Inżynieria materiałowa - elementy teorii i praktyki

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
Elementy teorii i praktyki w procesach wytwarzania ze stanu ciekłego materiałów metalicznych

Jan Sieniawski, Aleksander Cyunczyk
     monografia
słowa kluczowe: podstawy krystalizacji, struktura pierwotna, stopy wielofazowe, monokrystalizacja, krystalizacja: proszki–kompozyty ex situ, materiały porowate–materiały amorficzne
© Copyright by Oficyna Wydawnicza
Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2020
ISBN 978-83-7934-369-0


SPIS TREŚCI
Od autorów
WPROWADZENIE
Materiały metaliczne w inżynierii materiałowej. Definicja i rodzaje materiałów metalicznych. Stany skupienia. Przemiany fazowe w ujęciu termodynamicznym. Przemiana ciecz-ciało stałe w technologii metali i stopów.
1.     PODSTAWY KRYSTALIZACJI CZYSTYCH METALI
1.1. Wprowadzenie. Równowagowa temperatura przemiany fazowej. Wpływ ciśnienia na temperaturę przemiany fazowej. Wpływ krzywizny kryształu na temperaturę przemiany fazowej. Energia pędna krystalizacji. Przemiana fazowa pierwszego rzędu.
1.2. Zarodkowanie kryształów. Zarodkowanie heterogeniczne. Zarodkowanie dynamiczne
1.3. Wzrost kryształów. Front krystalizacji. Mechanizmy wzrostu kryształów. Stabilność frontu krystalizacji
2.     PODSTAWY KRYSTALIZACJI STOPÓW
2.1. Wprowadzenie. Fazy w stopach metalicznych. Roztwory stałe w ujęciu termodynamicznym. Wykres równowagi fazowej w układzie dwuskładnikowym. Podstawowe pojęcia dotyczące krystalizacji stopów.
2.2. Krystalizacja stopów jednofazowych. Przechłodzenie stężeniowe. Mikrosegregacja. Krystalizacja nierównowagowa
2.3. Krystalizacja stopów wielofazowych. Stopy techniczne
2.3.1. Stopy z ograniczoną rozpuszczalnością składników w stanie stałym i eutektyką. Wykresy równowagi fazowej. Rodzaje eutektyk. Krystalizacja eutektyki płytkowej. Krystalizacja stopów nominalnie jednofazowych
2.3.2. Stopy z ograniczoną rozpuszczalnością składników w stanie stałym i perytektyką. Wykresy równowagi fazowej. Krystalizacja perytektyki
3.     KRYSTALIZACJA KIERUNKOWA
3.1. Wprowadzenie. Krystalizacja objętościowa i kierunkowa
3.2. Monokrystalizacja. Monokryształy. Metody hodowania monokryształów metalicznych
3.3. Krystalizacja anizotropowych kompozytów in situ. Krystalizacja kierunkowa stopów eutektycznych. Warunki i metody wytwarzania kompozytów in situ
3.4. Rafinacja metodą strefowego topienia. „Normalna” kierunkowa krystalizacja stopu. Topienie strefowe
4.     STRUKTURA PIERWOTNA METALI I STOPÓW
4.1. Strefy morfologii mikrostruktury w odlewach i wlewkach. Ogólna charakterystyka. Strefa kryształów zamrożonych. Strefa krysz-tałów słupkowych. Strefa kryształów równoosiowych.
4.2. Krystalizacja i struktura wlewków stalowych. Sposoby odlewania wlewków. Wpływ stopnia odtlenienia kąpieli meta-licznej na makrostrukturę wlewka stalowego. Krystalizacja wlewka stalowego.
4.3. Czynniki wpływające na proces krystalizacji i makrostrukturę odlewów i wlewków. Sposoby modyfikowania. Drgania i mieszanie ciekłego metalu. Temperatura odlewania. Odlewanie suspensyjne. Krystalizacja pod ciśnieniem
5.     KRYSTALIZACJA PROSZKÓW I GRANULEK Z FAZY CIEKŁEJ
5.1. Metalurgia proszków. Ogólna charakterystyka.
5.2. Wytwarzanie proszków drobnych – rozpylanie. Metody rozpylania. Rozpylanie strumieniem gazu. Rozpylanie wodą. Rozpylanie odśrodkowe. Rozpylanie wirującą wodą i na wirującym dysku. Rozpylanie rozpuszczonym gazem
5.3. Granulacja. Metody granulacji
5.4. Sferoidyzacja proszków. Charakterystyka procesu
6.     KRYSTALIZACJA KOMPOZYTÓW EX SITU
6.1. Wprowadzenie. Wytwarzanie kompozytów
6.2. Wytwarzanie kompozytów metodą infiltracji preform. Sposoby łączenia preform z ciekłą osnową
6.3. Wytwarzanie kompozytów zbrojonych cząstkami. Kompozyty zbrojone cząstkami. Wytwarzanie suspensji. Krystalizacja suspensji metal–faza obca
7.     KRYSTALIZACJA POROWATYCH MATERIAŁÓW METALICZNYCH
7.1. Piankowe materiały metaliczne. Struktury komórkowe. Procesy wytwarzania pianek
7.2. Gazary. Ogólna charakterystyka. Krystalizacja eutektyk gazowych. Metody wytwarzania gazarów
8.     SZYBKA KRYSTALIZACJA METALI
8.1. Struktura mikrokrystaliczna stopów. Szybka krystalizacja odlewów. Właściwości mechaniczne
8.2. Szkła metaliczne. Faza stała amorficzna. Proces zeszklenia. Podatność na zeszklenie. Właściwości mechaniczne i fizyczne. Ograniczona stabilność cieplna
8.3. Metody szybkiego przejścia fazowego stan ciekły→ciało stałe. Szkło metaliczne
Literatura uzupełniająca
Skorowidz
Spis tabel
Spis rysunków
Streszczenie
Summary


