Inżynieria materiałowa / Marek Blicharski.

Tyt. poprz. wyd.: Wstęp do inżynierii materiałowej.

Bibliogr. s. 639-641.

Spis treści

Przedmowa 13

1 Materiały inżynierskie 15
1.1. Rodzaje materiałów 16
1.2. Struktura 21
1.3. Własności materiałów 23
1.4. Procesy wytwarzania 25
1.5. Oddziaływanie między strukturą, własnościami i procesem wytwarzania 27
1.6. Globalne zużycie materiałów 29

2 Wiązania między atomami 30
2.1. Struktura atomu 30
2.2. Wiązania jonowe 39
2.3. Wiązania kowalencyjne 42
2.4. Wiązania metaliczne 45
2.5. Wiązania wtórne (van der Waalsa) 46
2.6. Energia wiązań między atomami 47
2.7. Wiązania w poszczególnych kategoriach materiałów 48
Podsumowanie 50
Zadania 51

3 Struktura krystaliczna – krystalografia 53
3.1. Siedem układów krystalograficznych i czternaście typów sieci 53
3.2. Położenia sieciowe 57
3.3. Kierunki sieciowe 58
3.4. Płaszczyzny sieciowe 59
3.5. Oznaczanie struktur krystalicznych 62
3.6. Struktura krystaliczna metali 63
3.7. Struktury o najgęstszym ułożeniu atomów 66
3.8. Struktury krystaliczne ceramik 70
3.9. Szkła krzemianowe 82
Podsumowanie 83
Zadania 84

4 Własności mechaniczne 89
4.1. Naprężenie i odkształcenie 89
4.2. Moduły sprężystości 93
4.3. Odkształcenie sprężyste 96
4.4. Statyczna próba rozciągania 98
4.5. Twardość 106
4.6. Odporność na pękanie 108
4.6.1. Mechanika pękania 108
4.6.2. Strefa odkształcenia plastycznego wokół wierzchołka pęknięcia 111
4.6.3. Zakresy wartości KIc 112
4.6.4. Zależność między wytrzymałością i odpornością na pękanie 113
4.6.5. Zastosowanie KIc 115
4.6.6. Pękanie ciągliwe 115
4.6.7. Różnice między pękaniem ciągliwym i kruchym 117
4.7. Udarność 117
4.7.1. Próba udarności 117
4.7.2. Udarność metali 119
4.8. Zmęczenie 121
4.8.1. Krzywa S–N 122
4.8.2. Rodzaje zniszczeń zmęczeniowych 123
4.8.3. Mechanika pękania zmęczeniowego 124
4.8.4. Rozwój pęknięć zmęczeniowych 127
4.8.5. Zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej 129
Podsumowanie 129
Zadania 130

5 Defekty struktury krystalicznej 133
5.1. Roztwory stałe. Niedoskonałości chemiczne 133
5.2. Defekty punktowe 137
5.2.1. Stężenie defektów punktowych 139
5.2.2. Dyfuzja 142
5.3. Dyslokacje – defekty liniowe 153
5.3.1. Teoretyczna wytrzymałość na naprężenia styczne 153
5.3.2. Dyslokacje 154
5.3.3. Odkształcenie plastyczne 157
5.3.4. Niektóre własności dyslokacji 160
5.3.5. Zależność od siły rozciągającej 163
5.4. Defekty powierzchniowe – granice ziarn 165
5.5. Granice międzyfazowe 174
5.6. Umocnienie 175
5.7. Pełzanie 185
5.7.1. Mechanizmy pełzania 187
5.7.2. Wytrzymałość na pełzanie 190
5.7.3. Materiały do zastosowań wysokotemperaturowych 191
Podsumowanie 192
Zadania 193

