w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

ODKSZTAŁCENIE PLASTYCZNE METALI NA ZIMNO.
Mechanizmami odkształcenia plastycznego na zimno są poślizg i
bliźniakowanie.
Poślizg – polega na wzajemnym przemieszczaniu się jednej części
kryształu względem drugiej w płaszczyznach poślizgu w wyniku
ruchu dyslokacji w kierunku poślizgu. Budowa krystaliczna obu
części kryształu pozostaje niezmieniona. Przemieszczanie się
dyslokacji podczas poślizgu odbywa się w określonych systemach
poślizgu tzn. w płaszczyznach i kierunkach poślizgu.
Płaszczyznami i kierunkami poślizg są najczęściej płaszczyzny
sieciowe i kierunki o najgęstszym ułożeniu atomów.
Bliźniakowanie – polega na jednorodnym ścinaniu o wektor
bliźniakowania kolejnych warstw atomów w płaszczyznach
bliźniakowania. Zbliźniaczona część kryształu ulega skręceniu
względem części niodkształconej w taki sposób, że ich struktury
krystaliczne stanowi ą odbicie lustrzane.
ODKSZTAŁCENIE PLASTYCZNE METALI NA GORĄCO.
Pełzanie dyslokacyjne – w procesie tym w ślad za odkształceniem
plastycznym na gorąco przebiegają dynamiczne procesy
aktywowane cieplnie, usuwające częściowo lub niemal całkowicie
skutki umocnienia zgniotowego, a mianowicie:
- zdrowienie dynamiczne, które stanowią poślizg poprzeczny i
wspinanie dyslokacji.
- rekrystalizacja dynamiczna, która zachodzi w czasie samego
odkształcenia( mechanizmy podobne jak z rekrystalizacji
statycznej). Rekrystalizacja dynamiczna może być okresowa lub
ciągła.
A1 – ściennie (płasko) centrowana układu regularnego.
Elementarną komórkę tej sieci w kształcie sześcianu tworzy 14
rdzeni atomowych (8 w narożach i 6 w geometrycznym środku
ś

cian bocznych) Jest to jedna z najbardziej zagęszczonych

rdzeniami atomowymi sieci:
-liczba koordynacyjna – 12
- liczba rdzeni na jedną komórkę sieciową – 4
- 4 płaszczyzny o najgęstszym ułożeniu atomów
- 3 kierunki o najgęstszym ułożeniu atomów.
- Przykłady: Ag, Au, Cu, Al,...
- Sekwencja płaszczyzn ABCABC...
A2 – regularnie, przestrzennie centrowana. Elementarna komórka
tej sieci składa się z 9 rdzeni atomowych (8 w narożach i 1 w
geometrycznym środku). Ma mniejszą gęstość wypełnienia
rdzeniami atomowymi niż A1
- liczba koordynacyjna – 8
- płaszczyzny o najgęstszym ułożeniu atomów – 12
- liczba rdzeni na jedna komórkę sieciową – 2
- Przykłady: Cr, Nb, Ta, W,...
- Sekwencja płaszczyzn ABAB...
A3 – heksagonalna zwarta o gęstym ułożeniu atomów. Na
elementarną komórkę składa się 17 rdzeni atomowych (12 w
narożach, 2 w środku geometrycznym podstaw, 3 symetrycznie
wewnątrz komórki)
- 3 kierunki o najgęstszym ułożeniu atomów
- liczba koordynacyjna – 12
- liczba rdzeni na jedną komórkę sieci – 2
- Przykłady: Zn, Cd, Mg, Ti, Be,...
- Sekwencja płaszczyzn ABCABC...
DEFEKTY PUNKTOWE
Do nich należą wakanse, tj. wolne węzły w sieci krystal., oraz
atomy międzywęzłowe, które zajęły pozycje w lukach opuszczając
węzły sieci na skutek drgań cieplnych. Obecność zarówno
wakansów, jak i atomów międzywęzł., powoduje wokół nich
lokalne odkształcenie sieci przestrz. kryształu, zwane odpowiednio
kontrakcją lub ekspansją.
Wyróżnia się tu dwa mechanizmy:
-- defekt Schottky’ego – polega na przemieszczaniu się atomu w
miejsce sąsiadującego wakansu w wyniku czego powstaje wakans
w innym miejscu sieci.
-- defekt Frenkla – polega na przemieszczeniu się rdzenia
atomowego z pozycji węzłowej do przestrzeni międzywęzłowej.
Wzrost gęstości defektów powoduje wzrost oporności, wzrost
twardości i obniżenie plastyczności.
DEFEKTY LINIOWE (DYSLOKACJE)
-- krawędziowa – stanowi krawędź półpłaszczyzny sieciowej
umieszczonej między nieco rozsuniętymi płaszczyznami
sieciowymi kryształu o budowie prawidłowej. W zależności od
położenia dodatkowej półpłaszczyzny dyslokacje mogą być
dodatnie (

