Konstrukcyjne materiały metalowe, ceramiczne i kompozytowe
- Dodaj recenzję:
- Kod: 1123
- Producent: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
- Autor: Mieczysław Kaczorowski, Anna Krzyńska
-
Konstrukcyjne materiały metalowe, ceramiczne i kompozytowe
rok wydania: 2017, wydanie drugie poprawione
ilość stron: 314
ISBN: 978-83-7814-618-6
oprawa: miękka
Opis
Skrypt jest podzielony na cztery części. W pierwszej omówiono podstawowe właściwości materiałów, a w szczególności wiązania między atomami. W dalszej części podano podstawowe własności mechaniczne i użytkowe materiałów oraz sposoby umacniania materiałów plastycznych. Przedstawiono grupę materiałów sprężysto-plastycznych, a więc metale i ich stopy, w tym stopy żelaza i metali nieżelaznych. Kolejna część dotyczy materiałów ceramicznych, w tym struktury, jej kształtowania i właściwości użytkowych. W ostatniej części omówiono kompozyty o osnowie metalowej i ceramicznej, które nie są jeszcze tak powszechnie stosowane jak kompozyty o osnowie polimerowej.
Spis treści
Przedmowa / 7
Przedmowa / 7
MATERIAŁY INŻYNIERSKIE
WPROWADZENIE - RODZAJE MATERIAŁÓW INŻYNIERSKICH / 9
WPROWADZENIE - RODZAJE MATERIAŁÓW INŻYNIERSKICH / 9
1. WIĄZANIA MIĘDZY ATOMAMI / 11
1.1. WIĄZANIA PIERWOTNE / 12
1.2. WIĄZANIA WTÓRNE / 13
1.1. WIĄZANIA PIERWOTNE / 12
1.2. WIĄZANIA WTÓRNE / 13
2. SPOSOBY ROZMIESZCZENIA ATOMÓW W CIAŁACH STAŁYCH / 14
2.1. STRUKTURA MATERIAŁÓW INŻ ̇YNIERSKICH / 14
2.2. STRUKTURA NIEKRYSTALICZNA / 15
2.3. STRUKTURA KRYSTALICZNA - ELEMENTY KRYSTALOGRAFII / 15
2.3.1. Płaszczyzny krystalograficzne / 17
2.3.2. Kierunki krystalograficzne / 18
2.4. DEFEKTY STRUKTURY KRYSTALICZNEJ / 19
2.4.1. Defekty punktowe / 19
2.4.2. Defekty liniowe / 20
2.4.3. Defekty płaskie powierzchniowe / 24
2.4.4. Defekty objętościowe / 26
3. CHARAKTERYSTYKA PODSTAWOWYCH WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW / 27
3.1. GĘSTOŚĆ / 27
3.2. SZTYWNOŚĆ - SPRĘŻYSTOŚĆ / 27
3.3. WYTRZYMAŁOŚĆ / 30
3.3.1. Wytrzymałość statyczna / 30
3.3.2. Twardość / 32
3.3.3. Odporność ́na pękanie - wiązkość / 33
3.3.4. Wytrzymałość zmęczeniowa / 35
3.3.5. Wytrzymałość na pełzanie / 38
3.3.6. Odporność ́na zużycie wskutek tarcia / 42
3.3.7. Odporność na korozję / 43
4. METODY UMACNIANIA MATERIAŁÓW PLASTYCZNYCH / 45
4.1. UMACNIANIE ODKSZTAŁCENIOWE / 45
4.2. UMACNIANIE PRZEZ ROZTWÓR / 48
4.3. UMACNIANIE WYDZIELENIOWE I DYSPERSYJNE / 49
4.4. UMOCNIENIE PRZEZ GRANICE ZIAREN / 51
METALE I STOPY METALI
