1. Charakteristika materiálov a ich rozdelenie. Stavba atómu, väzby medzi atómami.kovy, plasty, keramiky, kompozity (zložené materiály)

Väzba medzi atómami možno rozdeliť na dve skupiny:primárne väzby :iónová, kovalentná a kovová,ktoré sú relatívne silné a porušujú pri teplotách tavenia väšinou v intervale 1000-5000K;sekundárne väzby: Van der Waalsova a vodíková , ktoré sú relatívne slabé a porušujú sa pri teplotách tavenia v rozsahu 100-500K.

2. lónová väzba. Kovalentná väzba.lónová väzba- Uplatňuje sa vždy v zlúčeninách kovov s nekovmi. Je známe, že prvky pri vytváraní zlúčenín majú tendenciu nadobúdať stabilnú elektrónovú konfiguráciu inertných plynov. Kovy sa teda ľahko vzdávajú valenčných elektrónov, nekovy zas ľahko príjmajú takéto elektróny. Výsledkom sú navzájom stabilné elektrónové konfigurácie, ale pôvodne neutrálne atómy kovov i nekovov sa stávajú iónmi, teda nadobúdajú elektrický náboj prijatím alebo odovzdaním valenčných elektrónov. Klasickým príkladom je chlorid sodný NaCl, v ktorom sodík odovzdáva svoj 3s elektrón chlóru , čím sodík nadobúda elektrónovú štruktúru neónu a stáva sa kladne nabitým iónom. Chlór prijatím elektrónu nadobúda stabilnú elektrónovú štruktúru argónu a súčasne sa stáva negatívne nabitým iónom. Vzájomné coulombovské sily opačne nabitých iónov sú teda väzobnými silami iónových kryštálov, ktoré majú bezprostredný vplyv na vlastnosti takýchto látok. Iónová väzba nie je smerová väzba, čiže jej veľkosť je rovnaká vo všetkých smeroch okolo daného iónu. To znamená, že v stabilnom elektricky navonok neutrálnom iónovom materiály všetky pozitívne nabité ióny musia mať najbližších susedov negatívne nabité ióny a naopak. Kovalentná väzba- V kovalentnej väzbe sa stabilné elektrónové konfigurácie na vonkajšej elektrónovej sfére vytvárajú zdieľaním valenčných elektrónov susednými atómami. Tie môžu byť rovnakého druhu a potom ide o čisté prvky (Si,C ako diamant, Se), alebo ide o zlúčeniny a potom sa na kovalentnej väzbe zúčastňujú dva alebo viac prvkov (SiO2,SiC,ZnS). Kovalentná väzba je smerová ak sa na nej podieľajú elektróny p,d,a f, ale nie je smerová pre elektróny s. Smerovosť sa prejavuje viazaním atómov do základných jednotiek, v ktorých sú väzby len v určitých smeroch. Tak je napr. C viazaný v diamante do tetraedrov (štvorstenov) v ťažisku ktorých leží atóm C viazaný s ďalšími atómami C vo vrcholoch tetraedra so zdieľanými štyrmi valenčnými elektrónmi pod uhlom 109o

(obr.2) .Takto môže byť pospájaný celý kryštál, ktorý potom sám tvorí jednu molekulu. Podobne je viazaný napr. aj Si. Takéto väzby sú veľmi pevné (vôbec najpevnejšia je v diamante), prejavujúce sa vysokou pevnosťou tvrdosťou , teplotou tavenia ale nízkou húževnatosťou a elektrickou vodivosťou.

3. Kovová väzba. Van der Waalsova väzba.Kovová väzba - Kovová väzba sa uplatňuje v kovoch a ich zliatinách. Kovy majú jeden až tri valenčné elektróny. Tieto však v čistom kove alebo zliatine nie sú viazané na konkrétny atóm tuhej látky, ale sú viac menej voľné a môžu sa pohybovať v celom telese z daného kovu. Teda patria celému kovovému telesu a tvoria tzv. elektrónový oblak. Zvyšné nevalenčné elektróny a atómové jadrá tvoria iónové uzly mriežky , ktoré by sa bez prítomnosti elektrónového oblaku alebo plynu vzájomne odpudzovali. Prítomnosť tohto "plynu" však neutralizuje pozitívny náboj a navyše pôsobí akoby lepidlo medzi jednotlivými iónmi. V dôsledku toho kovová väzba je nesmerová. Väzobné sily môžu byť veľmi rozdielne. Tak pre ortuť , ktorá má veľmi nízku teplotu tavenia (-39oC) je väzobná energia 0,7eV/atóm a pre volfrám s teplotou tavenia 3410oC je energia väzby 8,8eV/atóm. Pevnosť a tvrdosť kovov a ich zliatin je teda funkciou tejto energie a dobrá tepelná a elektrická vodivosť je dôsledkom voľne pohyblivých valenčných elektrónov. Van der Waalsova väzba. Ide o slabú väzbu medzi atómovými alebo molekulovými dipólmi - teda elementárnymi útvarmi, kde je asymetrické umiestnenie kladného a záporného náboja. Coulombovské sily medzi opačne nabitými koncami takýchto dipólov sú teda väzobnými silami Van der Waalsovej väzby a dosahujú relatívne malé hodnoty (napr. pre Ar 0,08eV/atóm). Uplatňujú sa evidentne najmä v skvapalnených a solidifikovaných inertných plynoch so stabilnou elektrónovou konfiguráciou a medzi molekulami ktoré sú vo vnútri viazané podstatne silnejšou kovalentnou alebo iónovou väzbou, pričom navonok takéto molekuly vykazujú výraznú asymetriu rozloženia náboja, čiže sú polárne. Tak ohrev vody na teplotu varu rozrušuje slabú Van der Waalsovu väzbu medzi jej molekulami, voda sa vyparuje, avšak na porušenie väzby kovalentnej medzi vodíkom a kyslíkom treba podstatne vyššie

energie. Vzhľadom na to, že väčšinou sú takto viazanými stavebnými jednotkami molekuly nazýva sa tento typ väzby tiež molekulovou. Jej špeciálnym prípadom je vodíková väzba medzi molekulami v ktorých je vodík kovalentne viazaný na F,H a N. Spomínaná voda je takýmto príkladom. Van der Waalsova väzba sa okrem iného uplatňuje aj v mnohých polyméroch, kde spája extrémne veľké makromolekuly a práve plastické vlastnosti niektorých polymérov sú závislé na prítomnosti tejto väzby resp. vodíkovej väzby.