⊥

) lub ujemne (T). Dodatnie jeśli półpłaszczyzna

znajduje się nad płaszczyzną poślizgu, ujemne – odwrotnie.
Wielkością charakterystyczną dla dyslokacji jest wielkość
zaburzenia sieci krystalicznej jakie ona wywołuje, a dokładniej
energia związana z tym zaburzeniem. Jako miarę tego zaburzenia
przyjęto wektor Burgersa. Dyslokacja krawędziowa ma wektor
prostopadły do swej linii.
-- śrubowa – defekt liniowy struktury krystalicznej spowodowany
przemieszczeniem części kryształu wokół osi, zwanej linią
dyslokacji śrubowej. Wektor Burgersa dyslokacji śrubowej jest
skierowany równolegle do jej lini. Dyslokacje śrubowe występują
wtedy, gdy na materiał działają naprężenia tnące skierowane
przeciwnie. Dyslokacje śrubowe mogą być prawo- lub lewoskrętne.
-- mieszana – dyslokacja o dowolnej orientacji wektora Burgersa
względem linii dyslokacji (nierównoległy i nie-prostopadły)
Specjalne metody obróbki cieplno – chemicznej.
DO METOD TYCH ZALICZAMY:
a) CVD – metoda ta polega na tworzeniu warstwy węglików i
azotków metali ze składników atmosfery gazowej, na powierzchni
obrabianego przedmiotu. Składniki atmosfery mogą być
aktywowane cieplnie lub plazmą.
W procesie tworzenia warstwy biorą udział składniki podłoża.
Wytwarzanie warstw metoda CVD następuje w szczelnym
reaktorze w wyniku niejednorodnych, katalizowanych fizycznie i
chemicznie reakcji na powierzchni stali w temp ok. 1000 i przy
ciśnieniu 1*105-1,35*103 Pa.
b) PVD – metoda ta polega na osadzaniu się warstwy z fazy
gazowej z udziałem reakcji fizycznych. Metody PVD wykorzystują
zjawiska fizyczne. W metodzie PVD warstwa powstaje z plazmy.
Pary metali i związków osadzane są w specjalnym urządzeniu na
zimnym, lub podgrzanym do temp 200-500 podłożu, co pozwala na
pokrywanie podłoża zahartowanego i odpuszczonego bez
niebezpieczeństwa spadku twardości. Prowadzi to do wytwarzania
warstw bardzo cienkich i adhezyjnie związanych z podłożem.
Zastosowanie:
- pokrywanie narzędzi ze stali wysokostopowych
- pokrywanie precyzyjnych części maszyn
Ochrona Metali Przed Korozją
1--dobór odpowiedniego materiału do warunków środowiska
agresywnego.
2- zastosowanie inhibitorów (opóźniaczy) korozji. Inhibitory
tworzą zwykle na powierzchni metalu warstewki ochronne
hamujące szybkość korozji. Dla korozji w środowisku alkalicznym
jako inhibitory korozji stosowane są sole cyny, arsenu, niklu i
magnezu, zaś w środowisku kwaśnym: krochmal, klej lub białko.
3-Ochrona katodowa polega na połączeniu chronionej konstrukcji
z metalem mniej szlachetnym, tworzącym anodę (protektor)
ogniwa, natomiast katodą jest obiekt chroniony.
Połączenie takiej anody z konstrukcją chronioną wykonuje się
przez bezpośredni styk ( tzw. powłoki anodowe) lub za pomocą
przewodnika. Za pomocą protektorów chroni się przed korozją
duże obiekty stalowe, takie jak kadłuby statków, rurociągi i
podziemne zbiorniki. Protektorami są blachy lub sztaby wykonane
z metali aktywnych jak: cynk, magnez lub glin, W utworzonym w
ten sposób ogniwie anodą jest protektor, który ulega korozji. Po
zużyciu protektory wymienia się na nowe.