5. STRUKTURA METALI I STOPÓW / 54
5.1. STRUKTURA METALI / 54
5.2. STRUKTURA STOPÓW / 56
5.2.1. Roztwory stałe / 56
5.2.2. Fazy międzywęzłowe i międzymetaliczne / 59
6. UKŁADY RÓWNOWAGI FAZOWEJ / 61
6.1. UKŁADY DWUSKŁADNIKOWE / 62
6.1.1. Układ z nieograniczoną rozpuszczalnością w stanie stałym / 63
6.1.2. Układ równowagi z mieszaniną eutektyczną / 64
6.1.3. Układ równowagi z przemianą perytektyczną / 68
6.1.4. Układ równowagi z fazami międzymetalicznymi / 71
6.1.5. Układ równowagi ż ̇elazo-węgiel / 72
6.2. UKŁADY TRÓJSKŁADNIKOWE / 81
6.3. RELACJE MIĘDZY RODZAJEM UKŁADU RÓWNOWAGI A WŁAŚCIWOŚCIAMI STOPU / 82
7. KRZEPNIĘCIE I KRYSTALIZACJA TWORZYW METALOWYCH / 84
7.1 ELEMENTY TERMODYNAMIKI / 84
7.2 KRYSTALIZACJA CZYSTYCH METALI / 85
7.2.1. Zarodkowanie fazy stałej / 85
7.2.2. Wzrost kryształów / 92
7.3. KRYSTALIZACJA STOPÓW / 92
7.4 STRUKTURA PIERWOTNA / 94
8. PRZEMIANY FAZOWE W STANIE STAŁYM / 96
8.1. SIŁA NAPĘDOWA PRZEMIAN FAZOWYCH W STANIE STAŁYM / 96
8.2. ELEMENTY TEORII DYFUZJI / 96
8.3. WYKRESY CTP / 98
8.3.1. Przemiany dyfuzyjne / 99
8.3.2. Przemiana bainityczna / 104
8.3.3. Przemiana bezdyfuzyjna martenzytyczna / 105
8.4. UMACNIANIE WYDZIELENIOWE I DYSPERSYJNE / 110
9. ZMIANY STRUKTURY METALI I STOPÓW PODCZAS ODKSZTAŁCENIA. ZDROWIENIE I REKRYSTALIZACJA / 112
9.1. STRUKTURA MATERIAŁU ODKSZTAŁCONEGO / 112
9.2. ODBUDOWA STRUKTURY PO ODKSZTAŁCENIU / 113
9.2.1. Zdrowienie / 114
9.2.2. Rekrystalizacja / 115
9.2.3. Rozrost ziaren / 116
10. STOPY ŻELAZA Z WĘGLEM / 117
10.1. STAL / 117
10.1.1. Rola zanieczyszczeń / 118
10.1.2. Wpływ domieszek / 118
10.1.3. Wpływ dodatków stopowych / 119
10.2. STALIWO / 123
10.3. Ż ̇ELIWO / 124
10.3.1. Wpływ składu chemicznego na grafityzację żelaza / 125
10.3.2. Wpływ składu chemicznego na rodzaj metalicznej osnowy / 126
11. METODY ODDZIAŁYWANIA NA STRUKTURĘ I WŁAŚCIWOŚCI STOPÓW Fe-C / 128
11.1. OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW Fe-C / 128
11.1.1. Przemiana perlityczna / 129
11.1.2. Przemiana bainityczna / 130
11.1.3. Przemiana martenzytyczna / 131
11.1.4. Przemiany podczas odpuszczania / 132
11.1.5. Wyżarzanie stopów Fe-C / 133
11.2. TECHNICZNE ASPEKTY OBRÓBKI CIEPLNEJ / 138
11.3. ZŁOŻONE METODY OBRÓBKI CIEPLNEJ / 140
11.3.1. Obróbka cieplno-chemiczna / 140
11.3.2. Obróbka cieplno-plastyczna / 150
12. PRZEMYSŁOWE STOPY ŻELAZA / 152
12.1. STAL / 152
12.1.1. Stal konstrukcyjna niestopowa / 156
12.1.2. Stal konstrukcyjna stopowa / 162
12.1.3. Stal narzędziowa / 171