4. Kryštalické materiály, kryštalická mriežka ajej parametre. Kryštalografické sústavy.Kryštál je homogénne, nespojité, anizotrópne, hmotné prostredie s trorozmerným periodickým usporiadaním atómov na veľkú vzdialenosť.Monokryštál, polykryštál, ideálny kryštál

5. Millerove indexy kryštalografických smerov a rovín.Millerove indexy kryštalografických rovín sú prevrátené hodnoty úsekov súradnicového systému preťatých rovinou, spravidla upravené na najmenšie celé čísla.

6. Kryštalické mriežky kovov.H12 Hexagonálna Ti, Co, Zn, Zr, Cd, Be, Mg

K12 Kubická plošne centrovaná

Cu, Al, Au, Ag, Pt, Ni, Fe γ

K8 Kubická priestorovo centrovaná

Fe α , Cr, V, Nb, Mo, W,

K6 K8 K12 H12

7. Poruchy kryštalickej stavby a ich rozdelenie. Plošné a priestorové poruchy kryštalickej stavby.

bodové: vakancie, interstície, substitúcie čiarové: dislokácie plošné: vrstevné chyby, malouhlové hranice, veľkouhlové hranice priestorové: častice druhej fázy, zhluky vakancií

8. Bodové poruchy kryštalickej stavby. Difúzia v kryštalických materiáloch a mechanizmy difúzie.Vakanca- nazývame atómom neobsadený uzol kryštálovej mriežky

Interstície- sú atómy, ktoré sa nachádzajú v iregulárnych medziuzlových polohách mriežky

Mechanizmy difúzie Intersticiálny Vakančný Tunelový Kruhový

9. Ciarové poruchy kryštalickej stavby.Dislokácia je mriežková porucha usporiadania kryštálovej štruktúry pozdĺž určitej čiary.Typy dislokácií:

skrutková hranová Zmiešaná

Burgersova slučka - rovnaký počet krokov rovnakými smermi.Slučka okolo dislokácie sa neuzavrie a vektor, ktorý túto slučku uzatvára sa vola Burgersov vektor

Burgersov vektor je kryštálový vektor, ktorý predstavuje veľkosť a smer posunutia atómov, ktoré sa môže vyskytnúť v kryštále pri pohybe dislokácií.

Vlastnosti dislokácií1. Pružné napäťovo-deformačné pole2. Dislokačná čiara3. Burgersov vektor4. Dislokačný uzol

Vznik dislokácií• pri kryštalizácii kovov • pri tvorbe blokov oddelených malouhlovými hranicami• kolapsom zhlukov vakancií • činnosťou Frank-Readových zdrojov dislokácií

10. Mechanické vlastnosti materiálov. Definícia napätosti a deformácie. Elastické vlastnosti a pružná deformácia materiálov.Pri pôsobení vonkajších napätí na kryštalickú tuhú látku môže dochádzať k pružnej (elastickej) alebo plastickej deformácii. Hranicu medzi pružnou a plastickou deformáciou je ťažké presne určiť. Maximálnu hodnotu pružnej deformácie sa určujeme podľa dohovorených podmienok, ktoré vychádzajú z predpokladu, že pod maximálnym pružným napätím je plastická (nevratná) deformácia zanedbateľná. Pružnú deformáciu charakterizujeme tromi hlavnými vlastnosťami:

• je reverzibilná (vratná) • napätie je priamoúmerné deformácii podľa Hookovho zákona • deformácia je malá, menej ako 1%

11. Plastická deformácia a jej mechanizmy.Pri plastickej deformácii kovov dochádza k trvalej zmene vonkajšieho tvaru. Na tvarovú zmenu je treba vynaložiť určitú silu, ktorá vplyvom napätí prekoná pevnosť materiálu. Plastická deformácia je doprevádzaná závažnými mikrofyzikálnymi procesmi vo vnútri kovu, ktorých následkom je zmena fyzikálnych vlastností. Významným prejavom plastickej deformácie je deformačné spevnenie a jej nehomogenita v rôznych oblastiach deformovaného kovu. Medzi základné mechanizmy, ktorými sa uskutočňuje plastická deformácia patrí

• sklz • dvojčatenie

Proces plastickej deformácie sklzom sa riadi nasledovnými zákonitosťami: 1. sklz prebieha v najhustejšie obsadených rovinách kryštálu 2. smer sklzu je totožný so smerom, ktorý je najhustejšie obsadený atómami 3. pri deformácii je aktívny ten sklzový systém, v ktorom má šmykové napätie najvyššiu hodnotu.

Sklzový systém tvoria rovina sklzu a smer sklzu

Pri plastickej deformácii dvojčatením dochádza k náhlemu preskupenia celej časti kryštálu za vzniku kryštalických dvojčiat. Mriežka dvojčaťa má tiež pravidelné usporiadanie a je rovnakého druhu ako pôvodná mriežka, ale je symetricky pootočená vzhľadom k pôvodnej rovine. Obidve mriežky t.j. mriežka dvojčaťa a mriežka kryštálu sú zrkadlovo symetrické k rovine, ktorá sa nazýva rovinou dvojčatenia. Táto rovina má

12. Deformacné spevnenie polykryštalických materiálov. Porušovanie a 10m materiálov.V procese plastickej deformácie za studena obecne so zvyšujúcim sa stupňom deformácie rastie odpor kovu voči trvalým zmenám tvaru, čo sa prejavuje zvyšovaním hladiny napätí, potrebných pre ďalšiu deformáciu. Tento jav nazývame deformačným spevnením.