4-Ochrona przed korozją za pomocą powłok ochronnych
-- powłoki organiczne: farby, lakiery, tworzywa sztuczne, smoła i
smary.
-- powłoki nieorganiczne: metalowe i niemetalowe(utlenianie,
fosforanowanie, chromianowanie)
KRYSTALIZACJA --Krystalizacją nazywamy powstawanie
kryształów podczas przechłodzenia substancji ze stanu
termodynamicznie mniej trwałego w stan bardziej trwały. W
wypadku substancji czystych kryształy mogą powstawać z
przechłodzonej pary lub z cieczy, a w stanie stałym – z nietrwałych
odmian alotropowych.
W substancjach złożonych jakimi są stopy, nowe kryształy mogą
powstawać także z przesyconych roztworów stałych.
W substancjach czystych zmiany te zachodzą skokowo, w stałej
temperaturze, a w stopach – w zakresie temperatur.
Do rozpoczęcia krzepnięcia jest konieczne przechłodzenie
niezbędne do wystąpienia różnicy energii swobodnych i im jest ono
większe, tym większe jest prawdopodobieństwo rozpoczęcia się tej
przemiany.
REKRYSTALIZACJA -- zachodzi przez zarodkowanie oraz
wzrost ziarn. Do zainicjowania rekrystalizacji podczas wyżarzania
metali uprzednio odkształconych plastycznie na zimno niezbędny
jest pewien minimalny stopień odkształcenia zwany gniotem
krytycznym.
ZARODKOWANIE --Rozróżniamy zarodkowanie jednorodne
(homogeniczne) i niejednorodne (heterogeniczne).
Zarodkowanie homogeniczne występuje, kiedy
prawdopodobieństwo utworzenia zarodka jest jednakowe w
dowolnym miejscu układu. Występuje tylko i wyłącznie w bardzo
czystych metalach.
Zarodkowanie heterogeniczne występuje, kiedy funkcję zarodków
przejmują obce cząstki faz stałych, nie rozpuszczone w ciekłym
metalu. Występuje w stopach różnych pierwiastków.
PRZEMIANY ALOTROPOWE
W niektórych metalach, już po skrzepnięciu, a więc w stanie stałym
zachodzą dalsze przemiany. Są to przemiany alotropowe, a ich
istotą jest zmana sposobu rozmieszczenia atomów w przestrzeni.
Przemiany alotropowe są spotykane w metalach, a w niektórych z
nich między temperaturą krzepnięcia a temperaturą otoczenia jest
ich kilka. Odmiany alotropowe różnią się między sobą typami sieci
krystalicznych. Zmiana sieci krystalicznej pociąga za sobą
całkowitą zmianę własności chemicznych, fizycznych i
mechanicznych.
PRZEMIANY MAGNETYCZNE
-- nie wywołuje zmiany innych włsności fizycznych poza
własnościami elektrycznymi, magnetycznymi i cieplnymi,
-- nie pociąga za sobą przekrystalizowania, tj. tworzenia się
nowych ziarn wskutek zmiany sieci krystalicznej,
-- przebiega bez histerezy, zawsze w tej samej temp-rze,
niezależnie od szybkości chłodzenia lub grzania.
MARTENZYTYCZNA – jest to przemiana bez dyfuzyjna,
zachodzi przy dużym przechłodzeniu austenitu do temperatury Ms
początku tej przemiany przy chłodzeniu z szybkością większą od
krytycznej Vk . Przemiana ta zachodzi pod warunkiem ciągłego
obniżania temperatury od Ms do Mf . Przemiana ta rozpoczyna się
od utworzenia tzw. embrionu. W wyniku tej przemiany powstaje
martenzyt czyli przesycony roztwór węgla z żelazie α. Martenzyt
dzielimy na listwowy i płytkowy. Przemiana martenzytyczna może
przebiegać termicznie, wybuchowo lub izotermicznie.
BAINITYCZNA – przemiana ta łączy w sobie cechy przemiany
bez dyfuzyjnej i dyfuzyjnego przemieszczania węgla. Zachodzi
prze przechłodzeniu austenitu do temperatury z zakresu 450-200°C.
Zarodkowanie bainityczne rozpoczyna dyfuzyjne przemieszczanie
węgla do granic ziarn i dyslokacji. Zarodkami przemiany są
miejsca ubogie w węgiel. Zainicjowanie przemiany wymaga
pewnego czasu inkubacji. W wyniku przemiany powstaje bainit
czyli mieszanina ferrytu przesyconego węglem i dyspersyjnych
węglików. Rozróżniamy bainit górny i dolny.
PERLITYCZNA – jest to przemiana dyfuzyjna. Zachodzi przy
schłodzeniu austenitu nieznacznie poniżej temperatury Ar1 .Jest to
przemiana dyfuzyjna związana z przegrupowaniem atomów węgla i
zachodząca przez zarodkowanie i wzrost zarodków. W wyniku tej
przemiany powstaje perlit czyli mieszanina eutektoidalna płytek
ferrytu i cementytu.
WYŻARZANIE -- Wyżarzanie to operacja zwykłej obróbki
cieplnej polegająca na nagrzaniu stali do określonej temperatury,
wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu w celu uzyskania struktur
zbliżonych do stanu równowagi.
Typy wyżarzania: ujednorodniające, rekrystalizujące, odprężające,
normalizujące, zupełne, izotermiczne, sferoidyzujące (zmiękczanie)
ODPUSZCZANIE --Odpuszczanie polega na nagrzaniu stali
zahartowanej do temperatury niższej od A

c1

, wygrzaniu w tej

temperaturze i ochłodzeniu do temperatury pokojowej. W
zależności od temperatury odpuszczanie może być: niskie, średnie,
wysokie. typy Typy odpuszczania: niskie, średnie, wysokie.
HARTOWANIE POWIERZCHNIOWE
Hartowanie powierzchniowe polega na szybkim nagrzaniu warstwy
wierzchniej przedmiotu do temperatury hartowania i następnie
szybkim chłodzeniu. Hartowanie powierzchniowe umożliwia
ograniczenie nagrzewania do cienkiej warstwy powierzchniowej i
to jedynie w miejscach, które powinny być obrobione cieplnie.
Nie wywołuje więc dużych naprężeń i odkształceń cieplnych.
W zależności od sposobu nagrzewania można wyróżnić następujące
rodzaje hartowania powierzchniowego:
indukcyjne, płomieniowe, kąpielowe, kontaktowe, elektrolityczne.
OBRÓBKA CIEPLNO-CHEMICZNA STALI
Obróbka cieplno-chemiczna jest dziedziną obróbki cieplnej
obejmującą zespół operacji i zabiegów umożliwiających zmianę
składu chemicznego i struktury warstwy powierzchniowej stopu w
wyniku zmian temperatury i chemicznego oddziaływania ośrodka.
Polega na zamierzonej dyfuzyjnej zmianie składu chemicznego
warstwy powierzchniowej elementów metalowych w celu
uzyskania odpowiednich ich własności użytkowych.
Celem obróbki cieplno-chem. jest wytworzenie warstw
powierzchniowych o zwiększonej odporności na ścieranie i zużycie
trybologiczne, o zwiększonej odporności korozyjnej i erozyjnej,
zwiększenie odporności elementów na zmęczenie lub poprawa
niektórych własności fizycznych powierzchni.
ADSORPCJA --polega na osadzaniu się wolnych atomów, z fazy
gazowej lub ciekłej, na granicy fazy stałej w postaci warstewki o
grubości jednego atomu. Przyczyną adsorpcji są siły przyciągania
atomów ośrodka gazowego lub ciekłego przez nienasycone rdzenie
atomów występujące na powierzchni metalu. Zjawisko to jest
nazywane adsorpcją fizyczną.
Adsorpcja chemiczna jest związana z tworzeniem warstewki fazy
międzymetalicznej złożonej z atomów metalu i ośrodka
adsorbowanego.
DYFUZJA -- jest aktywowanym cieplnie procesem zachodzącym
wskutek ruchu atomów w sieci przestrzennej metalu w kierunku
wyrównania stężenia składników. Warunkiem przebiegu dyfuzji
jest rozpuszczalność w stanie stałym pierwiastka nasycającego w
metalu osnowy. Procesy dyfuzji są zależne od temperatury, czasu i
gradientu stężenia dyfundujących pierwiastków. Od czynników
tych zależy zatem grubość i struktura warstw powierzchniowych
otrzymanych w wyniku obróbki cieplno-chemicznej.
NAWĘGLANIE -- Polega na nasycaniu warstwy powierzchniowej
stali w węgiel podczas wygrzewania obrabianego przedmiotu w
ciągu określonego czasu w ośrodku zawierającym węgiel atomowy.
Nawęglanie odbywa się w temp. 900-950. O grubości warstwy
nawęglonej (zwykle 0,5-2mm) decyduje czas nawęglania, który
dobiera się tak, aby skład fazowy warstwy powierzchniowej
odpowiadał strukturze stali eutektoidalnej.