12.1.4. Stal i stopy o specjalnych właściwościach chemicznych i fizycznych / 175
12.2. STAL MARAGING / 180
13. ODLEWNICZE STOPY ŻELAZA Z WĘGLEM / 182
13.1. STALIWO / 182
13.1.1. Staliwo niestopowe (węglowe) / 183
13.1.2. Staliwo stopowe / 184
13.2. ŻELIWO / 185
13.2.1. Ż ̇eliwo białe / 188
13.2.2. Żeliwo szare / 188
13.2.3. Żeliwo sferoidalne / 193
13.2.4. Żeliwo stopowe / 197
13.2.5. Żeliwo ciągliwe / 198
13.2.6. Żeliwo z grafitem wermikularnym / 200
14. STOPY METALI NIEŻELAZNYCH / 202
14.1. METALE LEKKIE I ICH STOPY / 202
14.1.1. Aluminium i jego stopy / 203
14.1.2. Magnez i jego stopy / 216
14.1.3. Tytan i jego stopy / 217
14.2. METALE CIĘŻ ̇KIE I ICH STOPY / 222
14.2.1. Miedź i jej stopy / 222
14.2.2. Stopy niklu i kobaltu / 228
14.2.3. Cynk i jego stopy / 231
MATERIAŁY CERAMICZNE I SZKŁA
15. WPROWADZENIE / 234
15.1. CERAMIKI KRYSTALICZNE - PODZIAŁ I ROLA MATERIAŁÓW CERAMICZNYCH / 234
15.2. SZKŁA CERAMIKA NIEKRYSTALICZNA / 236
15.3. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA WŁAŚCIWOŚCI KONSTRUKCYJNYCH MATERIAŁÓW CERAMICZNYCH / 237
16. STRUKTURA MATERIAŁÓW CERAMICZNYCH / 240
16.1. ROZKŁAD ATOMÓW W MATERIAŁACH CERAMICZNYCH / 241
16.2. MIKROSTRUKTURA MATERIAŁÓW CERAMICZNYCH / 243
17. WŁAŚCIWOŚCI CERAMIKI / 246
17.1. WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE / 246
17.1.1. Moduł spręż ̇ystości materiałów ceramicznych / 247
17.1.2. Wytrzymałość / 249
17.1.3. Twardość / 250
17.1.4. Kruchość materiałów ceramicznych / 252
17.1.5. Zależność wytrzymałości ceramiki od czasu / 255
17.2. WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE / 257
17.2.1 Odporność na gwałtowne zmiany temperatury / 257
17.2.2. Pełzanie i zmęczenie cieplne / 258
18. WYTWARZANIE I KSZTAŁTOWANIE CERAMIKI - WAŻ ̇NIEJSZE GATUNKI CERAMIKI TECHNICZNEJ / 260
18.1. WYTWARZANIE CERAMIKI I INFORMACJE PODSTAWOWE / 260
18.2. WAZ ̇NIEJSZE GATUNKI CERAMIKI TECHNICZNEJ / 262
18.2.1. Tlenek aluminium Al2O3 / 262
18.2.2. Azotek krzemu Si3N4 / 263
18.2.3. Ceramika cyrkonowa ZrO2 / 264
18.2.4. Ceramika karborudowa SiC / 265
18.3. WŁAŚCIWOŚCI CERAMIKI TECHNICZNEJ / 266
18.4. MOŻLIWOŚCI PODWYŻSZANIA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH MATERIAŁÓW CERAMICZNYCH / 270
MATERIAŁY KOMPOZYTOWE
19. KOMPOZYTY / 271
19.1. WPROWADZENIE / 271
19.1.1. Klasyfikacja kompozytów / 272
19.1.2. Elementy mechaniki kompozytów / 275
19.2. RODZAJE WZMOCNIENIA ORAZ GRANICA ROZDZIAŁU MIĘDZY WZMOCNIENIEM A OSNOWĄ / 283
19.2.1. Włókna syntetyczne nieorganiczne / 284
