Metalurgia

Optymalizacja właściwości użytkowych materiałów wymaga przede wszystkim znajomości wzajemnych zależności ilościowych w relacji: mikrostruktura materiału ujęta w syntetycznych kategoriach stereologicznych, a jego właściwości. W celu programowanego kształtowania mikrostruktury w wyniku stosowania różnego rodzaju procesów wytwarzania, niezbędne jest dokonywanie kompleksowego opisu tej mikrostruktury. Z drugiej strony, w celu uzyskania materiałów o określonych optymalnych właściwościach użytkowych konieczne jest również sporządzanie możliwie pełnych charakterystyk użytkowych w zależności od przeznaczenia badanych materiałów. Niniejsza praca, poprzez przedstawione metodyki badawcze w zakresie charakterystyk mechanicznych, korozyjnych i strukturalnych, a także w oparciu o metody metalografii ilościowej z wykorzystaniem metody kombinatorycznej opartej o teorię kwantów fazowych , stanowi syntetyczne ujęcie zagadnienia strukturalnych uwarunkowań wybranych właściwości użytkowych niektórych stopów żelaza. Przedmiotem badań były: żeliwo o osnowie perlitycznej i zróżnicowanej postaci grafitu, stale niestopowe zwykłej jakości o zróżnicowanej zawartości węgla, stal niestopowa C45E o różnej dyspersji perlitu, stal łożyskowa (100Cr6) o różnej dyspersji węglików oraz stal narzędziowa X210Cr12, po obróbce plastycznej, o zróżnicowanej pasmowości. Podstawowe cele pracy zostały osiągnięte poprzez sformułowanie określonych istotnych zależności ilościowych między syntetycznym parametrem stereologicznym mikrostruktury w przypadku żeliwa, jednolitym syntetycznym parametrem stereologicznym  dla stali o różnej zawartości węgla (C10E, C15E, C25E, C45E oraz C55E) i różnej dyspersji perlitu (C45E), a także różnej dyspersji węglików (100Cr6) a szeregiem charakterystyk mechanicznych i korozyjnych. Opracowane syntetyczne parametry stereologiczne jednoznacznie identyfikują te mikrostruktury pod względem zawartości i morfologii, występujących w nich, poszczególnych faz/składników. Wyznaczono również graniczny rozmiar węglików w stali narzędziowej po obróbce plastycznej (X210Cr12) istotnie zmieniający jej podstawowe charakterystyki mechaniczne. Z naukowego punktu widzenia praca stanowi kompleksowe opracowanie zawierające elementy poznawcze uwidocznione w nowym syntetycznym podejściu do analiz mikrostrukturalnych metodami metalografii ilościowej, połączonym z interpretacją fenomenologii niektórych zjawisk mechanicznych i korozyjnych, jakie zachodzą w przebadanych materiałach w zależności od ich mikrostruktury. Ponadto, w oparciu o dane materiałowe zawarte w niniejszej pracy można prognozować optymalne rozwiązania technologiczne ze względu na wybrane właściwości użytkowe uzyskiwane między innymi przez programowane kształtowanie mikrostruktury, a zatem można realizować również cele utylitarne.

Celem książki jest w miarę wszechstronny przegląd podstawowych technik wytwarzania funkcjonalnych materiałów gradientowych. Specjalną uwagę poświęcono metodom ilościowego oszacowania głównych parametrów struktury i właściwości tych materiałów. Zamieszczono zwięzły opis doświadczalnych metod i analizy rodzaju wytwarzanych struktur. Aby ułatwić czytelnikowi percepcję zawartości poświęconej modelowaniu matematycznemu struktur gradientowych, typowych dla metalowych materiałów kompozytowych, stosowne opisy zamieszczono w załącznikach w postaci oddzielnych bloków tematycznych. Opis ruchu cząsteczek w cieczy w polu grawitacyjnym i odśrodkowym poddano analizie odpowiednio w aneksie AiB. Podstawowe równania, opisujące zachowanie się cząstek w przypadku poddania ich wpływowi siły Lorentza w przypadku jej wykorzystania do kreacji funkcjonalnej struktury gradientowej umieszczono w aneksie C. Kompleksowy model zjawisk fizycznych, występujących w praktyce wytwarzania gazarów Czytelnik może znaleźć w aneksie D. Publikacja powstała w ramach realizacji projektu badawczego zamawianego PBZ/KBN/114/T08/2004 ,,Nowoczesne tworzywa i procesy technologiczne w odlewnictwie".

Publikacja przedstawia atlas struktur metalowych materiałów kompozytowych o osnowie metali nieżelaznych, w znakomitej większości wytworzonych i badanych w przeciągu ostatniej dekady przez zespół autorów niniejszej pracy, zarówno w kraju - Instytucie Odlewnictwa w Krakowie i Instytucie Transportu Samochodowego w Warszawie, jak i za granicą, zwłaszcza w Centrum Kompozytowym Uniwersytetu Stanu Wisconsin w Milwaukee, USA. w porównaniu z materiałem monolitycznym (metalem, stopem), struktura materiału heterogenicznego, w szczególności materiału kompozytowego, wzbogaca się i komplikuje obecnością drugiego - obok osnowy - komponentu: fazy zbrojącej. Stopień złożoności oceny takich obrazów strukturalnych wzrasta, co może wywołać utratę wymaganego stopnia adekwatności relacji pomiędzy składem chemicznym osnowy, rodzajem oraz udziałem zbrojenia, parametrami technologicznymi procesu syntezy kompozytu, jego właściwościami i strukturą. Stąd tak ważna jest odpowiednio wiarygodna wysoka podaż informacji z zakresu struktur badanych materiałów w powiązaniu z początkowymi atrybutami ich kreacji oraz szczegółowym określeniem warunków ich wytworzenia. Atlas zawiera struktury metalowych materiałów kompozytowych na bazie aluminium, miedzi, cynku, ołowiu i częściowo niklu oraz magnezu, wytworzone głównie w warunkach krajowych. Kompozyty były zbrojone cząsteczkami (popiołu lotnego, grafitu, węglika krzemu, tlenku glinu), włóknem krótkim (na bazie tlenku glinu i filcem węglowym) i węglowym włóknem długim. Przedstawiono również obrazy strukturalne gazarów (nowej grupy kompozytów z gazową fazą zbrojącą) oraz po raz pierwszy w kraju otrzymanych nano-kompozytów aluminiowych. Analizę specyfiki strukturalnej każdego rodzaju kompozytu uzupełniono opisem typu komponentów, sposobu wytworzenia oraz właściwości użytkowych, zarówno potwierdzonych eksperymentalnie jak i potencjalnych. Szczegółowo opisano typowe wady strukturalne odlewanych kompozytów metalowych.