W warstwie nawęglonej wyróżniamy kilka stref:
- nadeutektoidalna – o strukturze perlitu z cementytem
- eutektoidalna – o strukturze perlitycznej
- podetektoidalna – o strukturze perlityczno – ferrytycznej.
Obróbka cieplna po nawęglaniu:
Obróbka cieplna stali nawęglonej polega na hartowaniu z
temperatury właściwej dla rdzenia – wyższej od Ac3 – i ponownym
hartowaniu z temp właściwej dla warstwy nawęglonej – wyższej od
Ac1. Nowoczesne stale stopowe do nawęglania umożliwiają
stosowanie jednokrotnego hartowania elementów konstrukcyjnych
bezpośrednio z temp. nawęglania gazowego.
Przedmioty nawęglone i zahartowane poddaje się niskiemu
odpuszczaniu w temp 160-180 w czasie 1,5-2h.
Zastosowanie stali nawęglanych:
-- koła zębate

-- wałki rozrządów

-- sworznie tłokowe

-- sworznie kuliste

AZOTOWANIE
Polega na nasyceniu warstwy powierzchniowej stali azotem
podczas wygrzewania obrabianego przedmiotu przez określony
czas w ośrodku zawierającym wolne atomy azotu. Azotowanie
odbywa się w temp niższej od Ac1. Azotowanie powoduje
zwiększenie odporności stali na korozję i zmniejszenie jej
współczynnika tarcia.
Azotowanie może być:
- krótkookresowe – czas jego trwania wynosi od kilkunastu minut
do kilku godzin. Na powierzchni stali tworzy się dyfuzyjna
warstwa ferrytu przesyconego azotem z wydzieleniami azotków i
węglikoazotków.
- długookresowe – czas jego trwania wynosi kilkadziesiąt godzin.
W jego wyniku na powierzchni stali tworzy się ciągła strefa
azotków, a często węglikoazotków.

Obróbka cieplna azotowania:
Azotowanie jest ostatnią operacją w procesie technologicznym.
Azotowaniu poddaje się przedmioty zahartowane i odpuszczone
(najlepiej w temp wyższej od temp azotowania). W niektórych
przypadkach operacja azotowania może być połączona z operacją
odpuszczania. Ze względu na grubość warstwy azotowanej,
przedmiotów po azotowaniu nie poddaje się szlifowaniu.
Zastosowanie azotowania:
Azotowanie jest stosowane do elementów stali węglowych,
wysokostopowych, narzędziowych i konstrukcyjnych, narażonych
podczas pracy na zużycie ścierne, na korozję w środowisku
wodnym, lub wilgotnej atmosfery.
Stosowane jest do:
- wałów korbowych

- korbowodów

- matryc kuźniczych

- wierteł

- frezów

- wrzecion.

