Szkolenie: Materiałoznawstwo (materiały inżynierskie) - MZ1

Dzień 1

Wstęp teoretyczny - Budowa materii, budowa atomu, układ okresowy pierwiastków, liczba atomowa, liczba masowa. Materiały naturalne, materiały inżynierskie. Podstawowe grupy materiałów inżynierskich: metale i ich stopy, ceramika inżynierska, tworzywa sztuczne, kompozyty inżynierskie – podobieństwa i różnice). Siedem cech metali. Czyste metale kontra stopy metali. Stopy metali żelaznych: stale, staliwa, żeliwa. Stopy metali nieżelaznych: stopy Al, stopy Cu, inne.

Struktura i własności oddziaływania między atomami, wiązania pierwotne wiązania wtórne, sieci krystalograficzne, „łańcuchy” węglowe, struktura amorficzna (bezpostaciowej). Sieci krystalograficzne: A1, A2 i A3 – ich wpływ na własności. Odmiany alotropowe pierwiastków chemicznych i ich wpływ na własności, występowanie izotopów danego pierwiastka.

Własności mechaniczne i technologiczne materiałów inżynierskich:

Próby statyczne: statyczna próba rozciągania (prawo Hoock’a, granica proporcjonalności, granica sprężystości, granica plastyczności lub umowna granica plastyczności, granica wytrzymałości na zrywanie, naprężenie zrywające, wydłużenie, przewężenie). Pomiary twardości (Brinell, Rockwell, Vickers) pomiary mikrotwardości.

Próby dynamiczne: dynamiczny pomiar twardości, udarność. Wpływ składu chemicznego (ilości węgla), temperatury, stanu obróbki, składu chemicznego na temperaturę przejścia w stan kruchy. Wpływ temperatury (otoczenia, obniżonej, podwyższonej na własności stopów metali i na ich własności technologiczne).

Badania zmęczeniowe - Cel. Nieograniczona wytrzymałość zmęczeniowa. Dobór i klasyfikacja materiałów wg grup materiałów inżynierskich. Posługiwanie się kartami charakterystyk materiałowych.

Metale i ich stopy. Czyste metale kontra stopy. Wytwarzanie stopów, pierwiastki stopowe, wytapianie (metalurgia). Co to jest stal? Sposoby otrzymywania (wytapiania stali), stopowanie i rafinacja pozapiecowa, sposoby jej odlewania (COS – ciągłe odlewanie stali, odlewanie z góry, odlewanie syfonowe – z dołu). Próby naprawy likwacji we wlewkach - obróbka plastyczna na gorąco, stopień przerobu i jego wpływ na jednorodność struktury a przez to na jednorodność własności lub na możliwość stosowania dalszych procesów technologicznych w tym obróbki cieplnej. Wpływ ilości faz w stopie na własności wytrzymałościowe lub odporność korozyjną. Najogólniejszy podział stopów na stopy utwardzane umocnieniowo (obróbka plastyczna na zimno), stopy utwardzane na drodze obróbki cieplnej lub stopy odlewnicze. Eutektyka - jak ją wykorzystać?

Obróbka plastyczna metali i stopów mechanizmy odkształcenia plastycznego, wady budowy krystalograficznej i ich wpływ na własności wytrzymałościowe (umocnienie metali i ich stopów). Obróbka plastyczna na zimno, stopień gniotu i wyżarzanie międzyoperacyjne (rekrystalizujące) - odradzanie własności plastycznych.

Stale.  Wpływ węgla na własności stali (stale nisko-, średnio- i wysoko węglowe). Podział stali ze względu na własności i ich przeznaczenie. Stale konstrukcyjne niestopowe i stopowe, stale narzędziowe niestopowe i stopowe, stale o szczególnych własnościach: odporne na korozję, żaroodporne, żarowytrzymałe, zaworowe, oporowe, o szczególnych własnościach magnetycznych, do pracy w obniżonych temperaturach, stale Hadfield’a, stale Maraging. Jak ilość węgla w stali wpływa na jej własności: twardość, obrabialność, podatność na obróbkę plastyczną, spawalność, zgrzewalność.

Dzień 2

Al i jego stopy. Klasyfikacja, właściwości oraz zastosowanie Al i jego stopów, Czyste Al - własności fizyczne, chemiczne, mechaniczne, ilość pierwiastka w skorupie ziemskiej i jego dostępność, sposób pozyskiwania i otrzymywania, zastosowanie Al (konduktancja, przewodność cieplna, odporność na korozję). Stopy Al, klasyfikacja, oznaczanie. Jakie ilości pierwiastków stopowych decydują o stopach do: obróbki plastycznej na zimno, utwardzania wydzieleniowego (obróbki cieplnej), stopów odlewniczych? Struktury stopów Al po odlaniu i konieczność obróbki plastycznej. Wady budowy krystalograficznej i ich wpływ na własności wytrzymałościowe i użytkowe (twardość, tłoczność, odporność na ścieranie, granicę plastyczności, granicę wytrzymałości na rozciąganie). Wpływ stopnia gniotu w obróbce plastycznej na zimno na umocnienie Al i jego stopów konieczność stosowania wyżarzania międzyoperacyjnego (rekrystalizującego) – walcowanie na zimno folii z aluminium.

