WSPÓŁCZESNE MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

Stopy metali są najważniejszymi materiałami inżynierskimi stosowanymi powszechnie w budownictwie, urządzeniach przemysłowych, środkach transportu i maszynach, eksploatowanych w zróżnicowanych warunkach obciążeń mechanicznych, cieplnych i środowiskowych. Coraz bardziej ekstremalne warunki zastosowania – wzrost temperatury eksploatacji, wyższe obciążenia, skażenie środowiska – wymuszają postęp w konstrukcjach i technologiach materiałowych.

Postęp w dziedzinie materiałów zmierza w dwóch kierunkach. Pierwszym jest modyfikacja istniejących materiałów w celu polepszenia ich własności użytkowych, przy zmniejszonym zużyciu surowców i zredukowanej energochłonności wytwórczych technologii przemysłowych oraz ograniczonym skażeniu ekologicznym środowiska. Drugi kierunek obejmuje projektowanie i wytwarzanie nowych materiałów, zwłaszcza zaawansowanych, o szczególnych własnościach fizycznych, termicznych i innych. Sprostanie tym założeniom wymaga ciągłego gromadzenia doświadczeń eksploatacyjnych, przede wszystkim we współpracy z zainteresowanymi zespołami inżynierskimi z poszczególnych gałęzi przemysłu, oraz prowadzenia ciągłych badań naukowych. Działania te znajdują odbicie we wszystkich rodzajach współczesnych materiałów. Tematyka niniejszego podręcznika dotyczy wybranych grup materiałów, takich jak: stale konstrukcyjne spawalne, stale nierdzewne, stale do pracy w podwyższonej temperaturze, stopy żaroodporne i żarowytrzymałe, stopy odporne na zużycie ścierne, stopy aluminium i kompozyty metalowe. Wyboru analizowanych grup materiałów dokonano na podstawie wielu prac badawczych realizowanych przez pracowników Zespołu Inżynierii Spajania Katedry Inżynierii Materiałowej i Spajania na Wydziale Mechanicznym Politechniki Gdańskiej.

Podręcznik jest przeznaczony dla studentów kierunków mechanika i budowa maszyn, inżynieria materiałowa, energetyka oraz kierunków pokrewnych, realizujących program przedmiotu współczesne materiały inżynierskie, który bazuje na podstawach materiałoznawstwa, inżynierii materiałowej i technologii materiałowych. Książka może być też przydatna dla inżynierów pracujących w przemyśle i w biurach projektowych.

Spis treści
WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ I SKRÓTÓW 7
WSTĘP 9
1. STALE KONSTRUKCYJNE SPAWALNE 11
1.1. Wprowadzenie 11
1.2. Podział stali konstrukcyjnych spawalnych 17
1.3. Stale spawalne o normalnej wytrzymałości 19
1.4. Stale spawalne o podwyższonej wytrzymałości 21
1.5. Stale spawalne o wysokiej i ultrawysokiej wytrzymałości 31
2. METALOGRAFIA ZŁĄCZY SPAWANYCH STALI KONSTRUKCYJNYCH 48
2.1. Makrostruktura złącza spawanego 48
2.2. Mikrostruktury złączy spawanych stali konstrukcyjnych 50
2.3. Twardość złączy spawanych 61
3. STALE NIERDZEWNE 64
3.1. Charakterystyka stali nierdzewnych, podział i znakowanie 64
3.2. Stale nierdzewne ferrytyczne 72
3.3. Stale nierdzewne martenzytyczne 78
3.4. Stale nierdzewne umacniane wydzieleniowo 81
3.5. Stale nierdzewne austenityczne chromowo-niklowe 82
3.6. Stale nierdzewne ferrytyczno-austenityczne (dupleks) 97
4. USZKODZENIA EKSPLOATACYJNE NIERDZEWNYCH STALI
AUSTENITYCZNYCH 109
4.1. Korozja wżerowa/podosadowa rurociągu wody pitnej 109
4 Spis treści
4.2. Korozja szczelinowa/podosadowa w wodzie naturalnej 111
4.3. Uszkodzenie wężownicy z wytwornicy pary 113
4.4. Korozja stali AISI 304 wywołana przez osadzenie się cząstek stali
niestopowej na powierzchni stali nierdzewnej 116
4.5. Badanie odporności na korozję międzykrystaliczną wyrobów
z nierdzewnych stali austenitycznych 117
5. STALE DO PRACY W PODWYŻSZONEJ TEMPERATURZE 120
5.1. Wprowadzenie 120
5.2. Stale niestopowe i niskostopowe do pracy w podwyższonej
temperaturze 125
5.3. Procesy degradacji stali eksploatowanych w podwyższonej
temperaturze 132
5.4. Degradacja struktury stali niskostopowych w podwyższonej
temperaturze 134
5.5. Stale wysokostopowe do pracy w podwyższonej temperaturze 139
6. STOPY ŻAROODPORNE I ŻAROWYTRZYMAŁE 146
6.1. Wprowadzenie 146
6.2. Żaroodporność 146
6.3. Żaroodporne stopy żelaza, niklu i kobaltu 150
6.4. Żarowytrzymałość 156
6.5. Wysokostopowe stale żarowytrzymałe 159
6.6. Nadstopy żarowytrzymałe 161
7. EKSPLOATACYJNE NISZCZENIE STOPÓW ŻAROODPORNYCH
I ŻAROWYTRZYMAŁYCH 174
7.1. Procesy niszczenia stali żaroodpornych 174
7.2. Degradacja mikrostruktury stopów żarowytrzymałych 177
7.3. Degradacja żarowytrzymałych stali martenzytycznych 178
7.4. Degradacja żarowytrzymałych stopów austenitycznych 181
8. MATERIAŁY ODPORNE NA ZUŻYCIE ŚCIERNE 188
8.1. Niszczenie materiałów w warunkach tarcia 188
8.2. Rodzaje zużycia tribologicznego 192
8.3. Charakterystyka materiałowa stopów przeznaczonych do pracy
w warunkach tarcia ściernego 194
8.4. Porównanie odporności na ścieranie różnych grup stopów żelaza 196
8.5. Charakterystyka wybranych materiałów metalowych odpornych
na ścieranie 199
8.6. Materiały cierne – przykłady 218
Spis treści 5
8.7. Sposoby ograniczenia zużycia ściernego 219
8.8. Badania tribologiczne 224
9. ALUMINIUM I STOPY ALUMINIUM 227
9.1. Wprowadzenie 227
9.2. Charakterystyka aluminium 227
9.3. Stopy aluminium 229
9.4. Stopy aluminium do przeróbki plastycznej 234
9.5. Odlewnicze stopy aluminium 240
9.6. Obróbka cieplna stopów aluminium 247
9.7. Żarowytrzymałe stopy aluminium 248
9.8. Spawalność stopów aluminium 252
9.9. Odporność na korozję stopów aluminium 255
10.KOMPOZYTY METALOWE 258
10.1. Charakterystyka materiałów kompozytowych 258
10.2. Czynniki wpływające na własności materiałów kompozytowych 263
10.3. Kompozyty o osnowie metalowej – technologie wytwarzania 271
10.4. Przykłady kompozytów metalowych i ich zastosowanie 288
BIBLIOGRAFIA 291