ΥΛΙΚΑ 1 L1 2.1 ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ

Παρουσίαση με θέμα: "ΥΛΙΚΑ 1 L1 2.1 ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΥΛΙΚΑ 1 L1 2.1 ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ
Δρ. Στέργιος Μαρόπουλος Καθηγητής

2

3 Μονάδα ατομικής μάζας 1u=1,66×10- 27kg
Ατομικός αριθμός Ζ: αριθμός πρωτονίων ίσος με τον αριθμό ηλεκτρονίων σε ουδέτερο άτομο. Ν: αριθμός νετρονίων Μαζικός αριθμός Α = Ζ+Ν Μονάδα ατομικής μάζας 1u=1,66×10- 27kg Νουκλίδια: είδος πυρήνων με ίδιο Ζ (ισότοπα) 3 3

4

5 ΜΕΤΑΛΛΑ ΟΡΙΣΜΟΣ Τα μέταλλα είναι σώματα κρυσταλλικά στη στερεή κατάσταση. Τα άτομά τους τοποθετούνται σε μια τρισδιάστατη, κανονική και συμμετρική διάταξη που επαναλαμβάνεται στο χώρο. Το τρισδιάστατο αυτό δίκτυο είναι γνωστό ως κρυσταλλικό πλέγμα. 5

6 ΜΕΤΑΛΛΙΚΟΣ ΔΕΣΜΟΣ Ο μεταλλικός δεσμός είναι ένας ισχυρός δεσμός, γι’ αυτό τα περισσότερα μέταλλα έχουν υψηλά σημεία τήξης. Ο μεταλλικός δεσμός θεωρείται ότι αποτελείται από ευκίνητα, μη εντοπισμένα μόνο σε ένα άτομο ηλεκτρόνια που μοιράζονται κατ’ ουσία από όλα τα άτομα ενός δείγματος μετάλλου.

7 Τα στοιχεία με μικρό αριθμό ηλεκτρονίων στον εξωτερική στοιβάδα, τα παραδίδουν ως ομοιόμορφα διανεμημένα, ελεύθερα κινούμενο ηλεκτρικό νέφος. Τα ηλεκτρόνια του περιβλήματος έτσι παραμένουν στο δεσμό και κρατούν τα θετικά μεταλλικά κατιόντα μαζί. Ο δεσμός είναι ολικός και μη κατευθυνόμενος. Στα άτομα των μεταλλικών στοιχείων τα ηλεκτρόνια σθένους είναι χαλαρά συνδεδεμένα με τον πυρήνα. Αποτέλεσμα αυτού είναι ότι τα ηλεκτρόνια σθένους μετακινούνται εύκολα από τον έναν πυρήνα στον άλλο και είναι κατά έναν τρόπο κοινό "κτήμα" όλων των ατόμων.

8 Κατά την ελεύθερη μετάβαση των ηλεκτρονίων από πυρήνα σε πυρήνα κάθε ένας πυρήνας φορτίζεται προς στιγμήν θετικά. Αυτό δημιουργεί ηλεκτροστατικές έλξεις μεταξύ αυτών των πυρήνων και των ελευθέρως κινούμενων ηλεκτρονίων. Οι έλξεις αυτές συγκρατούν τούς πυρήνες μεταξύ τούς. Δεδομένου δε ότι το ηλεκτρικό ρεύμα είναι κίνηση ηλεκτρονίων και ότι στα μέταλλα τα ηλεκτρόνια μετακινούνται ελεύθερα, τα μέταλλα είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού.

9 Η ηλεκτρονική δομή των μεταλλικών κρυστάλλων περιγράφεται συνήθως ως ένα σύνολο μεταλλικών ιόντων
(που προκύπτουν από τα άτομα με τη διαφυγή των ηλεκτρονίων σθένους) εμβαπτισμένων σε μια ‘θάλασσα’ ευκίνητων ηλεκτρονίων σθένους.

10 ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ – ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΑ ΠΛΕΓΜΑΤΑ
Το κρυσταλλικό πλέγμα είναι ένα σύνολο σημείων που διατάσσονται κατά περιοδικό τρόπο, έτσι ώστε για τυχόν σημείο του πλέγματος τα γειτονικά σ’ αυτό σημεία να έχουν την ίδια διάταξη .