Typické krivky spevnenia monokryštálov kovov s mriežkami K12, H12, K8

Jednotlivé časti krivky spevnenia monokryštálu kovu s mriežkou K12 namáhaný ťahom možno rozdeliť na tri oblasti :

τ1 = κ1 . ε1 κ1 ≈ 10-4 . G

τ2 = κ1 . ε1 + κ2 .(ε2 - ε1) κ2 ≈ 3.10-3 . G

τ3 = κ1 . ε1 + κ2 .(ε2- ε1) + κ3 .(ε - ε2) κ3 ≈ (10 ÷102) . κ1

1. Laminárne spevnenie Podľa charakteru sklzu sa táto oblasť nazýva oblasť ľahkého alebo laminárneho spevnenia. Napätie sa lineárne zvyšuje s teplotou. Sklz sa uskutočňuje v jednom sklzovom systéme. Koeficient spevnenia je relatívne nízky. Plastická deformácia na konci I.oblasti dosahuje 5 – 20%. 2. Turbulentné spevnenie V II. oblasti dochádza k lineárnej zmene sklzového napätia v závislosti na deformácii. Koeficient spevnenia nadobúda vysokých hodnôt. Sklz má turbulentný charakter a uskutočňuje sa vo viacerých sklzových systémoch. 3. Parabolické spevnenie III. oblasť začína pri deformácii 30 – 50%. Je charakteristická parabolickým priebehom krivky spevnenia. Táto oblasť je silne teplotne závislá a koeficient spevnenia klesá s deformáciou. Medzi sklzovým napätím a deformáciou platí vzťah

13. Zotavenie a rekryštalizácia.Uzdravenie (zotavenie) je súhrn dejov, pri ktorých dochádza k vymiznutiu elastických napätí a zníženiu nadbytočných bodových porúch až k hodnotám blízkym rovnovážnej koncentrácii XV. V dôsledku tepelne aktivovanému šplhaniu a priečneho sklzu dochádza aj k čiastočnej anihilácii dislokácií a tým k čiastočnému zníženiu hustoty dislokácií.

Rekryštalizácia prebieha pri rekryštalizačnom žíhaní ale aj pri všetkých tepelných procesoch prebiehajúcich v kovovom materiály bezprostredne po jeho plastickej deformácii za studena. Ide pri tom o odstránenie dôsledkov plastickej deformácie spôsobujúce vysoké mechanické spevnenie kovu a návrat jeho deformovateľnosti tým , že sa podstatne zníži hustota dislokácií.Dochádza k obnove nedeformovanej kryštálovej štruktúry bez toho aby sa zmenil jej typ. Statická rekryštalizácia a-stav po plastickej deformáciib-uzdravenie kryštálovej štruktúry (mriežky)c-vznik nových nedeformovaných zŕnd-rast zŕn

14. Skúšky mechanických vlastnosti. Statická skúška tahom.Skúšky statické:

skúšky tvrdosti Statická skúška v ťahu Statická skúška v tlaku

Skúšky dynamické. Skúška vrubovej húževnatosti (skúška nárazovej húževnatosti)

Únavové skúškyStatická skúška v ťahu:

15. Vnikacie skúšky tvrdosti.Brinelova tvrdosť:

Vickersova tvrdosť:

16. Skúška rázom v ohybe.Tranzitná krivka (teplota) vrubovej húževnatosti materiálov.Charpyho kladivom:

Tranzitná (prechodová ) teplota pri rázovej ohybovej skúške: vyjadruje závislosť vrubovej húževnatosti od teploty. Tá je dôležitá najmä pri kovoch s kryštalickou štruktúrou kubickou priestorovo centrovanou . Preto sa skúška robí v širokom teplotnom intervale a zisťuje sa tzv. prechodová alebo tranzitná teplota prechodu materiálu zo stavu húževnatého do stavu krehkého. Poznanie tranzitnej teploty je veľmi dôležité pri materiáloch , ktoré sú vystavené rázovému namáhaniu pri nízkej teplote . Taký materiál nesmie byť zaťažovaný pod tranzitnou teplotou. Jej výška je závislá na zložení a spracovaní materiálu.

17. Únava materiálov a únavové skúšky.

18. Tecenie materiálov a skúšky tecenia.Dlhodobé zotrvávanie konštrukcie pri zvýšených teplotách pri súčasnom namáhaní napätím má za následok tečenie – malú plastickú deformáciu , ktorá však môže vážne poškodiť konštrukciu.Minimálna teplota nad ktorou dochádza k tečeniu je 0,4Ttavenia

19. Termodynamické sústavy, ich rozdelenie a stav. Zložka a fáza termodynamickej sústavy. Fázové pravidlo.

Zložka ( komponent)- je základná časť zliatiny- individuálna chemická substancia čieže prvok alebo zlúčenina definovateľná chemickým vzorcom. Fáza je časť zliatiny (alebo termodynamického systému), ktorá má homogénne chemické a fyzikálne vlastnosti a je od ostatných častí oddelená ostrým rozhraním. Fáza môže byť tvorená jedným alebo viacerými komponentmi a naopak jeden komponent sa môže vyskytovať vo forme viacerých fáz.

20. Fázové premeny. Kryštalizácia a prekryštalizácia cistých zložiek a zliatin.

Prekryštalizácia- Niektoré čisté zložky vykazujú tzv polymorfizmus čo znamená, že majú viac alotropických modifikácií. Zliatiny v ktorých je aspoň jedna takáto zložka vykazujú potom prekryštalizáciu, čo je premena už existujúcej kryštálovej štruktúry ( mriežky) tuhej fázy na inú kryštálovú štruktúru ( mriežku). Tento jav sa tiež niekedy nazýva sekundárna kryštalizácia. V binárnych rovnovážnych diagramoch sa toto prejavuje pribudnutím ďalších fázových polí po vertikálnej osi, v závislosti na tom aké vlastnosti majú jednotlivé alotropické modifikácie.Príkladmi kovov , ktoré majú alotropické modifikácie sú Fe,Co, Sn, Ti a ďalšie kovy.