WĘGLOAZOTOWANIE – polega na jednoczesnym nasycaniu
powierzchni stali węglem i azotem w ośrodkach gazowych lub
ciekłych
*wysokotemperaturowe – 750-950oC
*niskotemperaturowe – 450-600oC
Elementy poddane węgloazotowaniu wysokotemp. Obrabia się
cieplnie w taki sam sposób jak przedmioty nawęglone.
PIERWIASTKI:
>> Si
-zwieksza-wytrzymałość, twardość, żarowytrzymałość,granice
plastycznośći,przenikliwosxc magnetyczna,, bardzo
zw.spręzystość,
zmniejsza- wydłużenie, udarność, krytyczna szybkość chł.,
węglikotórczość, podatność na obróbke plas, skrawalność,
podatność na tworzenie zgrzeliny, podat. Na azotowanie, muzą
odporność na zużycie,histereze, siłe koercji,stratność watową
>> Mn
-zwiększa- wytrzymałość, twardość, sprężystość, podat. Na
obróbke plastyczna,
zmniejsza-krytyczna szybkość chłodzenia, skrawalność,
zwiekszona odporność na zuzycie,wpływ niemal stały- wydłuzenie,
przewęzenie, udarność, żarowytrzymałość, węglikotwórczosc,
podat, na tworzenie zgorzeliny, azotowanie
>> Ni
-zwieksza- wytrzymałość,
twardość,gr.plastycznosci,żarowytrzymałość, bardzo, sile
koercji,pozostałość magnetyczna,
zmniejsza-skrawalnosc, podatność na tworzenie zgorzeliny, na
obróbkę plastyczna,bardzo-krytyczna szybkość chlodzenia,
odporność na zuzycie,wpływ stały-wydłuzenie, przewężenie,
udarnosc
>> Cr
-zwiększa-spręzystosc, żarowytrzymałość, odporność na zuzycie,
siłe koercji, bardzo- wytrzymałość, twardość,gr.plastycznosci,
węglikotworczosc, podatność na azotowanie, ,odporność na
korozje, pozostałość magnetyczna,
zmniejsza-wydłuzenie, przewęzenie, udarność, podatnmosc na
obróbkę plas, , bardzo-podat, na tworzenie zgorzeliny
>> Al.
-zwieksza-bardzo-podatnosc na azotowanie, siłe
koercji,pozostałość magnetyczna,
zmniejsza- przewęzenie, udarność, bardzo-podat, na obróbke
plastyczna, podat, na tworzenie zgorzeliny
>> W
-zwieksza- wytrzymałość, twardość, gr.plastyczxnosci, podatność
na azotowanie, bardzo- żarowytrzymałość, węglikotworczosc,
odporność na zużycie, siłe koercji, pozostałość magnetyczną,
zmniejsza-wydłuzenie, przewęzenie, ,bardzo-krytyczna szybkość
chłodzenia, , podatnmosc na obróbkę plas,skrawalnosc,,podatność
na tworzenie zgorzeliny, wpływ stały- udarność
>> V
-zwieksza- wytrzymałość, twardość,gr.plastycznosci, udarność,
sperezystosc, podatność na obróbke plastyczna, ,podat. Na
azotowanie, korozje,bardzo-zarowytrzymalosc, odporonosc na
zuzycie,węglikotworczosc,
zmniejsza- podatnosc na tworzenie zgorzeliny, bardzo-krytyczna
szybkość chłodzenia ,wpływ staly-wydłuzenie przewężenie,
>> Co
-zwieksza- wytrzymałość, twardość,gr.plastycznosci,bardzo-
zarowytrzymalosc, krytyczna szybkość chlodzenia, odporność na
zuzycie, wł.magnetyczne-siła koercji,pozostałości
magnetyczne,przenikliwość magnetyczna,
zmniejsza-wydłuzenie, przewężenie,udarność, podat.na obróbke
plastyczna,na tworzenie zgorzeliny,
>> Mo
- zwieksza- wytrzymałość, twardość, gr.plastycznosci,udarność,siłe
koercji, bardzo-zarowytrzymalosc, weglikotworczosc, podatność na
tworzenie zgorzeliny, azotowanie,
zmniejsza-wydłuzenie, skrawalność, podatność na obróbkę plas,
bardzo-krytyczna szybkość hclodzenia
>> Cu
-zwieksza- wytrzymałość, twardość,żarowytrzymałość, odporność
na korozje,bardzo-gr.plastycznosci,,
zmniejsza bardzo-podatnosc na obróbkę plastyczna
>> S
-zwieksza bardzo-skrawalnosc,
zmniejsza wydłuzenie, przewęzenie, udarność, odporność na
korozje, bardzo-podatnosc na obróbkę plastyczna
>> P
-zwieksza- wytrzymałość, twardość,gr.plastycznosci,bardzo-
skrawalnosc,
zmniejsza-przewezenie, wydłużenie, podatność na obróbkę
plastyczna,,bardzo udarnosc

Stale do nawęglania
Stale do nawęglania cechuje dobra skrawalność, odporność na
przegrzanie, mała skłonność do odkształceń podczas obróbki
cieplnej, hartowność dostosowana do przekroju, obciążeń i cech
geometrycznych wykonanych z nich elementów konstrukcyjnych
oraz wysokie własności wytrzymałościowe nawęglonej
powierzchni i duża ciągliwość rdzenia. Stale stopowe do
nawęglania charakterzują się małym stężeniem C, nie
przekraczającym 0,25% i zwykle dodatkiem 1–2% Cr.
Przykładowe stale: 15H, 16HG, 18HGM, 22HMN,
Stale do azotowania
Niektóre elementy konstrukcyjne, takie jak np. korbowody, wały
korbowe, koła zębate, tuleje, cylindry powinny się cechować b.
twardą i odporną na ścieranie warstwą wierzchnią w części
współpracującej z innymi elementami oraz rdzeniem o dużej
wytrzymałości przy możliwie dużej ciągliwości.
Własności takie zapewniają stale konstrukcyjne stopowe do
azotowania poddane ulepszaniu cieplnemu, a następnie azotowaniu.
Przykładowe stale: 38HMJ, 33H3MF, 25H3M.
Staliwo
Staliwem nazywamy stal w postaci lanej, nieobrobionej
plastycznie. Odlewy staliwne uzyskują ostateczny kształt po
skrzepnięciu w formach, przeważnie piaskowych i podlegać mogą
różnym operacjom technologicznym z wyjątkiem obróbki
plastycznej.
Własności mechaniczne i spawalność staliw są wyższe niż żeliw.
W porównaniu z żeliwami staliwa mają jednak gorszą lejność, są
wrażliwe na działanie karbu, posiadają skłonność do pęcherzy.
Wadą staliw jest także mały uzysk.
Składnikami strukturalnymi występującymi w staliwie węglowym
są ferryt i perlit.
Ż

eliwa

Ż

eliwami nazywamy stopy żelaza z węglem zawierające ponad 2%

węgla. Od tej zwartości węgla (2%) pojawia się w tych stopach nie
spotykany w stalach składnik mikrostruktury – ledeburyt, w
którego skład wchodzi cementyt. Węgiel w żeliwie może
występować zarówno w postaci wiązanej (cementyt) jak i wolnej
(grafit). W zależności od postaci w jakiej występuje węgiel
rozróżnia się żeliwa: szare, w których węgiel występuje w postaci
grafitu; białe, w których węgiel jest związany w cementycie,
połowiczne, w których występuje zarówno grafit, jak i cementyt
(powyżej 0,8% ogółu węgla w żeliwie).
Według Polskich Norm żeliwa dzielimy na:

•

szare – PN-92/H03101

•

sferoidalne (grafit w postaci kulek) – PN-92/H03123

•

ciągliwe (grafit kłaczkowy) – PN-92/H83221

•

stopowe – PN-92/H83144

Węglikostale spiekane należą do najdroższych tworzyw
narzędziowych. Do ich produkcji są stosowane głównie węgliki
tytanu TiC, niemal zupełnie nie ulegające rozpuszczaniu w osnowie
stalowej podczas obróbki cieplnej, której poddaje się narzędzia lub
inne elementy wykonane z tych materiałów.
Węglikostale spiekane są produkowane dwoma sposobami:
-- przez spiekanie porowatego szkieletu z proszku węglika tytanu i
następnie nasycanie szkieletu ciekłą stalą,
-- klasycznymi metodami metalurgii proszków przez mieszanie
proszków TiC i proszków odpowiedniej stali, prasowanie i
następnie spiekanie
Stale stopowe i ich obróbka cieplna
Stal stopowa to stal do której wprowadzono pierwiastki w celu
poprawienia jej własności. Dodatki stopowe wprowadzane są do
stali w celu:
-- spowodowania określonych zmian strukturalnych,
-- zwiększenia własności wytrzymałościowych i polepszenia
niektórych własności chemicz. lub fizycznych,
-- zwiększenia hartowności,
-- polepszenia efektywności i ułatwienia obróbki cieplnej.
Stale konstrukcyjne
Stale konstrukcjne stopowe są stosowane w budownictwie oraz w
budowie maszyn i urządzeń pracujących w zakresie temperatury od
ok. 25 do 300

°

C, w środowiskach o niewielkim działaniu

korozyjnym. Kryterium doboru stali stanowią najczęściej
podstawowe własności mechaniczne. Własności stali
konstrukcyjnych stopowych zależą od stężenia węgla i
pierwiastków stopowych. W celu uzyskania najkorzystniejszych
własności stale konstrukcyjne stopowe należy stosować w stanie
obrobionym cieplnie lub po innych procesach technologicznych
zapewniających wykorzystanie pozytywnego działania
pierwiastków stopowych.
Stale konstrukcyjne trudno rdzewiejące.
Są przeznaczone do stosowania w temp. otoczenia na elementy
konstrukcyjne(spawane, zgrzewane i nitowane) , od których
wymagana jest podwyższona odporność na korozję atmosferyczną
także w środowisku atmosfery przemysłowej. Zawierają do
0,16%C oraz dodatki 1,25%Cr i do 0,55 Cu. Do niektórych stali są
wprowadzane także w niewielkim stężeniu P, Al., Ni oraz
mikrododatki V, Nb lub Ti .
Stale stopowe konstrukcyjne i maszynowe do ulepszania
cieplnego.
Są stosowane na elementy konstrukcyjne i elementy maszyn
podlegające dużym obciążeniom mechanicznym jak np. wały, koła
zębate, sworznie, korbowody, śruby itp. Po hartowaniu i
odpuszczaniu mają strukturę martenzytu wysokoodpuszczonego.
Ś

rednie stężenie węgla w tych stalach wynosi ok. 0,25-0,5%.

Dodatki stopowe, które mają nadać tym stalom określoną
hartowność to np. Mn, Mo, Cr, Ni, V. Stale te poddaje się
hartowaniu i wysokiemu odpuszczaniu (500-680°C). Można je
poddawać hartowaniu powierzchniowemu a także obróbce cieplno
chemicznej.
Stale do ulepszania cieplnego
Stale konstrukcyjne do ulepszania cieplnego mają średnie stężenie
węgla ok. 0,25-0,5% decydujące o własnościach
wytrzymałościowych oraz dodatki stopowe, których głównym
celem jest nadanie stali określonej hartowności.
Założone własności elementów konstrukcyjnych ze stali do
ulepszania cieplnego uzyskuje się po obróbce cieplnej polegającej
na hartowaniu i wysokim odpuszczaniu. Temperatura odpuszczania
mieści się w zakresie 500-650
Przykładowe stale: 30G2, 38HA, 35HGS, 40HM, 45HN2A,
34HNM.
Stale sprężynowe
Materiał stosowany na elementy sprężyste powinien cechować się
b. dobrymi własnościami sprężystymi, tzn. wysoką granicą
sprężystości R

sp

oraz dużą wartością stosunków tej wielkości do

granicy plastyczności R

e

i wytrzymałości na rozciąganie R

m

.

Pożądana jest duża wytrzymałość na zmęczenie przy
ograniczonych wymaganiach dotyczących własności plastycznych.
Stale sprężynowe zawierają ok. 0,5-0,8% C, od którego przede
wszystkim zależą własności wytrzymałościowe i granica
sprężystości.
Obróbka cieplna sprężyn i resorów polega na austenityzowaniu w
temperaturze 800-870

°

C i hartowaniu w oleju lub wodzie zależnie

od gatunku zastosowanej stali, a następnie średnim odpuszczaniu w
temperaturze 380-520

°

C. Po takiej obróbce cieplnej sprężyny mają

strukturę martenzytu odpuszczonego o wymaganych własnościach
mechanicznych.
Przykład stali: 45S, 50S2, 65G, 50HF.
Stale na łożyska toczne
Stale konstrukcyjne stosowane do wytwarzania elementów łożysk
tocznych powinny cechować się b. dużą twardością,
jednorodnością struktury, wysokim stopniem czystości oraz
hartownością, zapewniającą uzyskanie struktury martenzytycznej

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

bez austenitu szczątkowego w całym przekroju. Stale te w stanie
obrobionym cieplnie są odporne na ścieranie, wykazują dużą
wytrzymałość zmęczeniową i statyczną oraz odpowiednią
ciągliwość. Dużą twardość i odporność na ścieranie zapewnia
stalom łożyskowym węgiel o stężeniu ok. 1
OBR. Elementy łożysk tocznych hartuje się z temperatury 820-
840