19.2.2. Elementy wzmacniające w postaci wiskersów oraz cząstek / 290
19.3. KOMPOZYTY O OSNOWIE METALOWEJ / 291
19.3.1. Wprowadzenie / 291
19.3.2. Wytwarzanie kompozytów o osnowie metalowej / 292
19.3.3. Reakcje na granicy rozdziału wzmocnienie-osnowa / 297
19.3.4. Właściwości mechaniczne kompozytów / 297
19.3.5. Zastosowanie kompozytów o osnowie metalowej / 301
20. KOMPOZYTY O OSNOWIE CERAMICZNEJ / 304
20.1. WPROWADZENIE / 304
20.2. WYTWARZANIE KOMPOZYTÓW O OSNOWIE CERAMICZNEJ / 305
20.3. PRZEGLĄD WAŻNIEJSZYCH KOMPOZYTÓW O OSNOWIE CERAMICZNEJ / 308
20.3.1. Kompozyty o osnowie Al2O3 / 308
20.3.2. O osnowie szklisto-ceramicznej / 310
20.3.3. Kompozyty węglowo-węglowe / 311
LITERATURA / 314
2.1. STRUKTURA MATERIAŁÓW INŻ ̇YNIERSKICH / 14
2.2. STRUKTURA NIEKRYSTALICZNA / 15
2.3. STRUKTURA KRYSTALICZNA - ELEMENTY KRYSTALOGRAFII / 15
2.3.1. Płaszczyzny krystalograficzne / 17
2.3.2. Kierunki krystalograficzne / 18
2.4. DEFEKTY STRUKTURY KRYSTALICZNEJ / 19
2.4.1. Defekty punktowe / 19
2.4.2. Defekty liniowe / 20
2.4.3. Defekty płaskie powierzchniowe / 24
2.4.4. Defekty objętościowe / 26
3. CHARAKTERYSTYKA PODSTAWOWYCH WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW / 27
3.1. GĘSTOŚĆ / 27
3.2. SZTYWNOŚĆ - SPRĘŻYSTOŚĆ / 27
3.3. WYTRZYMAŁOŚĆ / 30
3.3.1. Wytrzymałość statyczna / 30
3.3.2. Twardość / 32
3.3.3. Odporność ́na pękanie - wiązkość / 33
3.3.4. Wytrzymałość zmęczeniowa / 35
3.3.5. Wytrzymałość na pełzanie / 38
3.3.6. Odporność ́na zużycie wskutek tarcia / 42
3.3.7. Odporność na korozję / 43
4. METODY UMACNIANIA MATERIAŁÓW PLASTYCZNYCH / 45
4.1. UMACNIANIE ODKSZTAŁCENIOWE / 45
4.2. UMACNIANIE PRZEZ ROZTWÓR / 48
4.3. UMACNIANIE WYDZIELENIOWE I DYSPERSYJNE / 49
4.4. UMOCNIENIE PRZEZ GRANICE ZIAREN / 51
METALE I STOPY METALI
5. STRUKTURA METALI I STOPÓW / 54
5.1. STRUKTURA METALI / 54
5.2. STRUKTURA STOPÓW / 56
5.2.1. Roztwory stałe / 56
5.2.2. Fazy międzywęzłowe i międzymetaliczne / 59
6. UKŁADY RÓWNOWAGI FAZOWEJ / 61
6.1. UKŁADY DWUSKŁADNIKOWE / 62
6.1.1. Układ z nieograniczoną rozpuszczalnością w stanie stałym / 63
6.1.2. Układ równowagi z mieszaniną eutektyczną / 64
6.1.3. Układ równowagi z przemianą perytektyczną / 68
6.1.4. Układ równowagi z fazami międzymetalicznymi / 71
6.1.5. Układ równowagi ż ̇elazo-węgiel / 72
6.2. UKŁADY TRÓJSKŁADNIKOWE / 81
6.3. RELACJE MIĘDZY RODZAJEM UKŁADU RÓWNOWAGI A WŁAŚCIWOŚCIAMI STOPU / 82
7. KRZEPNIĘCIE I KRYSTALIZACJA TWORZYW METALOWYCH / 84
7.1 ELEMENTY TERMODYNAMIKI / 84
