Inżynieria Materiałowa - Notatki

Podstawowe Pojęcia - Inżynieria Materiałowa

  • Badania składu chemicznego, struktury i właściwości materiałów (metalowych i niemetalowych).
  • Cel: opracowywanie nowych lub udoskonalanie istniejących tworzyw.
  • Struktura materiału: budowa wewnętrzna.
  • Właściwości materiału: cechy fizyczne i chemiczne.

Klasyfikacja Materiałów

  • Według składu chemicznego:
    • Metale
    • Ceramika
    • Polimery
    • Kompozyty
  • Według struktury:
    • Ciała krystaliczne: Uporządkowane atomy (np. metale).
    • Ciała amorficzne: Nieuporządkowane atomy (np. szkło).
  • Według zastosowania:
    • Konstrukcyjne: Maszyny, urządzenia.
    • Narzędziowe: Narzędzia.
    • Funkcjonalne: Specjalne właściwości (np. biomedyczne).

Materiały Metaliczne

  • Stopy: Mieszanina metalu z innymi pierwiastkami (np. stopy żelaza: stale, żeliwo; stopy metali nieżelaznych: aluminium, miedź).
  • Podział metali:
    • Gęstość:
      • Lekkie: <4,5 g/cm^3
      • Ciężkie: >4,5 g/cm^3
    • Temperatura topnienia:
      • Łatwotopliwe: cyna
      • Trudnotopliwe: żelazo
    • Właściwości chemiczne:
      • Szlachetne: złoto
      • Nieszlachetne: żelazo

Żeliwo

  • Skład: 2-4% węgla.
  • Rodzaje:
    • Szare: Węgiel jako grafit.
    • Białe: Węgiel jako cementyt.
    • Pstre: Mieszanka grafitu i cementytu.
  • Zastosowanie: Odlewy, elementy maszyn.
  • Właściwości: Dobra obrabialność, tłumienie drgań, niska wytrzymałość na rozciąganie.

Aluminium i Jego Stopy

  • Właściwości:
    • Niska gęstość
    • Dobra odporność na korozję (warstwa tlenkowa Al<em>2O</em>3Al<em>2O</em>3).
  • Zastosowanie: Przemysł spożywczy, budownictwo, elektronika.
  • Stopy:
    • Obróbka plastyczna: Niskie stężenie pierwiastków stopowych (Cu, Mg).
    • Odlewnicze: Wysokie stężenie pierwiastków (np. siluminy z krzemem).

Miedź i Jej Stopy

  • Zastosowanie: Przewody elektryczne, wymienniki ciepła.
  • Stopy:
    • Mosiądze: Cu + Zn (tombaki: 5-20% Zn).
    • Brązy:
      • Cu + Sn (cynowe)
      • Cu + Al (aluminiowe)
    • Miedzionikle: Cu + Ni (odporne na korozję).

Materiały Ceramiczne

  • Właściwości:
    • Wysoka temperatura topnienia, kruchość, odporność na korozję.
    • Niska przewodność cieplna i elektryczna.
  • Zastosowanie: Izolatory, narzędzia tnące, implanty.

Polimery (Tworzywa Sztuczne)

  • Właściwości: Niska gęstość, słaba wytrzymałość, dobra odporność na korozję.
  • Podział:
    • Plastomery: Odkształcalne (np. PVC).
    • Elastomery: Sprężyste (np. guma).

Kompozyty

  • Skład: Osnowa + wzmocnienie (włókna, cząstki).
  • Zastosowanie: Lotnictwo, motoryzacja (wysoka wytrzymałość przy niskiej wadze).
  • Rodzaje:
    • Włókniste: Włókna węglowe, szklane.
    • Dyspersyjne: Cząstki ceramiczne w osnowie metalicznej.

Korozja Metali

  • Definicja: Niszczenie materiałów przez środowisko (np. rdzewienie żelaza).
  • Rodzaje:
    • Elektrochemiczne: Reakcje z udziałem elektrolitu (np. woda morska).
    • Chemiczna: Reakcje z gazami (np. utlenianie).

Pełzanie Materiałów

  • Definicja: Powolne odkształcenie pod obciążeniem w wysokiej temperaturze.
  • Etapy:
    1. Pełzanie nieustalone (malejąca prędkość).
    2. Pełzanie ustalone (stała prędkość).
    3. Pełzanie przyspieszone (zerwanie).

Właściwości Termiczne

  • Przewodność cieplna: Zależna od struktury materiału.
  • Rozszerzalność cieplna: Współczynnik α określa wydłużenie materiału przy ogrzaniu.
  • Naprężenia cieplne: Powstają przy nierównomiernym ogrzewaniu/chłodzeniu.