6 Wykresy fazowe 198
6.1. Reguła faz 198
6.2. Ogólne uwagi o wykresach fazowych 199
6.3. Dwuskładnikowe wykresy fazowe 202
6.4. Wykres fazowy dla składników o nieograniczonej rozpuszczalności w stanie stałym 202
6.5. Reguła dźwigni 205
6.6. Tworzenie mikrostruktury w stopach układu o nieograniczonej rozpuszczalności składników w stanie stałym 207
6.7. Wykres fazowy dla składników nierozpuszczających się wzajemnie w stanie stałym 208
6.8. Wykres fazowy z przemianą eutektyczną, gdy składniki rozpuszczają się w stanie stałym 211
6.9. Wykres fazowy z przemianą perytektyczną 215
6.10. Wykres fazowy z przemianą eutektoidalną 216
6.11. Złożone wykresy fazowe 217
6.12. Składniki mikrostrukturalne w układzie Fe–Fe3C 219
6.13. Wykres fazowy Fe–C 225
Podsumowanie 228
Zadania 229

7 Zmiany strukturalne 235
7.1. Siły pędne zmian strukturalnych 236
7.1.1. Siła pędna krystalizacji 237
7.1.2. Zmiany struktury w stanie stałym 240
7.2. Zarodkowanie aktywowane cieplnie (dyfuzyjne) 240
7.2.1. Zarodkowanie jednorodne 241
7.2.2. Zarodkowanie niejednorodne 243
7.2.3. Kinetyka zarodkowania 243
7.3. Szybkość przemiany dyfuzyjnej 244
7.4. Krystalizacja 246
7.4.1. Krystalizacja równowagowa 246
7.4.2. Krystalizacja nierównowagowa 248
7.4.3. Wzrost kryształów podczas krzepnięcia 248
7.4.4. Segregacja 252
7.4.5. Struktura odlewu 252
7.5. Wykresy CTP 254
7.5.1. Przemiany dyfuzyjne 256
7.5.2. Przemiana bainityczna 258
7.5.3. Przemiana martenzytyczna 259
7.6. Obróbka cieplna stali 266
7.6.1. Hartowanie 267
7.6.2. Odpuszczanie 269
7.6.3. Kruchość odpuszczania 272
7.6.4. Hartowność 274
7.6.5. Wyżarzanie 276
7.6.6. Obróbka powierzchniowa 277
7.7. Umocnienie wydzieleniowe (umocnienie przez starzenie) 278
7.8. Struktura materiału odkształconego, zdrowienie i rekrystalizacja 284
7.8.1. Struktura materiału odkształconego 285
7.8.2. Zdrowienie 286
7.8.3. Rekrystalizacja 288
7.9. Kształt ziarn 293
7.10. Rozrost ziarn 293
7.10.1. Kinetyka rozrostu ziarn 296
7.10.2. Rozrost ziarn w obecności cząstek 297
Podsumowanie 300
Zadania 302

8 Metale i ich stopy 305
8.1. Stale 306
8.1.1. Składniki zwykłe 307
8.1.2. Zanieczyszczenia 307
8.1.3. Pierwiastki stopowe w stali 309
8.1.4. Wpływ pierwiastków stopowych na własności stali 311
8.1.5. Podział stali 312
8.1.6. Oznaczanie stali wg PN-EN 10027-1:2007 312
8.1.7. Węgiel w stali 315
8.1.8. Stale konstrukcyjne 316
8.1.9. Stale narzędziowe 321
8.1.10. Stale odporne na korozję 324
8.2. Żeliwa 328
8.3. Stopy metali nieżelaznych 331
8.3.1. Stopy Al 332
8.3.2. Stopy Cu 335
8.3.3. Stopy Ni i Co 339
8.3.4. Stopy Ti 341
Podsumowanie 344
Zadania 345

9 Ceramiki i szkła 348
9.1. Wyroby z gliny (ceramika tradycyjna) 349
9.2. Nowoczesne (zaawansowane) ceramiki 352
9.3. Materiały ogniotrwałe 354
9.4. Ceramiki ścierne 357
9.5. Szkła – ceramiki niekrystaliczne 357
9.6. Tworzywa szklano-ceramiczne 361
9.7. Własności ceramik i szkieł 363
9.7.1. Wytrzymałość ceramik 365
9.7.2. Odporność ceramik na pękanie 366
9.7.3. Wpływ czasu na wytrzymałość ceramik 368
9.7.4. Pełzanie 369
Podsumowanie 370
Zadania 371

