74
Materiałoznawstwo i korozja - regulamin przedmiotu 1.Kierownik przedmiotu: dr inż. Andrzej Królikowski 2.Wykład: trzy części po 7 h - metale – dr inż. A. Królikowski, GCh p. 42, 8 - 29.10 - polimery - dr inż. M. Tryznowski, GTCh p. 250, 29.10 - 19.11 - ceramika – dr inż. P. Bednarek, GTCh p. 315, 26.11 - 17.12 3.Zaliczenie wykładu: egzamin pisemny – test. Do zdobycia 24 pkt. (po 8 pkt. z każdej części wykładu). Do zaliczenia potrzeba 12 pkt, ale min. 3 pkt z każdej części. Ilość punktów: 12-14,5 14,5-17 17-19,5 19,5-22 22-24 Ocena 3 3,5 4 4,5 5 4.Ćwiczenia laboratoryjne 3 x 3h: 7-28.01. Zaliczenie na podstawie kolokwium wstępnego, aktywności i sprawozdania. 5.Ocena końcowa: 0,7 x ocena z wykładu + 0,3 x ocena z laboratorium.

Materiałoznawstwo i korozja - regulamin przedmiotu

  • Upload
    gafna

  • View
    70

  • Download
    5

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Materiałoznawstwo i korozja - regulamin przedmiotu. Kierownik przedmiotu: dr inż. Andrzej Królikowski Wykład: trzy części po 7 h - metale – dr inż. A. Królikowski, GCh p. 42, 8 - 29.10 - polimery - dr inż. M. Tryznowski, GTCh p. 250, 29.10 - 19.11 - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Materiałoznawstwo i korozja - regulamin przedmiotu

1. Kierownik przedmiotu: dr inż. Andrzej Królikowski

2. Wykład: trzy części po 7 h

- metale – dr inż. A. Królikowski, GCh p. 42, 8 - 29.10

- polimery - dr inż. M. Tryznowski, GTCh p. 250, 29.10 - 19.11

- ceramika – dr inż. P. Bednarek, GTCh p. 315, 26.11 - 17.12

3. Zaliczenie wykładu: egzamin pisemny – test. Do zdobycia 24 pkt. (po 8 pkt. z każdej części wykładu).

Do zaliczenia potrzeba 12 pkt, ale min. 3 pkt z każdej części.

Ilość punktów: 12-14,5 14,5-17 17-19,5 19,5-22 22-24

Ocena 3 3,5 4 4,5 5

4. Ćwiczenia laboratoryjne 3 x 3h: 7-28.01. Zaliczenie na podstawie kolokwium wstępnego, aktywności i sprawozdania.

5. Ocena końcowa: 0,7 x ocena z wykładu + 0,3 x ocena z laboratorium.

Page 2: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Materiałoznawstwo i korozja cz. Metale

Zakres:- Właściwości funkcjonalne materiałów / metali- Charakterystyka najczęściej stosowanych stopów metali i

typowe zastosowania- Podstawy korozji metali i metody ochrony przed korozją- Ogólne zasady doboru tworzyw metalicznych

Page 3: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Literatura:- M. Blicharski, Wstęp do inżynierii materiałowej, WNT,

Warszawa 2003, rozdz.: 4, 8,13- J. Baszkiewicz, M. Kamiński, Korozja materiałów, OWPW,

Warszawa 2006, rozdz.: 3, 11

Egzamin: test – uwzględniana aktywność na wykładach

Kontakt: dr inż. Andrzej Królikowski, Gmach Chemii, p. 421, [email protected]

Konsultacje: czwartki 15-17 lub w uzgodnionym terminie

Page 4: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Test umiejętności:

- Właściwości mechaniczne stopów metali:

- Wpływ dodatków stopowych:

- Korozja elektrochemiczna:

- Ochrona przed korozją:

- Określenie na podstawie wykresów naprężenie - odkształcenie

- Określenie właściwości stopów, dobór stopów do określonych zastosowań

- Określenie przebiegu korozji na podstawie wykresów E-pH, dobór materiałów odpornych

- Dobór metod ochrony na podstawie wykresów E-pH i warunków eksploatacji

Page 5: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Materiały

metale

ceramika

tworzywa sztuczne

pierwiastki

związki nieorganiczne

związki organiczne wielkocząsteczkowe

Wiązanie metaliczne

Page 6: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Materiały

metale

ceramika polimery

kompozyty

Page 7: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Proteza stawu biodrowego

metal: stop tytanu polimer: HDPEceramika: Al2O3

Page 8: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Metale = metale + stopy metali

+ kompozyty na osnowie metalu

Klasyfikacja:

metale żelazne

metale nieżelazne

/ kolorowe

Fe i jego stopy

reszta

Page 9: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Metale w układzie okresowym

Page 10: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Atomy metalu → stan metaliczny