11

12 Το κρυσταλλικό πλέγμα διαφέρει από υλικό σε υλικό ανάλογα με το μέγεθος των δομικών μονάδων και τον τύπο των δεσμών μεταξύ των δομικών μονάδων. Οι λεπτομέρειες του κρυσταλλικού πλέγματος επηρεάζουν σημαντικά τις μακροσκοπικές ιδιότητες των κρυσταλλικών υλικών. Το μικρότερο τμήμα του κρυσταλλικού πλέγματος το οποίο διατηρεί όλα τα χαρακτηριστικά του όλου πλέγματος ονομάζεται κυψελίδα.

13 c α β b a γ

14 Υπάρχουν τέσσερις βασικοί τύποι κρυσταλλικών πλεγμάτων (κυψελίδων):
Απλό, με άτομα στις κορυφές Χωροκεντρωμένο, με ένα άτομο στο κέντρο Εδροκεντρωμένο, με άτομα στις έδρες Βασικοκεντρωμένο, με άτομο στη βάση

15 * P = θεμελιώδες, Ι = χωροκεντρωμένο, F = εδροκεντρωμένο, C = πλευροκεντρωμένο, R = ρομβοεδρικό

16

17 ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ Η κρυσταλλική δομή των περισσότερων μετάλλων στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος είναι μια από τις εξής τρεις κρυσταλλικές δομές: Κρυσταλλική δομή χωροκεντρωμένου κυβικού (bcc) Κρυσταλλική δομή εδροκεντρωμένου κυβικού (fcc) και Κρυσταλλική δομή μέγιστης πυκνότητας εξαγωνικού (hcp)

18 ΣΧΗΜΑ 1 Κρυσταλλική δομή χωροκεντρωμένου κυβικού (bcc) για μέταλλα (α) η διάταξη των πλεγματικών θέσεων για μια κυψελίδα (β) η πραγματική τοποθέτηση των ατόμων (που παριστάνονται ως συμπαγείς σφαίρες) μέσα στην κυψελίδα και (γ) η επαναλαμβανόμενη bcc δομή, ισοδύναμη με πολλές παρακείμενες κυψελίδες

19

20 ΣΧΗΜΑ 2 Κρυσταλλική δομή εδροκεντρωμένου κυβικού (fcc) για μέταλλα
(α) η διάταξη των πλεγματικών θέσεων για μια κυψελίδα (β) η πραγματική τοποθέτηση των ατόμων (που παριστάνονται ως συμπαγείς σφαίρες) μέσα στην κυψελίδα και (γ) η επαναλαμβανόμενη fcc δομή, ισοδύναμη με πολλές παρακείμενες κυψελίδες

21

22 ΣΧΗΜΑ 3 Η δομή των κυψελίδων του απλού εξαγωνικού (sh) και του μεγίστης πυκνότητας εξαγωνικού (hcp) πλέγματος (α) μοντέλο sh κυψελίδας με τη διάταξη των πλεγματικών θέσεων που δείχνει τη γεωμετρική συσχέτιση μεταξύ της ‘μικρής’ αρχικής και της ‘μεγάλης’ κυψελίδας (β) μοντέλο της ‘μεγάλης’ hcp κυψελίδας με τη διάταξη των πλεγματικών θέσεων που δείχνει και διάφορες γειτονικές κυψελίδες (γ) η τοποθέτηση των ατόμων (που παριστάνονται ως συμπαγείς σφαίρες) μέσα στην κυψελίδα (δ) η επαναλαμβανόμενη hcp δομή, ισοδύναμη με πολλές παρακείμενες κυψελίδες

23

24 ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕΤΑΛΛΩΝ
Η στερεοποίηση των μετάλλων και των κραμάτων είναι μια σημαντική βιομηχανική διαδικασία λόγω του ότι τα περισσότερα μέταλλα τήκονται και μετά χυτεύονται για να λάβουν την τελική τους μορφή. Γενικά η διαδικασία στερεοποίησης ενός μετάλλου ή κράματος μπορεί να υποδιαιρεθεί στα ακόλουθα στάδια: Σχηματισμός σταθερών πυρήνων στο τήγμα (πυρηνοποίηση) Ανάπτυξη των πυρήνων σε κρυστάλλους και τελικός σχηματισμός δομής κόκκων.