21. Homogénna a heterogénna nukleácia pri kryštalizácii.

Homogénna nukleácia nastáva tak, že sa v homogénnej tavenine s neusporiadanými – náhodnými polohami atómov (resp. usporiadaním na krátku vzdialenosť) vytvoria kmitaním okolo stredných polôh zhluky atómov so vzájomnými polohami obsadzujúcimi uzly pravidelnej kryštalickej mriežky. Takéto zhluky nazývame zárodkami. Zárodok je charakterizovaný objemom a povrchom. Rast objemu je spojený s klesaním voľnej energie (Gibbsovej) zárodku a teda jej zápornou zmenou (-ΔG). Rast povrchu je spojený s rastom voľnej energie a teda s (+ΔG). Tieto zmeny sú násobkom objemu zarodku ( v prípade guľového tvaru je to 4/3.ππr3) s mernou objemovou zmenou voľnej energie a násobkom povrchu ( 4π r2) s mernou povrchovou energiou γSL .

heterogénna nukleácia Podmienky pre homogénnu nukleáciu sú len vo väčších objemoch čistej taveniny v dostatočnej vzdialenosti od stien nádoby v ktorej dochádza ku kryštalizácii. Na stenách nádoby, na povrchu prítomných tuhých častíc ( neroztavených častíc vlastného kovu, cudzorodých častíc s nadkritickým polomerom a pod) je situácia odlišná. Tieto oblasti už obsahujú tuhý povrch na ktorom sa začne vytvárať zárodok. Ak budeme uvažovať opäť modelový guľový tvar zárodku ako pri homogénnej nukleácii, tak v závislosti na zmáčavosti hotového tuhého povrchu a taveniny bude vznikať zárodok v tvare guľového vrchlíka. Výsledkom je skutočnosť, že počiatok kryštalizácie možno urýchliť pridávaním do taveniny tuhých častíc s dobrou zmáčavosťou. Táto možnosť sa využíva v metalurgii napr. pri tzv. očkovaní zliatin s cieľom zjemnenia výsledného zrna po kryštalizácii.

22. Kryštalizacná schopnost a kryštalizacná rýchlost. Rast kryštalizacných zárodkov.Kryštalizácia je premena kvapalnej fázy na tuhú kryštalickú fázu. K premene dochádza pod teplotou tuhnutia. Celý proces pozostáva zo vzniku kryštalizačných zárodkov (nukleácie) a z ich rastu. Aby došlo ku kryštalizácii je nutné kvapalnú fázu, v kovoch nazývanú tavenina, podchladiť čiže ochladiť pod teplotu tuhnutia o hodnotu ΔT.

Rýchlosť kryštalizácie sa dá popísať rýchlosťou tvorby zárodkov- čiže spontánnou kryštalizačnou rýchlosťou a rýchlosťou rastu kryštálov, čiže lineárnou kryštalizačnou rýchlosťou. Obidve môžu nadobúdať rôzne hodnoty v závislosti na podchladení, kde vykazujú maximá. Pri malých podchladeniach vzniká málo zárodkov kritického rozmeru a preto štruktúra polykryštalického odliatku bude hrubozrnná ( stav 1). Pri vyšších podchladeniach získame vysoký počet rastu schopných zárodkov a preto štruktúra bude jemnozrnná (stav 2). Pri príliš veľkých podchladeniach už bude difúzia potlačená nízkou teplotou , čo spôsobí zabrzdenie rastu zárodkov ale aj fluktuácie polôh v tavenine a teda silné zníženie spontánnej kryštalizačnej rýchlosti. V extrémnom prípade vôbec nedôjde ku kryštalizácii, čo je možné aj v niektorých kovových zliatinách a vznikajú kovové sklá alebo amorfné kovy (stav3).

23. Fázy v zliatinových systémoch. Tuhé roztoky. V zliatinách sa môžu fázy v tuhom stave vyskytovať v niekoľkých formách:

• ako čisté zložky • ako tuhé roztoky • ako zlúčeniny

Zlúčeniny v zliatinových systémoch čistých prvkov sa vyskytujú vždy ako intermediárne fázy. Je ich niekoľko druhov a preto si zaslúžia zvláštnu pozornosť. Ak dva prvky vytvárajú tuhé roztoky a chemické zlúčeniny , potom môžu nastať situácie že tieto tvoria buď koncové (terminálne ) fázy alebo intermediárne fázy ako to vyplýva z názornej schémy.

24. Intermediárne fázy.Intermediárne fázy možno rozdeliť na: elektrochemické (valenčné ) zlúčeniny medzi silne elektronegatívnymi a elektropozitívnymi prvkami (NaCl, ZnS, NiS........[AB, AB2]) elektrónové zlúčeniny charakterizované určitým pomerom počtu valenčných elektrónov k počtu atómov napr. v systéme CuZn: b fáza e/a=1,5= 3/2 CuZn g fáza e/a= 21/13 Cu5Zn8

ε fáza e/a=7/4 Cu Zn3

intersticiálne zlúčeniny medzi prechodovými kovmi (Fe,Ti,Mo,W,Ta,....) a ľahkými prvkami ako C,N,H,B pričom: ak je RA / RB<0,59 majú jednoduchú mriežku K8,K12, ak je RA/ RB>0,59 majú štruktúru zložitú mriežku napr. pre Fe3C RC/RFe=0,63 mriežka je zložitá rombická .Lavesove fázy sú intermetalické zlúčeniny s veľmi tesným usporiadaním kde RA/RB ≅ 1,225 (reálne 1,1-1,6) so stechiometriou AB2

25. Termická analýza a konštrukcia rovnovážnych diagramov.Termická analýza je metodika, ktorá sa využíva pre stanovovanie kriviek ochladzovania alebo ohrevu v súradniciach teplota –čas. Polohy zlomov na priebehoch kriviek, ako aj tepelné zádrže pri premenách sú východiskovými bodmi , z ktorých sa konštruuje rovnovážny diagram. Predpokladom toho aby sa dal takto skonštruovať rovnovážny diagram je aby sa rýchlosť ochladovania limitne lížila k rovnovážnej

.

