁNA ROZPUSZCZALNOŚĆ Zachodzi dyfuzja atomy A wchodzą w sieć metalu B B A wg: L. Dobrzański

Cu-Ni pełna rozpuszczalność

Cu-Ni budowa stopu

UKŁADY RÓWNOWAGI

BRAK ROZPUSZCZALNOŚCI wg M. Blicharski

Stop eutektyczny Nie zachodzi dyfuzja atomy A nie wchodzą w sieć metalu B A B Przełamanie bariery stężeniowej A A B B eutektyka

Bi-Cd brak rozpuszczalności

Bi-Cd budowa stopów

OGRANICZONA ROZPUSZCZALNOŚĆ wg M. Blicharski

Sn-Pb ograniczona rozpuszczalność wg M. Blicharski

Sn-Pb budowa stopów

AI-Si częścowa rozp ze strony AL

Al-Si budowa stopów

UKŁAD Z FAZĄ MIĘDZYMETALICZNĄ wg: L. Dobrzański

Cu-P faza międzymetaliczna

Układ przestrzenny wg: L. Dobrzański

Rezerwa

TEST EGZAMIN zag. 9 9. Jeżeli dwa metale A i B tworzą układ równowagi z eutektyką, to jaka struktura stopu z tego układu sprzyja dobrym właściwościom odlewniczym dobrej podatności do odkształceń plastycznych. wysokiej odporności na zużycie ścierne niskiej wytrzymałości zmęczeniowej wysokiej wytrzymałości zmęczeniowej dobrym właściwościom ślizgowym wysokiej granicy plastyczności niskiej twardości wysokiej twardości podatności do obróbki skrawaniem możliwości umacniania wydzieleniowego wysokiej odporności korozyjnej Eutektyka (A+B) Roztwór stały (a) Wydzielenia wtórne (a ) w roztworze (β) Metal A z eutektyką (A+B) Metal B z eutektyką (A+B) Eutetektoid (g) Eutektyka (α+β) Wydzielenia wtórne (β ) w roztworze stałym (a) Roztwór stały (β) Roztwór (α) z eutektyką (α+β) Roztwór (β) z eutektyką (α+β)

TEST EGZAMIN zag. 10 10.Jaką budowę ma stop złożony z dwóch metali A i B w przypadku całkowitej rozpuszczalności obu składników w sobie: braku rozpuszczalności w zakresie stężeń podeutektycznych braku rozpuszczalności w zakresie stężeń nadeutektycznych braku rozpuszczalności w zakresie stężenia eutektycznego częściowej rozpuszczalności spadającej wraz ze spadkiem temperatury częściowej rozpuszczalności spadającej wraz ze spadkiem temperatury w zakresie stężeń nadeutektycznych częściowej rozpuszczalności spadającej wraz ze spadkiem temperatury w zakresie stężeń podeutektycznych częściowej rozpuszczalności spadającej wraz ze spadkiem temperatury w zakresie stężenia eutektycznego częściowej rozpuszczalności spadającej wraz ze spadkiem temperatury w zakresie stężeń poniżej granicznej rozpuszczalności rozpadu wysokotemperaturowego roztworu stałego tworzenia fazy międzymetalicznej A 2 B w zakresie stężenia stechiometrycznie odpowiadającego fazie Eutektykę (A+B) Roztwór stały (a) Metal A z eutektyką (A+B) Metal B z eutektyką (A+B) Fazę międzymetaliczną np. (A 2 B) Eutetektoid Eutektykę (α+β) Wydzielenia wtórne (β ) w roztworze stałym Roztwór (α) z eutektyką (α+β) Roztwór (β) z eutektyką (α+β)

Fe-C teoretyczny

Żelazo cementyt II

Żelazo cementyt wg: L. Dobrzański

Rezerwa

Budowa wlewka Przekrój wlewka 1- strefa kryształów zamrożonych 1 strefa kryształów słupkowych 3- strefa kryształów wolnych 4- jama skurczowa

Sposób oznaczania powłok

Budowa metali Cząstki niepodzielne według modelu standardowego

Hybrydyzacja orbitali w cząsteczce Hybrydyzacja sp 3, sp 2 i sp węgla Na tej samej zasadzie, na planie tetraedru, powstają cząsteczki NH 3 i H 2 O, w których atomy azotu i tlenu uległy hybrydyzacji sp 3

Orbitale powłok elektronowych