25 ΣΧΗΜΑ 4 Σχηματική παράσταση των διαφόρων σταδίων κατά τη στερεοποίηση των μετάλλων (α) σχηματισμός πυρήνων, συγκέντρωση πρώτων κυψελίδων (β) ανάπτυξη των πυρήνων σε κρυστάλλους και (γ) κόκκοι και όρια κόκκων

26 Ανάπτυξη κρυστάλλων σε υγρό και σχηματισμός δομής κόκκων Μετά το σχηματισμό σταθερών πυρήνων σε ένα στερεοποιούμενο μέταλλο οι πυρήνες αυτοί αναπτύσσονται σε κρυστάλλους [Σχήμα 4(β)]. Σε κάθε αναπτυσσόμενο κρύσταλλο τα άτομα διευθετούνται με περιοδική τάξη κατά τον ίδιο κανονικό τρόπο, όπως προβλέπεται από το κρυσταλλικό πλέγμα του συγκεκριμένου μετάλλου, αλλά ο προσανατολισμός των κρυστάλλων ποικίλει.

27 Όρια κόκκων Η μικροδομή των μετάλλων και των περισσοτέρων άλλων κρυσταλλικών υλικών αποτελείται από πολλούς μικρούς κρυστάλλους (κόκκους) τοποθετημένους ο ένας δίπλα στον άλλο (πολυκρυσταλλικά υλικά) έτσι ώστε να σχηματίζεται ένα συνεχές υλικό. Ένας κόκκος είναι ένα τμήμα του υλικού μέσα στο οποίο ο τρόπος τοποθέτησης των δομικών μονάδων είναι ο ίδιος. Ωστόσο, ο προσανατολισμός τοποθέτησης των δομικών μονάδων είναι διαφορετικός σε κάθε κόκκο.

28 ΣΧΗΜΑ 5 Όρια μεταξύ δύο κόκκων κυβικού πλέγματος με γωνία α μεταξύ προσανατολισμών τοποθέτησης των δομικών μονάδων. 28

29 ΣΧΗΜΑ 6 Τα άτομα κοντά στα όρια των κόκκων δεν έχουν κανονική τοποθέτηση

30 Το Σχήμα 6 δίνει σχηματικά τρεις γειτονικούς κόκκους
Το Σχήμα 6 δίνει σχηματικά τρεις γειτονικούς κόκκους. Το κρυσταλλικό πλέγμα σε κάθε κόκκο είναι το ίδιο, αλλά τα πλέγματα έχουν διαφορετικό προσανατολισμό. Τα όρια των κόκκων είναι οι διεπιφάνειες στα πολυκρυσταλλικά υλικά που διαχωρίζουν τους επί μέρους κόκκους διαφορετικών προσανατολισμών και αποτελούν στενές ζώνες πλάτους δύο έως πέντε ατομικών διαμέτρων, στις οποίες τα άτομα των γειτονικών κόκκων δεν τοποθετούνται στο χώρο όπως προβλέπεται από το κρυσταλλικό πλέγμα και επομένως αποτελούν ατέλειες.

31 Οι δομές του πλέγματος των μετάλλων μπορούν να προσδιοριστούν χρησιμοποιώντας τεχνικές περίθλασης ακτινών Χ. Υπό την επίδραση υψηλών διατμητικών τάσεων, οι μεμονωμένες κρυσταλλικές περιοχές μπορούν να μετατοπιστούν η μια ως προς την άλλη σε ένα πάχος αρκετών ατομικών επιπέδων. Το εφαρμοζόμενο φορτίο έχει μία οριακή τιμή η οποία εάν ξεπεραστεί η παραμόρφωση αυτή είναι μόνιμη και λέγεται πλαστική, ενώ κάτω από αυτήν την τιμή η παραμόρφωση είναι προσωρινή και λέγεται ελαστική.

32 ΕΛΑΣΤΙΚΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ

33 ΠΛΑΣΤΙΚΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ

34 Τα κρυσταλλογραφικά επίπεδα απεικόνισης και οι διευθύνσεις όπου εμφανίζεται ολίσθηση ονομάζονται επίπεδα ολίσθησης ή διευθύνσεις ολίσθησης, αντίστοιχα, και τα δύο ονομάζονται συστήματα ολίσθησης. Γενικά, τα επίπεδα με την πιο κοντινή κατανομή των ατόμων (πυκνές διευθύνσεις – close packed directions) εξυπηρετούν ως επίπεδα ολίσθησης ή διευθύνσεις επειδή εδώ η οριακή τάση διάτμησης είναι η χαμηλότερη. Προαπαιτούμενα για την ολίσθηση υπό εφελκυσμό είναι ότι εκτός από την επαρκώς υψηλή τάση διάτμησης υπάρχουν επίπεδα ολίσθησης με γωνίες μικρότερες των 45° στην κατεύθυνση του εφελκυσμού.

35 Τα εδροκεντρωμένα κυβικά συστήματα έχουν ένα σύνολο από 12 συστήματα ολίσθησης
Έτσι τα μέταλλα που έχουν αυτή τη δομή διακρίνονται από μία καλή διαμορφωτική ικανότητα. Σε αντίθεση με αυτό, υπάρχουν μόνο τρία συστήματα ολίσθησης στο εξαγωγικό σύστημα, όπου τα βασικά επίπεδα μπορούν να παρατηρηθούν ως επίπεδα ολίσθησης.

36 Το χωροκεντρωμένο κυβικό σύστημα έχει 48 επίπεδα ολίσθησης αλλά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ισότιμα αποτελεσματικά, έτσι τα μέταλλα που έχουν αυτό το είδος δομής ταξινομούνται μεταξύ των άλλων δύο συστημάτων ως προς την παραμόρφωση. Η κοντινότερη πυκνή διεύθυνση σε αυτό το σύστημα είναι η διαγώνιος του κύβου αλλά διαφορετικά επίπεδα ολίσθησης είναι πιθανά.

37 ΑΤΕΛΕΙΕΣ ΣΤΗ ΔΟΜΗ Η εικόνα της κρυσταλλικής δομής που αναπτύχθηκε είναι ιδανική η οποία πολύ σπάνια συναντάται στα φυσικά σώματα, διότι σχεδόν πάντοτε υπάρχουν ατέλειες. Οι ατέλειες επηρεάζουν τις ιδιότητες των υλικών, όπως τη μηχανική αντοχή, τις ηλεκτρικές ιδιότητες κ.α.. Οι ατέλειες μπορούν να χωρισθούν σε σημειακές ατέλειες, γραμμικές ατέλειες και επιφανειακές ατέλειες.

38 ΣΗΜΕΙΑΚΕΣ ΑΤΕΛΕΙΕΣ Οι σημειακές ατέλειες αποτελούν τοπικές διακοπές στην κανονικότητα του πλέγματος. Αυτές οι ατέλειες μπορούν να δημιουργηθούν με μετακίνηση των ατόμων, όταν αυτά προσλαμβάνουν ενέργεια με θέρμανση κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας του υλικού, με εισαγωγή ξένων στοιχείων ή σκοπίμως με κραματοποίηση. Οι σημειακές ατέλειες υποδιαιρούνται σε ατέλειες κενής θέσης, ατέλειες ενδόθετης τοποθέτησης (παρεμβολής) ατέλειες αντικατάστασης. Η κενή θέση οφείλεται στην απουσία ενός ατόμου από την κανονική θέση του κρυσταλλικού πλέγματος και δημιουργείται κατά την αρχική κρυστάλλωση ή από τη θέρμανση σε υψηλές θερμοκρασίες ή με ακτινοβολία.