Konštrukcia rovnovážneho diagramu z kriviek ochladzovania 26. Aplikácia pákového a fázového pravidla v binárnych rovnovážnych diagramoch. Segregácia pri kryštalizácii.

27. BRD zložiek s dokonalou rozpustnostou v tekutom a v tuhom stave.

28. BRD zložiek s dokonalou rozpustnostou v tekutom stave a s nerozpustnostou v tuhom stave

29. BRD zložiek s dokonalou rozpustnostou v tekutom stave a s obmedzenou rozpustnostou v tuhom stave (eutektická premena).

30. BRD zložiek s dokonalou rozpustnostou v tekutom stave a s obmedzenou rozpustnost'ou v tuhom stave (peritektická reakcia).

31. BRD s intermediárnymi fázami.

32. BRD polymorfných zložiek s dokonalou rozpustnostou v tekutom a v tuhom stave.

33. BRD polymorfných zložiek s dokonalou rozpustnostou v tekutom stave a s nerozpustnostou v tuhom stave.

34. BRD polymorfných zložiek s dokonalou rozpustnostou vysokoteplotných modifikácii zložiek a ciastocnou rozpustnostou nízkoteplotných modifikácii zložiek v tuhom stave (eutektoidná premena).

35. BRD s nulovou alebo obmedzenou rozpustnostou zložiek v tekutom stave.

?

36. Ternárne rovnovážne diagramy.Rovnovážny diagram troch zložiek vzájomne dokonale rozpustných v tekutom stave a úplne nerozpustných v tuhom stave pričom spolu tvoria ternárne eutektikum

Odčítavanie koncentrácie zložiek v konc. Trojuholníku:

37. Technické zliatiny železa. Kryštalizácia, polymorfné premeny a vlastnosti cistého železa.38. Binárne sústavy železo - uhlík. Stabilná a metastabilná rovnováha v sústave železo - uhlík.

39. Metastabilný rovnovážny diagram Fe - Fe3C. Rozdelenie zliatin Fe - Fe3C.

40. Charakteristika fáz a štruktúrnych zložiek v metastabilnom rovnovážnom diagrame Fe - Fe3C.41. Charakteristika nonvariantných reakcií a premien v metastabilnom diagrame Fe - Fe3C.

42. Krivky ochladzovania, štruktúra a vlastnosti podeutektoidných ocelí.

43. Krivky ochladzovania, štruktúra a vlastnosti eutektoidnej a nadeutektoidnej ocele.

44. Krivky ochladzovania, štruktúra a vlastnosti ledeburitických (bielych) Iiatin.

45. Stabilný rovnovážny diagram Fe - grafit. Tvar grafitu v zliatinách železo - uhlík.

46. Charakteristika fáz a štruktúrnych zložiek v stabilnom rovnovážnom diagrame Fe - grafit.47. Charakteristika nonvariantných reakcií a premien v stabilnom rovnovážnom diagrame Fe - grafit.48. Grafitické liatiny. Vplyv tvaru grafitu na vlastnosti grafitických Iiatin.

49. Krivka ochladzovania, štruktúra a vlastnosti feritickej a feriticko-perlitickej grafitickej liatiny.

50. Krivka ochladzovania, štruktúra a vlastnosti perlitickej a makovej grafitickej liatiny.

51. Proces výroby, vlastnosti a použitie grafitických liatin s lupienkovým grafitom.52. Proces výroby, vlastnosti a použitie grafitických liatin s gul'ôckovým grafitom.53. Proces výroby, vlastnosti a použitie grafitických Iiatin s vlockovým grafitom.54. Rozdelenie chemických prvkov z hl'adiska ich vplyvu na štruktúru vlastnosti zliatin železo - uhlík.

55. Charakteristika vplyvu sprievodných škodlivých prvkov. Síra S≤0,035% vo forme sírnikov, spôsobuje krehkosť za tepla i za studena, znižuje koróznu

odolnosť ocelí . Fosfor P≤0,035% vo forme fosfidov alebo v t.roztoku, tiež spôsobuje krehkosť. Kyslík O2 ≤0,07 v oxidoch hliníka, kremíka, v oceli by sa nemal vyskytovať v oxidoch železa Vodík H2 veľmi škodlivý vo forme roztoku aj v mol. forme, spôsobuje vločkovitosť aj

medzikryštalické vodíkové krehnutie. Dusík N2 = 0,04-0,05 v t. roztoku, v nitridoch Fe4 N, Fe16 N2 spôsobuje starnutie ocelí, nie

vždy musí byť škodlivým.

56. Charakteristika vplyvu sprievodných priaznivých prvkov. Typy vtrúsenín (inklúzíí) v zliatinách železo- uhlík.

endogénne vznikajúce v tekutom stave reakciou prítomných prvkov exogénne- nečistoty v podobe častíc ktoré sa dostali do ocele z výmuroviek a pod.

druhy: hlinitany, kremičitany, sulfidy, oxidy, nitridy

57. Hlavné dôvody legovania zliatin železo - uhlík a rozdelenie zliatinových prvkov z hl'adiska ich vplyvu na štruktúru a vlastnosti ocelí.