7.2 KRYSTALIZACJA CZYSTYCH METALI / 85
7.2.1. Zarodkowanie fazy stałej / 85
7.2.2. Wzrost kryształów / 92
7.3. KRYSTALIZACJA STOPÓW / 92
7.4 STRUKTURA PIERWOTNA / 94
8. PRZEMIANY FAZOWE W STANIE STAŁYM / 96
8.1. SIŁA NAPĘDOWA PRZEMIAN FAZOWYCH W STANIE STAŁYM / 96
8.2. ELEMENTY TEORII DYFUZJI / 96
8.3. WYKRESY CTP / 98
8.3.1. Przemiany dyfuzyjne / 99
8.3.2. Przemiana bainityczna / 104
8.3.3. Przemiana bezdyfuzyjna martenzytyczna / 105
8.4. UMACNIANIE WYDZIELENIOWE I DYSPERSYJNE / 110
9. ZMIANY STRUKTURY METALI I STOPÓW PODCZAS ODKSZTAŁCENIA. ZDROWIENIE I REKRYSTALIZACJA / 112
9.1. STRUKTURA MATERIAŁU ODKSZTAŁCONEGO / 112
9.2. ODBUDOWA STRUKTURY PO ODKSZTAŁCENIU / 113
9.2.1. Zdrowienie / 114
9.2.2. Rekrystalizacja / 115
9.2.3. Rozrost ziaren / 116
10. STOPY ŻELAZA Z WĘGLEM / 117
10.1. STAL / 117
10.1.1. Rola zanieczyszczeń / 118
10.1.2. Wpływ domieszek / 118
10.1.3. Wpływ dodatków stopowych / 119
10.2. STALIWO / 123
10.3. Ż ̇ELIWO / 124
10.3.1. Wpływ składu chemicznego na grafityzację żelaza / 125
10.3.2. Wpływ składu chemicznego na rodzaj metalicznej osnowy / 126
11. METODY ODDZIAŁYWANIA NA STRUKTURĘ I WŁAŚCIWOŚCI STOPÓW Fe-C / 128
11.1. OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW Fe-C / 128
11.1.1. Przemiana perlityczna / 129
11.1.2. Przemiana bainityczna / 130
11.1.3. Przemiana martenzytyczna / 131
11.1.4. Przemiany podczas odpuszczania / 132
11.1.5. Wyżarzanie stopów Fe-C / 133
11.2. TECHNICZNE ASPEKTY OBRÓBKI CIEPLNEJ / 138
11.3. ZŁOŻONE METODY OBRÓBKI CIEPLNEJ / 140
11.3.1. Obróbka cieplno-chemiczna / 140
11.3.2. Obróbka cieplno-plastyczna / 150
12. PRZEMYSŁOWE STOPY ŻELAZA / 152
12.1. STAL / 152
12.1.1. Stal konstrukcyjna niestopowa / 156
12.1.2. Stal konstrukcyjna stopowa / 162
12.1.3. Stal narzędziowa / 171
12.1.4. Stal i stopy o specjalnych właściwościach chemicznych i fizycznych / 175
12.2. STAL MARAGING / 180
13. ODLEWNICZE STOPY ŻELAZA Z WĘGLEM / 182
13.1. STALIWO / 182
13.1.1. Staliwo niestopowe (węglowe) / 183
13.1.2. Staliwo stopowe / 184
13.2. ŻELIWO / 185
13.2.1. Ż ̇eliwo białe / 188
13.2.2. Żeliwo szare / 188
13.2.3. Żeliwo sferoidalne / 193
13.2.4. Żeliwo stopowe / 197
13.2.5. Żeliwo ciągliwe / 198
13.2.6. Żeliwo z grafitem wermikularnym / 200
14. STOPY METALI NIEŻELAZNYCH / 202
14.1. METALE LEKKIE I ICH STOPY / 202
14.1.1. Aluminium i jego stopy / 203
14.1.2. Magnez i jego stopy / 216
14.1.3. Tytan i jego stopy / 217
14.2. METALE CIĘŻ ̇KIE I ICH STOPY / 222
14.2.1. Miedź i jej stopy / 222