39 ΣΧΗΜΑ 5 Σχηματική παράσταση των σημειακών ατελειών (1) κενή θέση (2) ενδόθετη τοποθέτηση (3) αντικατάσταση (μεγάλο άτομο) (4) αντικατάσταση (μικρό άτομο)

40 ΓΡΑΜΜΙΚΕΣ ΑΤΕΛΕΙΕΣ Ή ΔΙΑΤΑΡΑΧΕΣ
Γραμμικές ατέλειες ή διαταραχές (dislocations) στα στερεά κρυσταλλικά σώματα είναι ατέλειες που προκαλούν παραμόρφωση του κρυσταλλικού πλέγματος, η οποία εντοπίζεται γύρω από μια γραμμή. Οι διαταραχές μπορεί να δημιουργηθούν κατά τη στερεοποίηση και κατά το μετασχηματισμό φάσεων. Μπορούν επίσης να προέλθουν από την εφαρμογή εξωτερικών δυνάμεων και από την προσθήκη στοιχείων για τη δημιουργία κράματος. Οι σπουδαιότεροι τύποι διαταραχών είναι η διαταραχή ακμής και η κοχλιωτή διαταραχή.

41 ΣΧΗΜΑ 6 Σχηματική παράσταση τμήματος του κρυσταλλικού πλέγματος που περιέχει μια διαταραχή ακμής, η οποία σημειώνεται ως . Το διάνυσμα Burgers b έχει μήκος ίσο με την απόσταση μεταξύ του τελευταίου ατόμου και του ατόμου εκκίνησης.

42 Σχήμα 7. Τύποι γραμμικών και επίπεδων ατελειών (διεπιφάνειες).
5- γραμμική ατέλεια που έχει δημιουργηθεί από μία σειρά κενή κάθετα στο επίπεδο του σχήματος, 6- γραμμική ατέλεια που έχει δημιουργηθεί από την προσθήκη μίας σειράς ενδιαμέσων ατόμων κάθετα στο επίπεδο του σχηματος, 7,8- Επίπεδες ατέλειες στο κρυσταλλικό πλέγμα που έχουν δημιουργηθεί από διάκενα λόγω διαφορετικής κλίσης στον προσανατολισμό δύο κρυστάλλων.

43 Σχήμα 8.Τυποι επίπεδων ατελειών.
10 - επίπεδη ατέλεια που έχει δημιουργηθεί από μία συσσώρευση ξένων ατόμων αντικατάστασης, 11- επίπεδη ατέλεια που έχει δημιουργηθεί από τον ανομοιόμορφο διάταξη των ατόμων λόγω διαφορετικού προσανατολισμού δύο κρύσταλλων, 12- Επίπεδη ατέλεια στο κρυσταλλικό πλέγμα από συσσώρευση κενών σε ένα επίπεδο.

44 ΔΙΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΕΣ ΑΤΕΛΕΙΕΣ
Οι διεπιφανειακές ατέλειες είναι οι διεπιφάνειες που διαχωρίζουν ένα υλικό σε περιοχές που κάθε μια έχει την ίδια κρυσταλλική δομή (ίδιο κρυσταλλικό πλέγμα), αλλά διαφορετικό προσανατολισμό ή σε περιοχές με διαφορετικές κρυσταλλικές δομές. Οι ατέλειες αυτές περιλαμβάνουν τα όρια των κόκκων, τα σφάλματα στοιβάγματος, τις επιφάνειες διδυμιών και τα όρια φάσεων.

45 ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΡΑΧΩΝ Η ύπαρξη των γραμμικών και επίπεδων ατελειών του κρυσταλλικού πλέγματος καθορίζει πολλές ιδιότητες των υλικών ή επιτρέπει την πραγματοποίηση διαφόρων διεργασιών που είναι σημαντικές για την τεχνολογία των υλικών. Κάθε διαταραχή του πλέγματος οδηγεί σε πολύ περισσότερο ή λιγότερο έντονες παραμορφώσεις πλέγματος, με συνέπεια τη στερεοποίηση του υλικού. Οι διαταραχές είναι επίσης σημαντικές για την πλαστική παραμόρφωση των κρυσταλλικών υλικών.