58. Vplyv zliatinových prvkov na stabilitu tuhých roztokov ocelí a tvorbu chemických zlúcenín v oceliach.

59. Rozdelenie technických zliatin železa (ocelí a liatin)

60. Fázové premeny v zliatinách železo - uhlík. Austenitizácia.AustenitizaciaPerliticka premenaBainiticka premenaMartenziticka premena

Austenitizácia je premena heterogénnej feriticko-cementitickej štruktúry na homogénnu austenitickú štruktúru. Dve fázy s rozdielnym chemickým zložením Feα - 0,01 % C a Fe3C – 6,7 % C vytvárajú Feγ s rovnovážnou koncentráciou 0,8 % C pri 723 °C. Okrem zmeny mriežky dochádza pritom aj k zmene v rozmiestnení a koncentrácii uhlíka. Premena má teda difúzny charakter a začína na hraniciach medzi zrnami feritu a austenitu. Zväčšenie disperznosti štruktúry t.j. zväčšenie povrchu hraničiacich fáz vedie k zrýchleniu premeny. Schéma izotermickej austenitizácie eutektoidnej ocele je na obr. 31. Vyplýva z nej, že proces austenitizácie sa vlastne skladá z premeny Feα + Fe3C (perlitu) na austenit, z rozpúšťania cementitu Fe3C v austenite a z homogenizácie austenitu.

61. Proeutektoidné premeny austenitu. Perlitická premena.Perliticka premenaBainiticka premenaMartenziticka premena

Perlitická premena vzniká v teplotnom pásme Ac1 – 500 °C. Tu je rozpad doprevádzaný dokonalou difúziou C aj samodifúziou Fe. Perlit, vzniknutý tesne pod teplotou Ac1 má hrubú štruktúru, ktorá sa so znižovaním teploty rozpadu zjemňuje, t.j. cementit sa vylučuje v jemnejších lamelách. Mechanizmus vzniku perlitu je nasledovný: v určitých miestach podchladeného austenitu vzniknú v dôsledku koncentračnej fluktuácie uhlíka vhodné podmienky pre vznik cementitu. Vznikne zárodok, rast ktorého je možný, ak k nemu difundujú ióny C z austenitu. Tým sa priľahlý austenit ochudobní o uhlík a nastanú podmienky pre vznik feritu allotropickou premenou Feγ → Feα. Z oblasti, v ktorej kryštalizuje ferit bude difundovať C preč tak, až v austenite sa zvýši jeho koncentrácia na hodnotu, umožňujúcu tvorbu cementitu. Takýmto striedavým vylučovaním Feα a Fe3C vzniká perlit. Proces môžeme vyjadriť vzťahom: Feγ(C) → Feα + Fe3C

62. Bainitická premena.Bainit je produktom polodifúznej izotermickej transformácie austenitu pri izotermickej výdrži pod tzv .“nosom“ IRA diagramu ale nad teplotou MS.Polodifúzny charakter spočíva v tom že prebieha difúzia uhlíka ale neprebieha samodifúzia Fe alebo iných substitučne rozpustených prvkov.Difúzia je však pri teplotách oblasti vzniku bainitu pomalá a preto súčasne prebieha aj šmyková premena na doskovitú štruktúru v ktorej postupne precipituje (vylučuje sa ) cementit. Podľa toho do akej miery je umožnená difúzia uhlíka ,čo závisí od teploty izotermickej výdrže, rozoznávame bainit horný a dolný

63. Martenzitická premena.Bezdifuzna premena. V oceliach vzniká martenzit rýchlym ochladením t.j. zakalením austenitu s vysokou rozpustnosťou uhlíka pod teplotu A1. Ak je obsah uhlíka nižší, do 0,2% vzniká martenzit , ktorý je presýteným feritom uhlíkom so štruktúrou K8. Takýto martenzit sa nazýva latkový. Latková morfológia je výsledkom šmykovej transformácie a charakteristický je pre ňu tvar paralelných „latiek“ s výrazne zvýšenou hustotou dislokácií v ich vnútri. Preto sa tiež takýto martenzit nazýva dislokačný.

64. Transformacné diagramy austenitu (ARA,IRA). Vplyv zliatinových prvkov na priebeh fázových premien v oceliach.Oceľ v austenitickom stave môže transformovať na rôzne transformačné produkty v závislosti od veľkosti podchladenia austenitu a s rôznou kinetikou. Tieto premeny sa znázorňujú v transformačných diagramoch :IRA sa vytvára radou experimentov pri ktorých sa pri rôznych teplotách izotermickej výdrže , v rôznych časových štádiách zisťuje množstvo premeneného-rozpadnutého austenitu. Pre každú oceľ takto znázornená kinetika má iný priebeh a preto aj diagram musí byť iný

ARA diagram sa konštruuje radou experimentov pri rôznej rýchlosti ochladzovania čím sa získavajú údaje o počiatku a konci transformácie na jednotlivé transformačné produkty :perlit, bainit, martenzit..

65. Vplyv popúštania na štruktúru a vlastnosti kalených ocelí.Popúšťanie je proces tepelného spracovania martenzitu pri ktorom sa tento žíha , čiže zahrieva na teploty do cca 700°C.Dosahuje sa tým stav – mikroštruktúra , ktorá je bližšie k rovnovážnej avšak je podstatne jemnejšia než rovnovážna štruktúra pozostávajúca v uhlíkovej oceli z feriticko- cementitickej zmesi . Výsledkom je zvýšená húževnatosť a znížená tvrdosť v závislosti na teplote popúšťania. Tvrdosť je však vždy podstatne vyššia než ako v rovnovážnej štruktúre. Je to preto lebo výsledná feriticko-karbidická zmes nzývaná tiež sorbit je podstne jemnejšia než ako zmes feritu a cementitu v rovnovážnych štruktúrach .Celý proces kalenia a nasledujúceho popúšťania sa nazýva zušľachťovanie ocele. Takémuto tepelnému spracovaniu sa podrobujú najmä nástrojové ocele

66. Žíhanie ocelí.Žíhanie ocelí umožňuje zlepšiť ich mechanické vlastnosti a upraviť ich štruktúry pre ďalšie spracovanie.