°

C w oleju, po czym odpuszcza w temperaturze 180

°

C przez 1-

2 h. Po takiej obróbce cieplnej stale łożyskowe mają strukturę
niskoodpuszczonego martenzytu drobnolistwowego z
równomiernie rozmieszczonymi drobnymi ziarnami cementytu
stopowego i wykazują twardość przekraczającą 62 HRC.
Przykładowe stale: ŁH15, ŁH15SG.
Stale niestopowe narzędziowe
Stale narzędziowe niestopowe wysokowęglowe znalazły
zastosowanie na proste narzędzia tnące do drewna, papieru i
tworzyw sztucznych, takie jak pilniki i proste narzędzia rolnicze –
np. kosy lub zęby bron.
Stale narzędziowe niestopowe cechują się małą hartownością i
małą skłonnością do rozrostu ziarna austenitu.
OBR. W celu uzyskania wymaganych własności stale narzędziowe
niestopowe poddaje się hartowaniu z temperatury 760-800

°

C z

chłodzeniem w wodzie i odpuszczaniu w temperaturze 180-300

°

C z

wygrzaniem przez 2 h. Temperatura odpuszczania jest dobierana w
zależności od wymaganej twardości i ciągliwości narzędzia i
zwykle nie przekracza 200

°

C. Podwyższanie temperatury

odpuszczania powoduje szybkie zmniejszanie twardości i
odporności na ścieranie stali niestopowych.
Przykłady stal: N9E, N11E (płytko), N9, N11 (głęboko).
Stale narzędziowe stopowe szybkotnące
Stale szybkotnące są stosowane głównie na wieloostrzowe
narzędzia skrawające, często narzędzia wykrojnikowe, a także na
narzędzia do obróbki plastycznej na zimno i gorąco. Stale te
wykazują dużą twardość i odporność na ścieranie w temperaturze
do ok. 600

°

C. Wymagane własności, zwłaszcza b. dużą hartowność

oraz efekt twardości wtórnej, uzyskuje się przez odpowiednią
kombinację stężenia C i takich pierwiastków stopowych, jak Cr, W,
Mo i V, a w wielu gatunkach dodatkowo – Co
OBR. Są dostarczane w stanie zmiękczonym. Zapewnia to dobrą
obrabialność mechaniczną stali. Ze względu na małą przewodność
cieplną stali szybkotnących w czasie hartowania jest stosowane
stopniowe podgrzewanie narzędzi do temperatury austenityzowania
w kąpielach solnych, z wygrzewaniem w temperaturze ok. 550 i
850oC. Czas wygrzewania zależy od wielkości wsadu. W procesie
obróbki cieplnej ważne jest zastosowanie prawidłowej temp.
austenityzowania, zwykle o ok. 50-70oC niższej od temp. solidusu
danego gatunku stali.
Przykładowe stale: sw18, sk5.
Stale narzędziowe stopowe do pracy na gorąco
Są stosowane na narzędzia pracujące w zakresie temperatury 250-
700oC. W najniższej temperaturze pracują niektóre narzędzia
kuźnicze i noże do ciecia na gorąco, w najwyższej – matryce pras
kuźniczych i do wycinania oraz formy do odlewania pod
ciśnieniem.
Skład chemiczny oraz ich obróbka cieplna zapewniają wysoką
wytrzymałość, twardość i odporność na ścieranie w wysokiej
temperaturze pracy. W stalach tych stężenie węgla jest ograniczone
do ok. 0,3-0,6 %. Głównymi pierwiastkami stopowymi są Cr, W,
Mo, i V, powodujące efekt twardości wtórnej podczas
odpuszczania.
OBR. Stale te dostarcza się w stanie zmiękczonym,
zapewniającym dobrą obrabialność i jednorodny rozkład węglików
w osnowie ferrytu. W celu zmniejszenia naprężeń cieplnych stosuje
się wielostopniowe nagrzewanie do temperatury austenityzowania,
Temperatura austenityzowania stali narzędziowych do pracy na
gorąco jest zawarta w zakresie 850-1150oC i dobierana tak, aby nie
dopuścić do nadmiernego rozrostu ziarn austenitu pierwotnego,
gdyż powoduje to zmniejszenie ciągliwości stali. Trwałość narzędzi
do pracy na gorąco zależy od poprawnie wykonanej obróbki
cieplnej oraz od właściwych warunków eksploatacji, w
szczególności do temperatury ok. 300oC przed rozpoczęciem
pracy.
Przykładowe stale: WCL, WWV, WNLV.

Stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno
Są stosowane na narzędzia nieosiągające w czasie pracy
temperatury wyższej niż 200OC. Stale stopowe do pracy na zimno
w porównaniu ze stalami narzędziowymi niestopowymi wykazują
podwyższoną hartowność, powodowaną głównie zwiększonym
stężeniem Mn, Cr, a w niektórych gatunkach – także W, V, Ni.
Umożliwia to harowanie stali narzędziowych stopowych w oleju, a
nawet powietrzu, zmniejszając prawdopodobieństwo zmian
wymiarowych, paczenia i pęknięć hartowniczych.
OBR. Od stali narzędziowych stopowych do pracy na zimno
wymaga się przede wszystkim dużej twardości i odporności na
ś

cieranie, dlatego poddaje się je hartowaniu i niskiemu

odpuszczaniu. Stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno
wykazują w stanie zahartowanym strukturę martenzytu listwowego
z austenitem szczątkowym i węglikami nie rozpuszczonymi
podczas austenityzowania, równomiernie rozmieszczonymi w
osnowie. Odpuszczenie tych stali odbywa się najczęściej w zakresie
temperatury 150-260OC.
Przykłady stali: NC4, NCV1, NC11, NZ2.
Stale żaroodporne
Ż

aroodporność to odporność stopu na działanie czynników

chemicznych, głównie powietrza oraz spalin i ich agresywnych
składników w temperaturze wyższej niż 550°C. Żaroodporność jest
ś

ciśle związana ze skłonnością stali do tworzenia zgorzeliny.