14.2.2. Stopy niklu i kobaltu / 228
14.2.3. Cynk i jego stopy / 231
MATERIAŁY CERAMICZNE I SZKŁA
15. WPROWADZENIE / 234
15.1. CERAMIKI KRYSTALICZNE - PODZIAŁ I ROLA MATERIAŁÓW CERAMICZNYCH / 234
15.2. SZKŁA CERAMIKA NIEKRYSTALICZNA / 236
15.3. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA WŁAŚCIWOŚCI KONSTRUKCYJNYCH MATERIAŁÓW CERAMICZNYCH / 237
16. STRUKTURA MATERIAŁÓW CERAMICZNYCH / 240
16.1. ROZKŁAD ATOMÓW W MATERIAŁACH CERAMICZNYCH / 241
16.2. MIKROSTRUKTURA MATERIAŁÓW CERAMICZNYCH / 243
17. WŁAŚCIWOŚCI CERAMIKI / 246
17.1. WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE / 246
17.1.1. Moduł spręż ̇ystości materiałów ceramicznych / 247
17.1.2. Wytrzymałość / 249
17.1.3. Twardość / 250
17.1.4. Kruchość materiałów ceramicznych / 252
17.1.5. Zależność wytrzymałości ceramiki od czasu / 255
17.2. WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE / 257
17.2.1 Odporność na gwałtowne zmiany temperatury / 257
17.2.2. Pełzanie i zmęczenie cieplne / 258
18. WYTWARZANIE I KSZTAŁTOWANIE CERAMIKI - WAŻ ̇NIEJSZE GATUNKI CERAMIKI TECHNICZNEJ / 260
18.1. WYTWARZANIE CERAMIKI I INFORMACJE PODSTAWOWE / 260
18.2. WAZ ̇NIEJSZE GATUNKI CERAMIKI TECHNICZNEJ / 262
18.2.1. Tlenek aluminium Al2O3 / 262
18.2.2. Azotek krzemu Si3N4 / 263
18.2.3. Ceramika cyrkonowa ZrO2 / 264
18.2.4. Ceramika karborudowa SiC / 265
18.3. WŁAŚCIWOŚCI CERAMIKI TECHNICZNEJ / 266
18.4. MOŻLIWOŚCI PODWYŻSZANIA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH MATERIAŁÓW CERAMICZNYCH / 270
MATERIAŁY KOMPOZYTOWE
19. KOMPOZYTY / 271
19.1. WPROWADZENIE / 271
19.1.1. Klasyfikacja kompozytów / 272
19.1.2. Elementy mechaniki kompozytów / 275
19.2. RODZAJE WZMOCNIENIA ORAZ GRANICA ROZDZIAŁU MIĘDZY WZMOCNIENIEM A OSNOWĄ / 283
19.2.1. Włókna syntetyczne nieorganiczne / 284
19.2.2. Elementy wzmacniające w postaci wiskersów oraz cząstek / 290
19.3. KOMPOZYTY O OSNOWIE METALOWEJ / 291
19.3.1. Wprowadzenie / 291
19.3.2. Wytwarzanie kompozytów o osnowie metalowej / 292
19.3.3. Reakcje na granicy rozdziału wzmocnienie-osnowa / 297
19.3.4. Właściwości mechaniczne kompozytów / 297
19.3.5. Zastosowanie kompozytów o osnowie metalowej / 301
20. KOMPOZYTY O OSNOWIE CERAMICZNEJ / 304
20.1. WPROWADZENIE / 304
20.2. WYTWARZANIE KOMPOZYTÓW O OSNOWIE CERAMICZNEJ / 305
20.3. PRZEGLĄD WAŻNIEJSZYCH KOMPOZYTÓW O OSNOWIE CERAMICZNEJ / 308
20.3.1. Kompozyty o osnowie Al2O3 / 308
20.3.2. O osnowie szklisto-ceramicznej / 310
20.3.3. Kompozyty węglowo-węglowe / 311
LITERATURA / 314