Page 11: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Atomy metalu → stan metaliczny

Page 12: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Materiały metaliczne – budowa krystaliczna

• Węzły sieci obsadzone przez rdzenie atomów • Uwspólnione elektrony walencyjne tworzą gaz

elektronowy - ruchliwe

Page 13: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Materiały metaliczne – typowe właściwości

Wiązanie metaliczne: niekierunkowe → gęste upakowanie → duża gęstość

→ plastyczność

silne → duża wytrzymałość

Gaz elektronowy: ruchliwe elektrony → duże przewodnictwo elektryczne i cieplne → wzrost rezystancji z temperaturą (rozpraszanie)

→ łatwość tworzenia kationów → podatność na korozję

Page 14: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Charakterystyczne właściwości metali

• materiały sprężysto-plastyczne; plastyczność i duża wytrzymałość (stopy),

• duże przewodnictwo elektryczne i cieplne,

• dodatni temperaturowy współczynnik rezystancji

• połysk metaliczny, nieprzeźroczystość,

• łatwość ulegania korozji w roztworach (elektrochemicznej)

Page 15: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Otrzymywanie materiałów metalicznych

• metalurgia: proces hutniczy +

odlewanie + formowanie• metalizacja: osadzanie

elektrochemiczne, chemiczne, fizyczne (naparowanie próżniowe, rozpylanie katodowe, zanurzeniowe, natryskowe,…)

materiały objętościowew tym folie

powłoki (cienkie, µm) na różnych podłożach

Page 16: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu
Page 17: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Alfa Romeo 8c Spider

Page 18: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

materiał → właściwości

gęstość

temperatura

topnienia

mechaniczne

elektryczne

magnetyczne

korozyjne

skład chemiczny: główny składnik, dodatki, zanieczyszczenia, warstwa wierzchnia

struktura: fazowa, krystaliczna (wielkość i orientacja krystalitów, defekty)

otrz

ymyw

anie

zast

osow

ania

materiał

Page 19: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

materiał → właściwości

gęstość

temperatura

topnienia

mechaniczne

elektryczne

magnetyczne

korozyjne

skład chemiczny: główny składnik, dodatki, zanieczyszczenia, warstwa wierzchnia

struktura: fazowa, krystaliczna (wielkość i orientacja krystalitów, defekty)

zast

osow

ania

Page 20: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości materiałów metalicznych

• zależne od składu chemicznego• zależne od struktury

Page 21: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Budowa metaliMetale polikrystaliczne: zbiór krystalitów / ziaren

Page 22: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Budowa metali

Metale polikrystaliczne pod mikroskopem

Wielkość krystalitów od mm (struktura grubokrystaliczna) do nm (struktura nanokrystaliczna)

Page 23: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Wielkość krystalitów a właściwości

1 µm 1 nm1 mm

d 1/d

mono- grubo- drobno- nano- amorf-

Page 24: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Stopy metali

Stop =

substancja o właściwościach metalicznych (dominuje wiązanie metaliczne)

wieloskładnikowa: główny składnik (metal) + składniki stopowe (metale i niemetale) + przypadkowe dodatki (zanieczyszczenia)

Page 25: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Krystalit

metal M1 stop: M1 + M2

Page 26: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości metali: gęstość

Gęstość metali zależy od:

- promienia atomu (ra),- masy atomowej (M),- gęstości upakowania atomów

+ra -

2

2

arq

KF Model atomu

Page 27: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Budowa metaligęste upakowanie atomów

Page 28: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Metale lekkie (d ≤ 4,5 g/cm3)

Metale ciężkie (d ≥ 4,5 g/cm3)

Page 29: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

uporządkowany nieuporządkowany

Właściwości metali: temperatura topnienia

Topnienie: przejście ze stanu stałego w stan ciekły

materiał krystaliczny stopiony metal - ciecz

Topnienie: zerwanie wiązań metalicznych

Page 30: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Metale łatwotopliwe (tt ≤ 700°C)

i trudnotopliwe (tt ≥ 2 000°C)

3420ºC

Page 31: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości metali: rozszerzalność cieplna

Zależna od energii wiązań między atomami (im większa tym mniejsza rozszerzalność)

Skutek coraz większych drgań rdzeni atomowych przy wzroście temperatury

Page 32: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości metali: rozszerzalność cieplna

Page 33: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Współczynnik rozszerzalności cieplnej a temperatura topnienia

Page 34: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości metali: mechaniczne

Naprężenie → odkształcenie

przyczyna → skutek

Naprężenia rozciągające,

ściskające, ścinające: zginające, skręcające…

Page 35: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości metali: mechaniczne

L

F

∆L

LLodkształcenie: [%]

naprężenie: [Pa]SF

Page 36: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości metali: mechaniczne

Page 37: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Sprężystość: zdolność materiału do powracania do pierwotnego kształtu po ustaniu naprężenia

L

Odkształcenie sprężyste: przemijające, tylko podczas działania naprężenia

Odkształcenie sprężyste jest proporcjonalne do naprężenia (prawo Hooke’a):

= E

tg = E – moduł Younga (sprężystości wzdłużnej)

Page 38: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Sprężystość

Page 39: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Moduł Younga: łatwość odkształceń sprężystych

L

F

∆L

1 2

duży E mały E

Page 40: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Sprężystość: jaki E?