- žíhanie bez prekryštalizácie- Žíhacia teplota je menšia ako Ac1. Behom ohrevu nedochádza k fázovým premenám ocele.

- žíhanie prekryštalizačné- Žíhacia teplota je vyššia ako AC1, ohrev je doprevádzaný fázovými zmenami.

67. Kalenie ocelí.Kalenie je zohriatie ocele na austenitovú teplotu (niečo nad 700°C), kde sa podrží až do úplnej premeny na austenit a následné prudké ochladenie (600°C/s) na martenzitickú teplotu. Obidve teploty sa môžu meniť podla obsahu uhlíka v oceli.Kalením sa zvyčajne dosahuje zvýšenie tvrdosti a pevnosti v ťahu, ale znižuje sa ťažnosť a húževnatosť.Pod kaliteľnosťou obecne rozumieme schopnosť zliatiny dosiahnuť rýchlym ochladzovaním z určitej tzv. kaliacej teploty nerovnovážneho stavu. U ocelí sa kaliteľnosť obyčajne vzťahuje na tvorbu martenzitu. Kaliteľnosť ocelí je schopnosť ocelí získať ochladením kritickou, alebo nadkritickou rýchlosťou martenzitickú štruktúru o vysokej tvrdosti.Zakaliteľnosť je schopnosť dosiahnuť maximálnu tvrdosť.Prekaliteľnosť je schopnosť dosiahnuť tvrdosť, odpovedajúcu zakaliteľnosti v určitej hĺbke pod povrchom.

68. Princíp a úcel základných druhov chemicko-tepelného spracovania.

Ako chemicko-tepelné spracovanie sa označujú spôsoby difúzneho nasycovaniapovrchu ocele rôznymi prvkami (kovy aj nekovy) pri zvýšenej teplote, s cieľom dosiahnuťrozdielne mechanické alebo fyzikálno-chemické vlastnosti povrchu a jadra súčiastky. Narozdiel od povrchového kalenia (zmena štruktúry povrchu tepelným spracovaním prinezmenenom chemickom zložení) je základom chemicko-tepelného spracovania zmenachemického zloženia povrchovej vrstvy. Cieľom chemicko-tepelného spracovania bývazvýšenie tvrdosti a odolnosti povrchu voči opotrebovaniu a zachovanie húževnatého jadra.Medzi najčastejšie používané postupy sa radí nasycovanie povrchu uhlíkom (nauhličovanie),dusíkom (nitridovanie), uhlíkom aj dusíkom (karbonitridácia).

nauhličovanie Je to nasycovanie povrchu ocelí uhlíkom. Používa sa vtedy, ak sa od súčiastok vyžaduje vysoká tvrdosť povrchu, pričom jadro predmetu má zostať pomerne mäkké a relatívnehúževnaté (čapy, hriadele, ozubené kolesá a pod.).Nitrid cia á - povrchové nasycovanie kovových materiálov dusíkom. Cieľom je získaťvysokú tvrdosť povrchu a húževnaté jadro.Karbinitridácia- nasycuje sa povrch súčasne dusíkom aj uhlíkom pri zvýšenýchteplotách.Karbonitridáciu je možné rozdeliť podľa teploty na dva spôsoby:1) ak v povrchovej vrstve prevláda uhlík - vyššie teploty karbonitridácie2) ak v povrchovej vrstve prevláda dusík - nižšie teploty karbonitridácie

69. Charakteristika a rozdeleniene neželezných kovov a ich zliatin. Hliník a zliatiny hliníka (vlastnosti, rozdelenie, použitie).

• Zliatiny zlievárenské • zliatiny pre vytvrdzovanie

zlievárenské zliatiny slúžia na výrobu odliatkov:• Bloky spaľovacích motorov • Karburátory • Valce dvojtaktných motorov,• Ojnice• Súčiastky pre elektrické náradie ......

70. Vytvrdzovanie zliatin Al - Cu (postup, vplyv na štruktúru a vlastnosti).Základnou všeobecnou podmienkou pre preciptačné vytvrzovanie zliatin je obmedzená a s klesajúsou teplotou klesajúca rozpustnosť príslušnej zložky v Al alebo inom základnom kove (Cu, Fe, Ni). Vytvrdzovanie Al zliatin je tepelné spracovanie pri ktorom sa zliatina po predchádzajúcom rozpúšťacom žíhaní v oblasti zvýšenej rozpustnosti dostáva do oblasti nízkej rozpustnosti prudkým ochladením. Rýchle ochladenie zabráni prebehnutiu rovnovážnej precipitácie príslušnej fázy v relatívne hrubej forme.Presýtený tuhý roztok sa potom podrobuje žíhaniu pri nižších teplotách alebo pri teplote okolia . Takéto žíhanie nazývame starnutie , ktoré môže byť prirodzené prebiehajúce pri teplote okolia, alebo umelé , ktoré sa uskutočňuje pri teplotách 100 - 200 °C. Výsledkom je výrazný vzrast tvrdosti a pevnosti v porovnaní s rovnovážnym stavom alebo čistým hliníkom. Pri starnutí precipituje z presýteného tuhého roztoku spevňujúca disperzná fáza napr. v systéme Cu-Al v postupnosti: αpresýtené_ → α1+ GP → α2+ θ´´→ α3+ θ´→ α4+ θ GP (GPI)- Guinier Prestonove zóny sú koherentné diskovité útvary (zóny) silne obohatené meďou v okolitom presýtenom tuhom roztoku α. Ich hrúbka je len v rozsahu dvoch atómových vrstiev.

