dr hab. inż. Joanna Hucińska Katedra Inżynierii Materiałowej Wydział Mechaniczny Gmach Żelbetu I piętro, p. 128 (104 domofon) E-mail: jhucinsk@pg.gda.pl

1. WPROWADZENIE MATERIAŁOZNAWSTWO – dziedzina nauki stosowanej obejmująca badania zależności między składem chemicznym, syntezą i strukturą materiałów a ich właściwościami i zastosowaniem. Struktura = Budowa Właściwości = Własności Materiały metalowe (czyste metale i ich stopy) = Metale Materiały niemetalowe = Niemetale Zalecane skrypty: Praca zbiorowa: Metaloznawstwo. Gdańsk: Wyd. Politechniki Gdańskiej 1996 Praca zbiorowa: Metaloznawstwo. Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych. Gdańsk: Wyd. Politechniki Gdańskiej 1995

PROGRAM WYKŁADÓW Wprowadzenie. Znaczenie znajomości materiałoznawstwa dla osoby zarządzającej przedsiębiorstwem przemysłowym Budowa materiałów, metody badań Właściwości materiałów, metody badań Niektóre metody kształtowania wyrobów Badania materiałów w laboratoriach przemysłowych Badania nieniszczące obiektów przemysłowych 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 Wprowadzenie, budowa materiałów Budowa materiałów: makrostruktura, mikrostruktura, mikroskopia świetlna Mikroskopia elektronowa Właściwości mechaniczne materiałów Metody kształtowania wyrobów metalowych Badania materiałów konstrukcyjnych w laboratoriach przemysłowych Przegląd przemysłowych metod badań nieniszczących Budowa stopów Stopy żelaza Korozja metali

PODZIAŁ MATERIAŁÓW METALE Zwykle ciała stałe w t. pokojowej Świeżo odsłonięta powierzchnia jest błyszcząca Zwykle plastyczne Dobrze przewodzą elektryczność i ciepło Nieprzezroczyste Tworzą stopy Stop – 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

2. BUDOWA MATERIAŁÓW ELEMENTY BUDOWY Wiązania miedzy atomami Układ atomów w przestrzeni Makrostruktura Mikrostruktura

2.1. WIĄZANIA MIĘDZY ATOMAMI Siły oddziaływania między atomami Energia potencjalna pary atomów

Wiązanie jonowe

Wiązanie atomowe

Wiązanie metaliczne elektrony rdzenie atomowe

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 ziarna Kierunek wzrostu Granica ziaren Kierunek wzrostu Kierunek wzrostu 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).