46 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΦΑΣΕΩΝ Φάση είναι ένα χημικά και δομικά ομογενές τμήμα της μικροδομής. Μια απλή φάση της μικροδομής μπορεί να είναι πολυκρυσταλλική, αλλά κάθε κρυσταλλικός κόκκος διαφέρει μόνο στον προσανατολισμό και όχι στη χημική σύσταση ή τη δομή. Η φάση δεν πρέπει να συγχέεται με το συστατικό που είναι ένα συγκεκριμένο χημικό στοιχείο ή χημική ένωση από το οποίο δημιουργείται η φάση.

47 ΟΠΤΙΚΗ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ Η οπτική μικροσκοπία είναι σημαντική τεχνική παρατήρησης της δομής των υλικών και βασική μέθοδος της μεταλλογραφίας. Η πηγή ακτινοβολίας που χρησιμοποιείται είναι συνήθως λευκό φως και η διακριτική ικανότητα είναι περίπου 2500Å (μεγεθυντική ικανότητα 2000x).

48 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ
Στην περίπτωση των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων διερχόμενης δέσμης Transmission Electron Microscopy (TEM) η δέσμη ηλεκτρονίων διαπερνά το εξεταζόμενο δοκίμιο, το οποίο πρέπει να είναι πάρα πολύ μικρού πάχους ούτως ώστε τα εισερχόμενα στο υλικό ηλεκτρόνια να μπορούν να το διαπερνούν.

49 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ Fe-C Ο σίδηρος (Fe) είναι αλλοτροπικό στοιχείο, με σημείο τήξης (σ.τ) 1539ο C. Ανάλογα με τη θερμοκρασία παρουσιάζεται με τις εξής μορφές: • Μέχρι τη θερμοκρασία των 910ο C: Χαρακτηρίζεται ως Fe-α και κρυσταλλώνεται στο σύστημα bcc. • Στην θερμοκρασιακή περιοχή (910ο, 1400ο): Χαρακτηρίζεται ως Fe-γ και κρυσταλλώνεται στο σύστημα fcc. • Στην θερμοκρασιακή περιοχή (1400ο, 1539ο): Χαρακτηρίζεται ως Fe-δ και κρυσταλλώνεται στο σύστημα bcc.

50

51

52 ΦΑΣΕΙΣ Fe-C 1. Υγρή φάση (L) Yγρό διάλυμα C στον Fe.
2. δ-φάση (δ-φερρίτης) Κρυσταλλικό σύστημα: bcc. Σταθερή φάση στη θερμοκρασιακή περιοχή οC. 3. γ-φάση (ωστενίτης) Κρυσταλλικό σύστημα: fcc. Mαλακό και όλκιμο υλικό. 4. α-φάση (φερρίτης) Κρυσταλλικό σύστημα: bcc. Σταθερή φάση στη θερμοκρασιακή περιοχή 0-911οC. Μαλακό υλικό, χαμηλής αντοχής και πολύ όλκιμο 5. Σεμεντίτης (Fe3C) Mεταλλική ένωση C – Fe Κρυσταλλικό πλέγμα: ορθορομβικό. Έχει μεταλλικές ιδιότητες, είναι πολύ σκληρός και εύθραυστος (χαμηλή αντοχή σε εφελκυσμό αλλά υψηλή αντοχή σε θλίψη).

53 ΦΑΣΕΙΣ Fe-C 6. Γραφίτης (C) Μαλακή φάση, αλλοτροπική μορφή του C.
Κρυσταλλικό πλέγμα: εξαγωνικό. Μορφές: Ανάλογα με την ταχύτητα απόψυξης και τα στοιχεία προσθήκης συναντάται υπό τη μορφή φυλλιδίων, ροζετών και σφαιριδίων. 7. Περλίτης (P) Μίγμα φερρίτη και σεμεντίτη (α+ Fe3C) Αρκετά Σκληρό υλικό 8. Μαρτενσίτης (ά) Αποτέλεσμα της πολύ ταχείας βαφής σε χαμηλές θερμοκρασίες. Πολύ σκληρό υλικό 9. Μπαινίτης (β) Αποτέλεσμα της ταχείας ψύξης σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Μίγμα πλακιδίων φερρίτη και σεμεντίτη. Σκληρό υλικό