71. Zlievarenské zliatiny Al - Si. Vplyv modifikácie na štruktúru a vlastnosti zliatin Al -Si.

Siluminy. Môžu to byť zliatiny podeutektické, eutektické nadeutektické. Ich štruktúra vždy obsahuje eutektikum pozostávajúce z tuhého roztoku α a častíc kremíka . Keďže kremík je krehký pre húževnatosť a tvárnosť týchto zliatin je dôležité aby bol vylúčený v čo najjemnejšej forme. To sa týka kremíka eutektického aj proeutektického

72. Med ajej zliatiny (vlastnosti, rozdelenie, charakter štruktúr, použitie).Mosadze - sú zliatiny Cu a Zn alebo ďalších prvkov. Majú žlté sfarbenie, sú dobre tvárniteľné , odlievateľné. Odolávajú najmä korózii v slanej vode a čiastočne aj atmosferickej korózii (na vzduchu).

-mosadze na tvárnenie (obsah Cu 58-95%):

jednofázové α mosadze, tvárniteľné za tepla aj za studena dvojfázové α / β mosadze , tvárniteľné len za tepla kedy β fáza je v neusporiadanom stave

-mosadze na odlievanie (obsah Cu 58-63): dvojfázové α / β mosadze

Bronzy- Zliatiny Cu s inými neželezným kovmi okrem Zn. Majú tmavočervené až hnedé sfarbenie. Obsah Sn môže byť až do 12hm%.α-bronzy do 5-8%Sn, α-fáza sa vyskytuje pri teplote okolia i napriek tomu , že podľa rovnovážneho diagramu jej čistý výskyt končí pri 200°C. Spôsobené je to sťaženou difúziou Sn v Cu pri reálnych rýchlostiach ochladzovania čo zároveň spôsobuje aj potlačenie výskytu ε-fázy

a-bronzy sú určené na tvárnenie do 2% Sn majú dokonca lepšiu plasticitu ako čistá Cua+δ - bronzy sú určené na odlievanie Fázové zloženie bronzov:Cínové bronzy- “bronzy”a-substitučný tuhý roztok Sn v Cu K12b-elektrónová zlúčenina Cu5Sn (e/a=3/2) K8 δ-elektrónová zlúčenina Cu31Sn8 (e/a=21/13) krehká niekedy v literatúre tiež označovaná ako ϑ fáza ε-elektrónová zlúčenina Cu3Sn (e/a=7/4)g-vysokoteplotný tuhý roztok doteraz štruktúrne najmenej známy Ak Cu tvorí zliatiny s iným kovmi než je Zn nazývame tieto zliatiny bronzami, pričom daný kov s najvyšším obsahom tvorí pomenovanie takejto zliatiny:hliníkový bronz, beríliový bronz, kremíkový bronz, niklový bronz...

73. Titan ajeho zliatiny (vlastnosti, rozdelenie, použitie).

74.·Nikel ajeho zliatiny (vlastnosti, rozdelenie, použitie).

75. Konštrukcná keramika.Keramika- základné suroviny sú zlúčeniny kovu a nekovu, najčastejšie oxidy, nitridy, karbidy v podobe ílovitých prírodných materiálov alebo synteticky získaných zlúčenín.

Keramiky sú typické tepelné aj elektrické izolátory, sú odolnejšie voči vysokým teplotám a niektorým ťažkým pracovným podmienkam ako kovy a plasty. Sú však krehké a tvrdé.Medziatómové väzby: úplne iónové, kovalentné a iónové a čiastočne kovalentné Názov súvisí s technológiou výroby keramiky (pôvod názvu z gréčtiny „keramikos“-vypálená hmota)– tvarovaním surovej keramiky a jej nasledujúcim vypaľovaním-spekaním, pri ktorom sa vytvárajú difúzne, fúzne a iné spoje medzi jednotlivými zrnami kearmiky

76. Plasty.Rozdelenie:

termoplasty termosety (tiež sa nazývajú reaktoplasty alebo duroméry) elastoméry

Termoplasty-pri zvýšenej teplote sú plastické, pozostávajú z ohybných lineárnych reťazcov-makromolekúl (napr.polyetylén). Vznikajú väčšinou adičnou polymerizáciou, niekedy aj kondenzačnouTermosety-pri zvýšenej teplote ostávajú tuhé, pevné, nedajú sa tvárniť, pozostávajú z trojrozmerných reťazcov- makromolekúl ktoré vznkajú zmiešaním napr. dvoch zložiek -živice a tužidla (epoxyd). Vznikajú väčšinou polymerizáciou kondenzačnou, niekedy aj adičnou.

Polyméry vznikajú polymerizáciou ktorá môže byť :Polymerizácia adičná-viazanie mérov - molekulových jednotiek- do reťazca bez vedľajších produktov, veľkou rýchlosťou. V priebehu sekúnd vzniká dlhý reťazec.Polymerizácia kondenzačná- viazanie mérov do reťazcov za spolupôsobenia tlaku a teploty, pričom sa uvoľňujú vedľajšie produkty- napr. voda, ktoré kondenzujú (odtiaľ je názov). Rast je stupňovitý a pomalší ako pri adičnej polymerizácii

77. Kompozity.sú zložené materiály čiže cieľavedome kombinované rôzne materiály - zložky kompozitu, tak aby sa získali nové požadované vlastnosti kompozitu , ktorými nedisponujú samotné jeho pôvodné zložky. Kombinovať možno materiály rôznych základných skupín: kov-kov, kov-plast, kov-keramika, plast- keramika, plast-plast.......atď. V polykomponentnej forme môže vznikať ešte viac kombinácií typu : plast1-kov-plast2-... atď.Podľa konštrukcie delíme kompozity na:granulárne ,vláknové, laminárne

Otázky c. 1 - 9; 19 - 36 budú zaradené do zoznamu skúšobnej otázky c.l.Otázky c. 37 - 59 budú zaradené do zoznamu skúšobnej otázky c.2.Otázky c. 10 - 18; 60 - 77 budú zaradené do zoznamu skúšobnej otázky c.3.