1 METALURGIA ŻELAZA I STALI. Rudy - minerały kopalniane zawierające jeden lub więcej metali. Materiał - jest to zw. chemiczny lub pierwiastek w stanie rodzimym. Rudy dzieli się na - tlenkowe, węglanowe, siarczkowe, i w postaci metalu rodzimego (czysto metalu). Lub na - kwaśne, zasadowe, samo topliwe. W zależności od sposobu pozyskiwania metali z rud rozróżnia się pirometalurgię (proces wysokotemp w którym ciepło pozyskuje się ze spalania koksu lub produktów ropy naftowej) elektrometalurgię (procesy elektrotermiczne, gdzie źródłem ciepła jest łuk elektryczny i procesy elektrochemiczne związane z elektrolizą stopionych soli) chydrometalurgią (ługowanie - wypłukiwanie metali z rud za pomocą wodnych roztworów chemicznych). Metale dzielimy na a) lekki , ciężar właściwy < 5,6 g/cm³ - łatwo topliwe, - trudno topliwe, b) ciężkie > 5,6, - łatwo topliwe < 650 C, - trudno topliwe, bardzo trudno topliwe > 2000 C. Reakcje wielkopiecowe. C / koks +O₂ → CO₂ , CO₂ + C / Koks → 2CO, Fe₂O₄ +CO → 3FeO + CO₂, F₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂, FeO + C → Fe + CO. WYTWARZANIE STALI. Świeżenie - proces przetwarzania surówki na stal, odbywa się w konwertorach, w piecach martenowskich lub w piecach elektrycznych i polega na wypalaniu nadmiaru krzemu manganu fosforu i węgla. WYTWARZANIE ŻELIWA. Otrzymuje się je z surówki w piecach zwanych żeliwniakami. Wsad: materiały metaliczne, topniki, koks, materiały metaliczne to: gąski surówki, złom i metal zwrotny czyli wybrakowane odlewy oraz elementy układów wlewowych. Czystość metalurgiczna stali. Czynniki określające metalurgiczny stan materiału. 1 skład chemiczny, 2 mikrostruktura, 3 stopień odgazowania, 4 obecność szkodliwych domieszek i wtrąceń niemetalicznych, - wtrącenia endogeniczne(są produktem reakcji fizykochemicznych zachodzących podczas wytapiania, odlewania, krzepnięcia, spawania) - wtrącenia egzogeniczne (pochodzące z materiałów ogniotrwałych).

2 Klasyfikacja wtrąceń niemetalicznych - tlenki T, krzemiany K, siarczki S, azotki AT, AA. Uwarunkowania koncentracji naprężeń na granicy wtrąceń i osnowy - różnice właściwości plastycznych, - różnica współczynników rozszerzalności cieplnej, - kształt wtrącenia, - wielkość wtrącenia, - liczba wtrąceń lub ich udział objętościowy, - jednorodność rozmieszczenia wtrąceń w osnowie. Miszmetale - związki z udziałem wapnia i metali ziem rzadkich. Dekohezja - utrata sztywności materiału. Krzemiany mają od 2,5 - 6 razy mniejszą rozszerzalność cieplną niż stale w której te wtrącenia są jest to powodem tworzenia się silnych naprężeń ściskających w stali zwłaszcza podczas jej obróbki. Siarczki mają większą rozszerzalność niż stal co jest przyczyną tworzenia się pustek wokół wtrąceń zwłaszcza podczas obróbki plastycznej na gorąco. Krystalizacja pierwotna - podczas krzepnięcia tworzą się i rozrastają zarodki krystalizacji. Dendrytyczne struktura jest to niejednorodność składu chemicznego w obrębie jednego ziarna. Strukturę dendrytyczną likwiduje się podczas wysokotemperaturowego długotrwałego wygrzewania zwanego wyżarzaniem ujednoradzającym (homogenizującym). Cechy stanu metalicznego: - nieprzezroczystość, - metaliczny połysk, - wysoka temp topnienia, - wysoka twardość, - dobra plastyczność i wytrzymałość, - dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, - dobre właściwości odlewnicze. Odległość między atomami w sieci krystalograficznej w warunkach równowagi termodynamicznej jest wielkością charakterystyczną i nazywa się parametrem (stałą) sieci - a . w przyrodzie jest 14 różnych typów sieci krystalograficznych, które należą do 7 układów krystalograficznych. Metale krystalizują w 5 układach - regularnym, - hegsagonalnym, - tetragonalnym, - rombowym, - romboedrycznym.