Cu i jej stopy. Klasyfikacja, właściwości oraz zastosowanie Cu i jej stopów. Własności fizyczne, chemiczne, mechaniczne, ilość pierwiastka w skorupie ziemskiej i jego dostępność, sposób pozyskiwania i otrzymywania, zastosowanie Cu (konduktancja, przewodność cieplna, odporność na korozję). Klasyfikacja stopów Cu. Jakie ilości pierwiastków stopowych decydują o stopach do: obróbki plastycznej na zimno, utwardzania wydzieleniowego (obróbki cieplnej), stopach odlewniczych?

Korozja podstawy szereg elektrochemiczny pierwiastków (przypomnienie). Dlaczego jedne metale korodują a inne nie? Korozja chemiczna lub elektrochemiczna. Wpływ ilości faz wewnątrz stopu na odporność korozyjną. Klasyfikacja zjawisk korozyjnych, mechanizmy korozji, rodzaje środowisk korozyjnych, rodzaje zniszczeń korozyjnych (korozja równomierna i jej szybkość, wżerowa, selektywna, naprężeniowa, zmęczeniowa, selektywna, międzykrystaliczna. Walka z korozją: anodowa, katodowa, inhibitorowa, protektorowa, warstwy wierzchnie (azotowanie), powłoki (malarskie, emalierskie, z gumy, z tworzyw sztucznych). Badania korozyjne.

Termiczne nakładanie warstw powierzchniowych metalicznych lub ceramicznych chroniących przed korozją, zużyciem tribologicznym lub zmęczeniem cieplnym

Powlekanie zanurzeniowe – cynkowanie, cynowanie aluminiowanie

Metalizowanie – chromowanie (plazma lub palnik acetylenowo – tlenowy)

Procesy PVD – Physical Vapour Deposition

Procesy CVD – Chemical Vapour Deposition

Powłoki dekoracyjne

Ceramiczne materiały inżynierskie. Materiały spiekane i metalurgia proszków, spiekane stale szybkotnące PMHSS, materiały stosowane na płytki skrawające wieloostrzowe (węglikostale, węgliki spiekane, cermetale, ceramika narzędziowa inżynierska (biała, szara, czarna), super twarde materiały skrawające (regularny azotek boru CBN, polikrystaliczny diament syntetyczny PKD). Łożyska toczne hybrydowe, łożyska toczne w pełni ceramiczne – własności, środowisko i temperatury w których mogą pracować.

Polimery inżynierskie. Ogólny podział i klasyfikacja, własności, budowa wewnętrzna, karty charakterystyk materiałowych. Co to jest styropian? Do czego służy? Jak go otrzymywać lub kształtować? Sposoby przetwarzania polimerów termoplastycznych lub ich łączenia / naprawiania.

Kompozyty inżynierskie. Struktura. Rodzaj / wielkość zbrojenia. Rodzaje włókien zbrojących (borowe, szklane, węglowe, aramidowe = kevlarowe). Maty i tkaniny z włókien. Kompozyty o osnowie polimerowej, kompozyty o osnowie metalowej.

Dzień 3

14. Badania metalograficzne mikroskopowe - mikroskop świetlny.

Preparatyka dla potrzeb mikroskopii świetlnej. Gradacje i oznaczenia papierów ściernych. Zasady szlifowania. Polerowanie – zasady. Dobór prędkości obrotowej, siły docisku, ilości zwilżacza, gradacji ścierliwa w pastach polerskich. Trawienie – zasady. Rodzaje odczynników, który co ujawnia, który stosować do których stopów.

Budowa i zasada działania mikroskopu świetlnego. Powiększenie całkowite, Powiększenie puste, powiększenie użyteczne. Jak dobierać okular do obiektywu lub odwrotnie. Rodzaje obiektywów. Wielkości charakteryzujące każdy obiektyw. Co to jest zdolność rozdzielcza mikroskopu jak ją zwiększyć. Techniki obserwacji za pomocą mikroskopii świetlnej.

Przykłady możliwych struktur stopów metali, materiałów spiekanych. Analiza w stanie dostarczonym przez Wytwórcę. Możliwe błędy na etapie wytwarzania stali w Hucie całkowicie eliminujące przydatność danej stali do obróbki cieplnej.

Walidacja