10 Polimery 374
10.1. Polimeryzacja 375
10.2. Struktura polimerów 380
10.3. Polimery termoplastyczne (termoplasty) 387
10.4. Polimery termoutwardzalne (duroplasty) 388
10.5. Elastomery (gumy) 389
10.6. Dodatki 392
10.7. Zachowanie polimerów pod wpływem obciążenia 393
10.8. Własności polimerów 396
Podsumowanie 400
Zadania 401

11 Kompozyty 403
11.1. Kompozyty włókniste 404
11.2. Drewno – naturalny kompozyt włóknisty 411
11.3. Kompozyty agregatowe 415
11.3.1. Beton 415
11.3.2. Cermetale 418
11.4. Parametry wpływające na własności mechaniczne kompozytu 420
11.5. Wytrzymałość na rozciąganie 423
11.6. Porównanie własności mechanicznych kompozytów i stopów metali 425
Podsumowanie 426
Zadania 427

12 Kształtowanie wyrobów 431
12.1. Wytwarzanie wyrobów metalowych 433
12.1.1. Odlewanie 435
12.1.2. Kształtowanie odkształceniowe 438
12.1.3. Metalurgia proszków 443
12.1.4. Obróbka skrawaniem 445
12.1.5. Procesy łączenia 446
12.1.6. Inżynieria powierzchni 446
12.2. Kształtowanie ceramik 447
12.2.1. Kształtowanie przez prasowanie i spiekanie 448
12.2.2. Odlewanie z gęstwy 448
12.2.3. Spiekanie reaktywne 449
12.3. Kształtowanie szkła 449
12.4. Kształtowanie polimerów 451
12.4.1. Kształtowanie przez wtrysk 452
12.4.2. Kształtowanie przez wytłaczanie (wyciskanie) 452
12.4.3. Kształtowanie przez rozdmuchiwanie 453
12.4.4. Kształtowanie przez prasowanie 454
12.4.5. Kształtowanie przez odlewanie 455
12.5. Wytwarzanie wyrobów kompozytowych 455
12.5.1. Wytwarzanie włókien 456
12.5.2. Układanie włókien 457
12.5.3. Kształtowanie wyrobów 458
12.5.4. Odlewanie kompozytu agregatowego o osnowie metalowej 459
Podsumowanie 460

13 Własności elektryczne materiałów 462
13.1. Przewodnictwo elektryczne 462
13.2. Struktura pasmowa 466
13.3. Ruchliwość elektronów 469
13.3.1. Opór elektryczny metali 469
13.3.2. Przewodność innych materiałów 473
13.4. Przewody elektryczne 474
13.5. Półprzewodniki samoistne 474
13.5.1. Dziury elektronowe 475
13.5.2. Przewodnictwo pierwiastkowych półprzewodników samoistnych 477
13.6. Półprzewodniki domieszkowe 480
13.6.1. Półprzewodnik domieszkowy typu n 481
13.6.2. Półprzewodnik domieszkowy typu p 484
13.7. Urządzenia półprzewodnikowe 486
13.7.1. Złącze p-n 487
13.7.2. Tranzystor 490
13.7.3. Obwody scalone 491
13.7.4. Wytwarzanie obwodów scalonych 492
13.8. Dipole i polaryzacja 494
13.9. Własności dielektryczne 496
13.10. Materiały piezoelektryczne 497
13.11. Materiały ferroelektryczne 498
Podsumowanie 499
Zadania 501