3 SIECI A1 RCS - regularna centrowana ściennie. Charakteryzuje się największą plastycznością, gęsto upakowana, współczynnik sieci 0,74. L_k = liczba koordynacyjna - wskazuje ile każdy atom ma sąsiadów równo od niego odległych L_K = 12, liczba atomów przypadających na 1 komórkę elementarną 8 ۰ 1/8 + 6 ۰ 1/2 = 4. W sieci A1 krystalizują platyna, złoto srebro, żelazo γ. Sieć A2 - RCP - regularna centrowana przestrzennie. L_K = 8, liczba atomów przypadająca na jedną komórkę 8 ۰ 1/8 + 1 = 2. Współczynnik wypełnienia sieci 0,68. W tej sieci krystalizują chrom, molibden wolfram, żelazo α. A3 - HZ - heksagonalna zwarta. L_K = 12, 0,74 12 ۰ 1/6 + 2 ۰ 1/2 +3 = 6. W sieci A3 krystalizują magnez, cynk, kadm. Odmiany alotropowe metali - są to odmiany tego samego metalu różniące się typem sieci krystalograficznej. Przemianę alotropową można wywołać zmieniając temp lub ciśnienie. Anizotropia - czyli kierunkowość budowy i właściwości. Wynika to z różnej gęstości atomów na poszczególnych płaszczyznach krystalograficznych w sieci. DEFEKTY STRUKTURY dzieli się na 3 grupy: 1) defekty punktowe:- wakans, - atom międzywęzłowy, 2) defekty liniowe, - dyslokacje: krawędziowe i śrubowe. 3) defekty powierzchniowe - granice ziaren, - błędy ułożenia. Odkształcenia plastyczne metali. Dwa podstawowe mechanizmy odkształcenia: - poślizg, - bliźniakowanie. Procesy aktywowane cieplnie w plastycznie odkształconych metalach. Rozróżnia się: 1 zdrowienie, 2 rekrystalizacja. Zdrowienie obejmuje dwa zjawiska: - anihilacji dyslokacji czyli zmniejszenie ich gęstości wskutek zerowania się dyslokacji różnoimiennych. - poligonizacja czyli tworzenie się układów dyslokacji prostopadłych do płaszczyzn poślizgu stabilnych termicznie. Proces zdrowienia ma na celu zmniejszenie naprężeń wewnętrznych. W wyniku poligonizacji komórki dyslokacyjne zmieniają się w tzn podziarna, których ścianki charakteryzują się regularnym rozmieszczeniem dyslokacji.

4. rekrystalizacja dzieli się na dwa etapy. Pierwotna - tworzenie się i rozrost zarodków nowych ziaren. Podczas rekrystalizacji pierwotnej zostaje odbudowana struktura ziarnista polikryształów do stanu z przed odkształcenia, przywrócone właściwości plastyczne i zmniejszone twardość i wytrzymałość czyli zlikwidowany efekt umocnienia odkształceniowego. Rekrystalizacja wtórna jest to intensywny selektywny rozrost ziaren w temp wyższej od temp rekrystalizacji pierwotnej co prowadzi do silnej niejednorodności wielkości ziaren i drastyczne obniżenie właściwości mechaniczne materiału. Podczas obróbki plastycznej na gorąco nie ma efektu umocnienia odkształceniowego, czyli rekrystalizacja na bieżąco likwiduje skutki zgniotu. Nosi to nazwę rekrystalizacji dynamicznej. PODWÓJNE UKŁADY RÓWNOWAGI FAZOWEJ. Stop - jest to połączenie dwóch lub więcej pierwiastków, które przeszły przez fazę ciekłą. Dwa pierwiastki mogą stworzyć wzajemnie różne struktury w stanie stałym: 1nierozpuszczającą się w sobie w ogóle, 2 rozpuszczają się w sobie bez ograniczeń tworząc roztwór stały ciągły, 3 tworzą mieszaninę roztworów stałych granicznych czyli rozpuszczają się w stopniu ograniczonym, 4 tworzą fazy międzymetaliczne. Ad. 2. Roztwór stały ciągły tworzą pierwiastki o tym samym typie sieci lecz o różnym parametrze sieci. Nadstruktura - jest to uporządkowany roztwór stały różnowęzłowy. Układ równowagi przedstawia sobą wszystkie możliwe stopy dwu lub więcej liczby składników we współrzędnych temp i składu chemicznego i ilustruje takie zmiany jak topnienie, krzepnięcie, przemiany fazowe, alotropowe. Faza - jest to część układu jednorodna pod względem chemicznym i krystalograficznym oddzielona od reszty układu granicą międzyfazową po przekroczeniu której skład chemiczny i struktura zmieniają się w sposób nieciągły.

