Embed Size (px)
Citation preview
dr hab. inż. Joanna Hucińska
Katedra Inżynierii MateriałowejWydział Mechaniczny
Gmach ŻelbetuI piętro, p. 128 (104 domofon) E-mail: [email protected]
1. WPROWADZENIE
MATERIAŁOZNAWSTWO – dziedzina nauki stosowanej obejmująca badania zależności między składem chemicznym, syntezą i strukturą materiałów a ich właściwościami i zastosowaniem.
Struktura = BudowaWłaściwości = WłasnościMateriały metalowe (czyste metale i ich stopy) = MetaleMateriały niemetalowe = Niemetale
Zalecane skrypty:1. Praca zbiorowa: Metaloznawstwo. Gdańsk: Wyd. Politechniki Gdańskiej
19962. Praca zbiorowa: Metaloznawstwo. Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych.
Gdańsk: Wyd. Politechniki Gdańskiej 1995
PROGRAM WYKŁADÓW
1. Wprowadzenie. Znaczenie znajomości materiałoznawstwa dla osoby zarządzającej przedsiębiorstwem przemysłowym
2. Budowa materiałów, metody badań 3. Właściwości materiałów, metody badań4. Niektóre metody kształtowania wyrobów 5. Badania materiałów w laboratoriach przemysłowych6. Badania nieniszczące obiektów przemysłowych 7. Charakterystyka wybranych materiałów metalowych· Zależności między strukturą, właściwościami mechanicznymi
i zastosowaniem· Metody poprawiania właściwości mechanicznych· Niszczenie materiałów w wyniku oddziaływania środowiska
PREZENTACJE PP DO WYKŁADU
1. Wprowadzenie, budowa materiałów
2. Budowa materiałów: makrostruktura, mikrostruktura, mikroskopia świetlna
3. Mikroskopia elektronowa
4. Właściwości mechaniczne materiałów
5. Metody kształtowania wyrobów metalowych
6. Badania materiałów konstrukcyjnych w laboratoriach przemysłowych
7. Przegląd przemysłowych metod badań nieniszczących
8. Budowa stopów
9. Stopy żelaza
10.Korozja metali
METALE Zwykle ciała stałe w t. pokojowej Świeżo odsłonięta powierzchnia jest
błyszcząca Zwykle plastyczne Dobrze przewodzą elektryczność i
ciepło Nieprzezroczyste Tworzą stopyStop – 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.
NIEMETALE Ciała stałe, ciekłe i
gazowe w t. pokojowej Świeżo odsłonięta
powierzchnia ciała stałego jest zwykle matowa
Kruche Izolatory Przezroczyste i
nieprzezroczyste Tworzą związki
chemiczne
PODZIAŁ MATERIAŁÓW
2. BUDOWA MATERIAŁÓW
ELEMENTY BUDOWY
1. Wiązania miedzy atomami
2. Układ atomów w przestrzeni
3. Makrostruktura
4. Mikrostruktura
2.1. WIĄZANIA MIĘDZY ATOMAMI
Siły oddziaływania między atomami
Energia potencjalna pary atomów
Wiązanie jonowe
Wiązanie atomowe
Wiązanie metaliczne
rdzenie atomowe elektrony
2.2. UKŁAD ATOMÓW W PRZESTRZENI
Ciała krystaliczne
Układ atomów/cząstek (a/cz) w przestrzeni jest statystyczne uporządkowany, symetryczny.
Położenie a/cz wyznacza się przy pomocy metod rentgenowskich.
Położenie a/cz odwzorowuje model geometryczny – sieć przestrzenna.
Ciała bezpostaciowe(amorficzne)
Układ atomów w przestrzeni jest nieuporządkowany, chaotyczny.
Elementy sieci przestrzennej
Sieć przestrzenna utworzona przez translację: a) punktu, b) prostej, c) płaszczyzny
Opis sieci przestrzennej
Układ współrzędnych krystalograficznych
Komórka sieciowa
Zmiana stanu skupienia: ciekły - stały
Krzywe krzepnięcia: 1-3 materiały krystaliczne, 4 materiał amorficzny
Krystalizacja: proces przejścia ciał krystalicznych ze stanu ciekłego w stały
Etapy krystalizacji : A – zarodki krystalizacji, B – dendryty, C- ziarna
Dendryty i ziarna
Dendryt
Granica ziaren
Kierunek
wzrostu
Kierunek wzrostu
Granica ziarna
Kierunek wzrostu
Kierunek wzrostu
Wady (defekty) struktury krystalicznej: punktowe, liniowe, złożone
Punktowe: wakanse, atomy w pozycji międzywęzłowej
Liniowe: dyslokacje
Atom międzywęzłowy
Wakans
Złożone: granice ziaren
Wpływ układu atomów w przestrzeni na właściwości ciał stałych
Przykład 1
W metalach elektrony walencyjne są swobodne – tworzą gaz elektronowy. Przewodnictwo elektryczne powinno więc zwiększać się przy wzroście temperatury. Jest natomiast odwrotnie: przewodnictwo maleje. To zjawisko tłumaczy regularna budowa metali. Chmura elektronowa porusza się falą, która łatwiej przechodzi przez regularny układ atomów niż przez nieregularny. Wzrost temperatury powoduje, że amplituda drgań atomów jest większa. W konsekwencji, budowa zostaje zaburzona, a przewodnictwo maleje.
Przykład 2
Przewodnictwo elektryczne czystego metalu silnie maleje, gdy zawiera on nawet minimalne ilości zanieczyszczeń, czyli obcych atomów. Obecność zanieczyszczeń zakłóca regularność struktury, a zatem obniża przewodnictwo.
Przykład 3
Dzięki zwartej, krystalicznej budowie metali i obecności wad w tej budowie możliwe jest łatwe przesuwanie się warstw metalu względem siebie – metale są więc plastyczne (łatwo ulegają odkształceniu plastycznemu).