Page 41: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Sprężystość: jaki E?

Page 42: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Metale o dużej wartości E

Page 43: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

F

Większe naprężenie?

przewężenie

Page 44: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Odkształcenie plastyczne

przewężenie

Odkształcenie plastyczne: trwałe, nieodwracalne

przy naprężeniach powyżej granicy sprężystości / plastyczności Re

Re

nieodwracalne odkształcenie

Page 45: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Plastyczność: zdolność materiału do ulegania trwałemu odkształceniu przed zerwaniem

Page 46: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Odkształcenie sprężyste i plastyczne

przewężenie

Odkształcenie plastyczne: trwałe, nieodwracalne

przy naprężeniach powyżej granicy sprężystości / plastyczności Re

Re

nieodwracalne odkształcenie - plastyczne

odwracalne odkształcenie - sprężyste

Page 47: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

• Niepożądane w trakcie eksploatacji produktu (uszkodzenie, awaria)

• Pożądane na etapie wytwarzania (obróbka plastyczna: kucie, walcowanie, gięcie, …)

Odkształcenie plastyczne

Page 48: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Kształtowanie konstrukcji metalowych

odlewanie tłoczenie kucie

Page 49: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Obróbka plastyczna

Page 50: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Większe naprężenie?

F

zerwanie

Rm

doraźna wytrzymałość na rozciąganie

Page 51: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości mechaniczne

Rm

Re

Odkształcenie sprężyste Odkształcenie plastyczne

Sztywność - eksploatacja

Plastyczność - obróbka

Zerwanie / pęknięcie - awaria

A

wydłużenie przed

zerwaniem

Page 52: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości mechaniczne metali:

- czyste metale: mała wytrzymałość, duża plastyczność

- stopy metali: większa wytrzymałość, mniejsza plastyczność

Page 53: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Własności mechaniczne: gdzie więcej dodatków stopowych?

wzrost wytrzymałości (Rm)

spadek plastyczności (Re, A)

Page 54: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Własności mechaniczne: gdzie wyższa temperatura?

mniejsza wytrzymałość, a większa plastyczność

Page 55: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Kruchość

F

Rm

Re

Zerwanie / pękanie bez wyraźnych odkształceń plastycznych

brak plastyczności: A ≈ 0

Niektóre stopy metali

Page 56: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Kruchość

Page 57: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości mechaniczne: twardość

Page 58: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości metali: twardość

Odporność na odkształcenie plastyczne przy nacisku na małą powierzchnię

Miara: stosunek obciążenia do odkształcenia (pola powierzchni)

Proporcjonalna do wytrzymałości na rozciąganie

HB = kRm

Page 59: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Skala twardości Mohsa:

1. talk

2. gips

3. kalcyt

4. fluoryt

5. apatyt

6. ortoklaz

7. kwarc

8. topaz

9. korund

10. diament

paznokieć

szkło, nóż stalowy

papier ścierny

Page 60: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości mechaniczne metali:

- czyste metale: mała wytrzymałość i twardość, duża plastyczność

- stopy metali: większa wytrzymałość i twardość, mniejsza plastyczność

Page 61: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości elektryczne

Page 62: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości metali: rezystywność

Ruch nośników ładunku (swobodnych elektronów) w polu elektrycznym

Page 63: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości metali: rezystywność

- czyste metale: duża przewodność: przewody elektryczne, ścieżki przewodzące w elementach elektronicznych

- stopy metali: duża rezystywność: elementy oporowe, np. spirale grzejne

Page 64: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Krystalit

metal M1stop: M1 + M2

Atomy dodatków stopowych wbudowują się w sieć krystaliczną metalu utrudniając: - ruch elektronów w polu elektrycznym

Page 65: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Rezystywność materiałów metalicznych

materiał metaliczny (20°C) uwagi

funkcja wymagania metal m x109

przewod-

niki

mała rezystywność, duża wytrzymałość

materiały rezys-tywne

znaczna rezystywność, duża wytrzymałość

Ni-Cr-Fe

Fe-Cr-Al

1100

1500

Ag 16 Cu 17 Au 23

„czyste” metale po przeciąganiu (umocnione)

Al 28

stopy

Page 66: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Właściwości materiałów metalicznychwłaściwość

wytrzymałość

twardość

plastyczność

przewodność elektryczna / cieplna

gęstość

temperatura topnienia

odporność korozyjna

dodatki stopowe

?