54 Μικροδομή φάσεων χάλυβα

55 Κράματα σιδήρου άνθρακα ( Fe+ 0,05-2% C)
ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ 1.ΧΑΛΥΒΕΣ α. Ανθρακοχάλυβες Κράματα σιδήρου άνθρακα ( Fe+ 0,05-2% C) Οι περισσότεροι χάλυβες κατασκευών περιέχουν άνθρακα από 0,1-0,6% και είναι το κύριο υλικό κατασκευών σε ποσοστό άνω του 80% λόγω : καλή μηχανική αντοχή καλή κατεργασιμότητα (ελάσματα, σωλήνες, σύρματα, β. Κραματωμένοι χάλυβες Κράματα σιδήρου άνθρακα με προσμίξεις σε διάφορα μέταλλα και αμέταλλα, Κύριες προσμίξεις Cr, Ni, Mo, V, Ti, Co 2.ΧΥΤΟΣΙΔΗΡΟΙ Κράματα σιδήρου άνθρακα ( Fe+ 2-6% C) Πολύ σκληρό υλικό με εφαρμογές όπου απαιτείται σκληρότητα, στιβαρότητα, αντοχή σε θερμικά πλήγματα και χαμηλό κόστος

56 Mπρούντζος αλουμινίου Cu-Al Κράματα Νικελίου (Ni)
3. ΜΗ ΣΙΔΗΡΟΥΧΑ ΚΡΑΜΑΤΑ Κράματα Χαλκού (Cu) Μπρούντζος Cu-Sn, Oρείχαλκος Cu- Zn Mπρούντζος αλουμινίου Cu-Al Κράματα Νικελίου (Ni) Κυρίως κράματα Ni-Fe για εφαρμογές σε ατμοστροβίλους Κράματα Αλουμινίου (Αl) Πολλές εφαρμογές λόγω ελαφρού βάρους και αντοχής σε οξείδωση/διάβρωση Κράματα Al-11,8%Si χυτοί κινητήρες αυτοκινήτων

57 Κράματα Τιτανίου (Τi) Πολύ ελαφρά κράματα Ti-Al με εφαρμογές στην αεροπορική βιομηχανία λόγω μηχανικών ιδιοτήτων που διατηρούντα μέχρι υψηλές θερμοκρασίες, ελαφρού βάρους και superplactic ιδιότητες σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες που επιτρέπουν την κατασκευή μεγάλων κομματιών (πχ. πτερύγια αεροσκάφους) με μια κατεργασία διαμόρφωσης αποφεύγοντας έτσι την σύνδεση πολλών μικρών κομματιών

58 4. ΚΕΡΑΜΕΥΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Κυρίως καρβίδια Τιτανίου, Μολυβδαινίου και Τανταλίου υπό μορφή λεπτής σκόνης σε μήτρα από ρινίσματα Co ή Fe τα οποία μετά από ανάμιξη υφίστανται πυροσυσσωμάτωση. Το τελικό προϊόν υπό μορφή πλακιδίου χρησιμοποιείται ως κοπτικό εργαλείο για κοπές σε υψηλές ταχύτητες σκληρών υλικών κυρίως με εργαλειομηχανές CNC. Μια άλλη εφαρμογή είναι τα «τακάκια» των φρένων αυτοκινήτων

59 5. ΠΟΛΥΜΕΡΗ-ΠΛΑΣΤΙΚΑ Με πολλές εφαρμογές αλλά ελάχιστες σε μηχανολογικές κατασκευές. 6. ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Η τελευταία εξέλιξη στην τεχνολογία υλικών. Παρουσιάστηκαν προ ετών με τα ανθρακονήματα όπου μικροσκοπικές ίνες γραφίτη κατάλληλα διεσπαρμένες σε μήτρα από γυαλί δίδουν μηχανική αντοχή στο υλικό ώστε αυτό να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μηχανολογικές εφαρμογές. Τελευταία έχουν αναπτυχθεί τα νανο-υλικά με πολλές εφαρμογές όπως στην ιατρική και την αεροπορική βιομηχανία (πλέον ολόκληρο το αεροσκάφος μπορεί να κατασκευαστεί από νάνο υλικά, πλαστικά με κάποια διασπορά νάνο υλικού).