14 Własności magnetyczne materiałów 504
14.1. Pochodzenie momentów magnetycznych 504
14.2. Wielkości magnetyczne 508
14.3. Zachowanie magnetyczne materiałów 510
14.3.1. Diamagnetyzm 510
14.3.2. Paramagnetyzm 511
14.3.3. Ferromagnetyzm 512
14.3.4. Antyferromagnetyzm 513
14.3.5. Ferrimagnetyzm 514
14.4. Wpływ temperatury na zachowanie magnetyczne 515
14.5. Struktura domenowa 516
14.6. Pętla histerezy 518
14.7. Magnetostrykcja 521
14.8. Materiały magnetyczne 521
14.8.1. Straty energii 523
14.8.2. Materiały magnetyczne miękkie 524
14.8.3. Materiały magnetyczne twarde 529
Podsumowanie 530
Zadania 531

15 Własności optyczne materiałów 533
15.1. Stałe optyczne 535
15.2. Absorpcja światła 540
15.3. Selektywna absorpcja, transmisja i odbicie 542
15.4. Zastosowanie promieniowania elektromagnetycznego 543
15.5. Włókna optyczne 554
Podsumowanie 554
Zadania 555

16 Własności cieplne materiałów 557
16.1. Podstawy 558
16.2. Ciepło właściwe 559
16.3. Przewodnictwo cieplne 561
16.4. Rozszerzalność cieplna 565
16.5. Naprężenia cieplne 569
16.6. Zakresy temperatury stosowania materiałów 572
Podsumowanie 573
Zadania 574

17 Korozja 575
17.1. Korozja chemiczna 576
17.1.1. Mechanizm wzrostu warstwy tlenku 577
17.1.2. Szybkość utleniania 578
17.1.3. Warstwy ochronne – tlenki ochronne 580
17.2. Korozja elektrochemiczna 582
17.2.1. Elementy ogniwa elektrochemicznego 583
17.2.2. Reakcje na anodzie 584
17.2.3. Reakcje na katodzie 584
17.2.4. Siła pędna korozji elektrochemicznej 587
17.2.5. Szereg galwaniczny 588
17.2.6. Pasywność metali 588
17.2.7. Polaryzacja 589
17.3. Rodzaje korozji elektrochemicznej (ogniwa korozyjne) 589
17.3.1. Korozyjne ogniwo galwaniczne 590
17.3.2. Korozja międzykrystaliczna 591
17.3.3. Korozyjne ogniwo stężeniowe 592
17.3.4. Korozja wżerowa (pittingowa) 593
17.3.5. Korozja szczelinowa 594
17.3.6. Korozyjne ogniwo naprężeniowe 595
17.3.7. Korozja naprężeniowa 596
17.3.8. Korozjo-erozja 596
17.4. Metody zapobiegania korozji elektrochemicznej 597
17.4.1. Projektowanie 597
17.4.2. Dobór materiału i obróbki 599
17.4.3. Powłoki ochronne 601
17.4.4. Inhibitory 604
17.4.5. Ochrona katodowa 604
17.4.6. Pasywacja lub ochrona anodowa 605
Podsumowanie 606
Zadania 608

18 Charakterystyka materiałów 610
18.1. Określanie składu chemicznego – spektroskopia elektronów powłok wewnętrznych atomów 611
18.1.1. Spektroskopia energii rozpraszanej promieniowania rentgenowskiego w mikroskopach elektronowych 615
18.1.2. Fluorescencyjna analiza rentgenowska 617
18.1.3. Spektroskopia strat energii elektronów 617
18.2. Metody dyfrakcyjne 617
18.2.1. Dyfrakcja 618
18.2.2. Dyfrakcja promieni rentgenowskich 619
18.2.3. Dyfrakcja elektronowa 622
18.3. Mikroskopia 622
18.3.1. Mikroskopia świetlna 624
18.3.2. Mikroskopia elektronowa skaningowa 625
18.3.3. Mikroskopia elektronowa transmisyjna 628
18.3.4. Mikroskop elektronowy skaningowo-transmisyjny 632
18.3.5. Mikroskop jonowy 633
18.3.6. Mikroskopy ze skanującą sondą 633
Podsumowanie 637

Literatura 639

Pojęcia i ich definicje 642

Tablice uzupełniające 669

Dla studentów inżynierii materiałowej, metalurgii oraz wydziałów mechanicznych politechnik, a także słuchaczy kierunków technicznych wyższych szkół zawodowych.