?

?

wzrost temperatury

?

Page 67: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Charakterystyka podstawowych metalimetal barwa gęstość

g/cm3

t. topn. C

właściwości relacja cen

Fe 15357,9 mała odporność na korozję 1 (sw)

Cu czerwonawa 9,0

2,7

4,5

1,7

Al

Mg

Sn

Ti

W

Ag

Au

srebrzysta

srebrna

złota

srebrzysta

jasno-srebrzysta

jasno-srebrzysta

szaro-srebrzysta 7,3

19

10,5

19

1083

660

1670

650

232

3415

962

1064

5

3

16

6

10

240

19000

duża przewodność elektryczna i cieplna, odporność na korozjęduża przewodność elektryczna i cieplna, odporność na korozję

b. lekki, biokompatybilny, b. mała odporność na korozjęduża odporność na korozję w agresywnych środowiskach

niska temperatura topnienia, lutowność

dużą żarowytrzymałość

odporność na korozję, połysk, plastyczność, łatwe ścieranie

dobra odporność na korozję, połysk

Page 68: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Stopy Festop skład właściwości zastosowania

żelazo technicz. czyste

stale węglowe

stale stopowe

<0,1% zanieczyszczeń

automatyka, elektrotechnika

konstrukcyjne, narzędziowe

<2% C (zwykle < 0,6%)

celowe dodatki inne niż C

2 - 4 %C wytrzymałość, twardość, kruchość

żeliwa korpusy maszyn, armatura,

żeliwa szare + Si, Ni, Al

obróbka cieplna mniejsza kruchośćrury, samochody, kolej

konstrukcyjne, narzędziowe, o specjalnych właściwościach

plastyczność, ferromagnetyzm

łatwa spawalność, słaba odporność na korozję, lepsza wytrzymałość

niskostopowe do 4 %Cu,Ni,Cr,Si

wysokostopowe ponad 4 %Cr,Ni,Mo,Al,Si, Mn,V,W,

lepsza wytrzymałość, odporność na korozję,na ścieranie, także sprężystość,biodegradowalność,żarowytrzymałość

Page 69: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Stopy Cu

stop skład właściwości zastosowania

miedź technicz. czysta czerwona

brązy

<1% zanieczyszczeń

elektrotechnika, powłoki na stali, rury

części maszyn, armatura, przemysł okrętowy

większa wytrzymałość, odporność na korozję morską

mosiądze żółte >2% Zn

>2% Ni odporność na korozję i ścieranie, ferromagnetyzm

monety, wtyki, przełączniki

miedzionikle srebrne

+ Sn, Al, Si, Be odporność na korozję i ścieranie

najstarsze znane stopy; pomniki, armatura, łożyska

b. duża przewodność elektryczna i cieplna, plastyczność

Page 70: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Monety

Cu75Ni25

CuZn20Ni5

CuZnMn

CuNi

Page 71: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Stopy Al

stop skład właściwości zastosowania

aluminium technicznie czyste

Al-Mg

<1% zanieczyszczeń

b. duża przewodność elektryczna i cieplna, plastyczność

aparatura chem., elektrotechnika, farby, naczynia kuchenneczęści silników i maszyn, przemysł okrętowy

mały skurcz odlewniczysiluminy do 30% Si

do 5% Cu mały skurcz odlewniczy, twardość

części maszyn, galanteria stołowa

durale

do 12% Mg mała gęstość lotnictwo

Al-Li do 5% Li b. mała gęstość lotnictwo

Page 72: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Stopy Al

Page 73: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Stopy Mg

stop skład właściwości zastosowania

Mg-Al

Mg-Li

do 11% Al większa wytrzymałość i twardość

korpusy pomp, armatura, lotnictwo

lotnictwo, motoryzacja,kardiochirurgia

większa wytrzymałość i twardość,biodegradowalność

Mg-Zn do 7% Zn

do 5% Mn większa odporność na korozję

zbiorniki paliwa Mg-Mn

do 20% Li b. mała gęstość lotnictwo, kosmonautyka

Page 74: Materiałoznawstwo i korozja  - regulamin przedmiotu

Stopy Austop skład właściwości zastosowania

Au 24 karatowe

Au 12 karatowe(czwarta próba)

mała wytrzymałość i twardość, duża ścieralność, przewodność elektryczna, odporność na korozję biżuteria,

elektronika,medale, powłoki, stomatologia,

większa wytrzymałość i twardość,

Au 22 karatowe(pierwsza próba)

do 8% dodatków: Cu, Ag, Ni, Zn, Pd, Pt

do 25% dodatków

Au 18 karatowe (druga próba)

do 50% dodatków

większa wytrzymałość i twardość,

większa wytrzymałość i twardość,