Streszczenie

Rozwój technik wytwarzania elementów maszyn i urządzeń z metalicznych materiałów konstrukcyjnych, z uwzględnieniem kontroli kinetyki proce-sów ich krystalizacji ze stanu ciekłego, umożliwia uzyskanie ich kierunkowych właściwości użytkowych – spełniają w określonym zakresie rolę materiałów funkcjonalnych. Podstawą kształtowania ich struktury i mikrostruktury oraz właściwości fizycznych, chemicznych i mechanicznych jest sposób przejścia od stanu ciekłego do stanu stałego. W opracowaniu określono oddziaływanie czynników zewnętrznych na kinetykę procesu krystalizacji czystych metali i stopów. Uwzględniono wpływ pierwiastków stopowych, rolę składników układów równowagi fazowej w stanie ciekłym i stałym, również kinetykę procesu krystalizacji – krystalizacja kierunkowa i monokrystalizacja.

Efekt silnej reakcji ciekłego metalu na czynniki zewnętrzne podczas krystalizacji: temperaturę, prędkość chłodzenia, drgania mechaniczne oraz oddziaływanie pola magnetycznego i elektrycz-nego, również rodzaj i zawartość gazów wprowadzanych do ciekłego metalu, uwzględniono
w charakteryzacji procesów wytwarzania materiałów metalicznych spełniających kryteria funkcjonalności. Omówiono także specjalistyczne urządzenia, których zastosowanie umożliwia zwiększenie stopnia oddziaływania czynników zewnętrznych w procesach krystalizacji wytwarzania funkcjonalnych materiałów metalicznych. Scharakteryzowano podstawowe i szeroko stosowane procesy wytwarzania z fazy ciekłej: cząstek proszków metalicznych, kompozytów zbrojonych o osnowie metalicznej cząstkami drugiej fazy lub wytwarzanych metodą infiltracji preform porowatych materiałów metalicznych, także procesy wytwarzania szkieł metalicznych. Potwierdzono możliwość szerokiego stosowania technik wytwarzania oraz urządzeń specjalistycznych do wytwarzania zarówno materiałów metalicznych, jak również ich wyrobów o prognozowanych funkcjonalnych właściwościach użytkowych.