5. Klasyfikacja podwójnych układów równowagi: 1. Eutektyka czystych składników, 2 Roztwór stały ciągły, 3 Układy równowagi z ograniczoną rozpuszczalnością składników w stanie stałym, a) układ z eutektyką roztworów stałych granicznych, b) układ z perytektyką, 4 Układy równowagi z fazami międzymetalicznymi. Przy bardzo szybkim chłodzeniu gdy utrudnione są procesy dyfuzyjne roztwór stały krystalizuje w postaci ziaren o niejednorodnym składzie chemicznym α1, α2, α3 ... taką strukturę nazywamy dendrytyczną. UKŁAD ŻELAZO - CEMENTYT. ABCD - likwidus, AHJECF - sloidus, S - 0,83 %C - punkt eutektoidalny, C - 4,3 %C - punkt eutektyczny, I - 0,18 %C punkt perytektyczny, P - 0,02 %C, Q - 0,008 %C, H - 0,1 %C, B - 0,51 %C, E - 2,11 %C. A - temp topnienia żelaza 1535 ºC, N - 1390 ºC, HIB - 1495 ºC, ECF - 1145 ºC - temp eutektyczna, PSK - 723 ºC - temp eutektoidalna, G - 910 ºC. α - jest to roztwór stały międzywęzłowy węgla w Fe α jest to ferryt. γ - roztwór stały międzywęzłowy węgla w Fe γ jest to austenit. STALE NIESTOPOWE (węglowe). Stal - jest to stop żelaza i węgla (od 0,02 %C - 2,11 %C) obrabiany plastycznie i obrabiany cieplnie. Pierwiastki występujące zawsze w stali C - 0,02 ÷ 2,11%, Mn ≤ 0,8 %, Si ≤ 0,4 % P ≤ 0,05 % S ≤ 0,05% dwa ostatnie domieszki szkodliwe. Dopuszcza się: Cr ≤ 0,3 %, Ni ≤ 0,3 %, Cu ≤ 0,2 %, Co ≤ 0,2 %, W ≤ 0,2 %, Al ≤ 0,1 %, Ti ≤ 0,05%, V ≤ 0,05%, Mo ≤ 0,05%. Jeżeli te wartości zostaną przekroczone powstaje stal stopowa. Postać stali zależy od sposobu wytwarzania wyrobu, może być walcowa, kuta, prasowana, wyciskana. Stan stali zależy od jej obróbki cieplnej. Stal normalizowana, hartowana, odprężana, zmiękczona.

6. KLASYFIKACJA STALI WG PRZEZNACZENIA. 1. Konstrukcyjne : - ogólnego przeznaczenia, - szczególnego przeznaczenia. 2. Narzędziowe ;- płytko hartujące się , - głęboko hartujące się. 3. O specjalnych właściwościach - magnetyczne miękkie, - automatowe. Fosfor powoduje kruchość na zimno. Siarka powoduje kruchość na gorąco. Stale konstrukcyjne zwykłej jakości - StOS, St2S, St3S, St4S.St 3 S Cu X - stal niestopowa konstrukcyjna zwykłej jakości spawalna o podwyższonej zawartości miedzi, nie uspokojona. V - ograniczona zawartość węgla, W - ograniczona zawartość węgla, fosforu, siarki, X nie uspokojona, Y - pół uspokojona. Cu w zapisie oznacz podwyższoną zawartość miedzi. Stale wyższej jakości. 08, 10, 15, 20 ... 65. Liczba oznacza zawartość węgla w setnych procentach. Stale konstrukcyjne najwyższej jakości 08A, 10A ...65A. 40GA - stal niestopowa konstrukcyjna najwyższej jakości zawierająca 0,4 % C i podwyższoną zawartość manganu. Stale narzędziowe płytko hartujące się: 5NE, 6NE ...N12 E. Stale głęboko hartujące się 5N, 6N, 12N. Rola manganu - zwiększa wytrzymałość, twardość, odporność na ścieranie. Wiąże siarkę w siarczki MnS o wyższej temp topnienia niż siarczki żelaza. Wada - zwiększa gruboziarnistość stali. Rola krzemu - ogranicza rozrost ziaren, podwyższa wytrzymałość i twardość.

7. ŻELIWA C- 2,11 ÷ 6.67 %C. Dzielimy je na: - szare - węgiel występuje pod postacią grafitu, - białe - węgiel występuje pod postacią cementytu, - mieszane- biało-szare. Tworzeniu się żeliwa szarego sprzyja węgiel, krzem i wolne chłodzenie. Tworzeniu się żeliwa białego sprzyja mangan, siarka i szybkie chłodzenie. Żeliwa szare dzielimy na: - zwykłe, - modyfikowane, - sferoidalne, - wermikularne. Żeliwa ciągliwe. Surowcem do otrzymania żeliwa ciągliwego jest żeliwo białe. Żeliwo ciągliwe otrzymuje się podczas długotrwałego do 120h wysokotemp 900 - 1000 ºC wygrzewania żeliw białych w atmosferze obojętnej lub utlenionej. Zalety żeliw ciągliwych: -łatwość odlewania części o skomplikowanych kształtach, - dobra wytrzymałość i plastyczność, - dobra obrabialność skrawaniem, - odporność na uderzenia, - odporność na korozję. OZNACZENIE ŻELIW. Żeliwa szare zwykłe i modyfikowane. Zl 200, Zl 250, ... Zl 400 liczba oznacz Rm w Mpa. Szare sferoidalne Zs 450 12, Zs 500 08. Ciągliwe białe ZcB 450 05. Ciągliwe czarne ZcC 320 08. Ciągliwe perlityczne ZcP 700 02. Rc ~ 2Rg ~ 4Rm. Żeliwa stopowe Zl Si 17 (17% krzemu) - dobra żaroodporność i na korozje. Zl Al. 22 - odporna na korozje gazową. Zl Cr 25 - odporne na ścieranie i na korozję gazową wysokotemp. Zl Mn 10 - odporne na ścieranie.