Zgorzelina powinna stanowić ciągłą warstwę, dokładnie
przylegającą do metalicznego rdzenia, co utrudnia dyfuzję
utleniacza i jonów metalu. Wymagania te spełniają niskowęglowe
stale o jednofazowej strukturze ferrytu lub austenitu, o dużym
stężeniu chromu i niklu oraz dodatkowo krzemu i aluminium.
PIERWIASTKI WPŁYWAJĄCE NA ŻAROODPORNOŚĆ
STALI Chrom jest podstawowym pierwiastkiem zwiększającym
ż

aroodporność stali. Dodatek ok. 5% Cr zapewnia odpowiednią

ż

aroodporność w temperaturze 600÷650°C. Zwiększenie stężenia

tego pierwiastka powoduje wzrost żaroodporności do ok. 1100°C
przy stężeniu ok. 30% Cr w stali. Dodatki Si i Al, mimo
analogicznego wpływu na żaroodporność, są dodawane w
ograniczonym stężeniu – odpowiednio ok. 3 i 2,5% ze względu na
niekorzystny wpływ na własności plastyczne stali i obniżanie
podatności na obróbkę plastyczną. Dodatki V i Mo wywierają
niekorzystny wpływ na żaroodporność stali. Tlenki wanadu
bowiem łatwo ulegają stopieniu, natomiast tlenki molibdenu
utleniają się.
Przykłady stali: H6S2, 2H17.
Stale żarowytrzymałe
Ż

arowytrzymałością jest nazywana odporność stopu na

odkształcenia, z czym wiąże się zdolność do wytrzymywania
obciążeń mechanicznych w wysokiej temperaturze – powyżej
550°C. Żarowytrzymałość w temperaturze wyższej od 550°C jest
uzależniona głównie od odporności na pełzanie Dużą
ż

arowytrzymałość wykazują więc stale o strukturze austenitycznej

– ze względu na mniejsze współczynniki dyfuzji niż w ferrycie o
znacznej wielkości ziarn i z dyspersyjnymi wydzieleniami faz,
głównie na granicach ziarn.
PIERWIASTKI WPŁYWAJĄCE NA
Ż

AROWYTRZYMAŁOŚĆ STALI Nikiel przy stężeniu 9%, w

obecności ok. 18% Cr, powoduje tworzenie trwałej struktury
austenitycznej, co decyduje o zwiększeniu żarowytrzymałości stali.
Ż

arowytrzymałość podwyższają pierwiastki stopowe zwiększające

energię wiązania atomów sieci roztworu stałego, a więc
podwyższające temperaturę topnienia i rekrystalizacji, do których

należą Mo, W, V, Co, a także Ti, Cr i Si. Żarowytrzymałość jest
ponadto zwiększana w wyniku umocnienia zgniotowego oraz
utwardzania wydzieleniowego.
Przykłady stali: H18N9S, H23N18
Stale odporne na korozję
Stale odporne na korozję obejmują trzy grupy:
-Stale trudno rdzewiejące, o odporności na korozję jedynie
nieznacznie większej od stali węglowych, zawierają 0,1% C oraz
dodatki 1-3% pasywującego Cr i ok. 0,5% Cu, tworzącej na
powierzchni warstewkę pasywującą złożoną z siarczanów i
węglanów miedzi. Do stali tych są wprowadzane także w
niewielkich stężeniach P, Al i Ni. Stale te znajdują zastosowanie
głównie jako stale spawalne pracujące w środowisku atmosfery
przemysłowej oraz morskiej.
-Stale wysokochromowe o strukturze ferrytycznej ferrytyczno-
martenzytycznej lub martenzytycznej są odporne głównie na
korozję chemiczną, w tym na utlenianie w atmosferze powietrza,
wody naturalnej i pary wodnej w niskiej i podwyższonej
temperaturze, na działanie zimNych roztworów alkalicznych,
rozcieńczonych kwasów i soli, z wyjątkiem chlorków i jodków,
oraz na działanie ropy naftowej i jej par, paliw, olejów, alkoholi, a
także środków spożywczych.
-Stale chromowo-niklowe i chromowo-niklowo-manganowe, o
strukturze austenitycznej są odporne głównie na korozję
elektrochemiczną w środowisku kwasów nieorganicznych i
organicznych, związków azotu, roztworów soli i agresywnych
ś

rodków spożywczych.

Przykłady stali: 0H13, 1H13, 4H14, 0H17T, 3H17M.
Stale Maraging
Stanowią niskowęglowe stopy żelazowo-niklowe o strukturze
martenzytycznej, utwardzane wydzieleniowo, cechujące się
znaczną wytrzymałości i plastycznościa.
Nazwa tych stali pochodzi od angielskiego określenia starzenie
martenzytu. Starzenie martenzytu to obróbka wydzieleniowa stali
polegające na przesycaniu w czasie którego powstaje miękki ,
bardzo niskowęglowy martenzyt , który może być starzony w celu
uzyskania żądanych własności.
Głównym pierwiastkiem stopowym jest Ni, o stężeniu 8-25%
zwiększa on hartowność, odpornośc na kruche pękanie i decyduje o
obniżeniu progu kruchości. Tytan tworzy w tych stalach liczne fazy
międzymetaliczne.
OBR. Cieplna polega na hartowaniu z temp zależnej od gatunku
stali, zbliżonej jednak do 800-900oc. Z chłodzeniem w powietrzu.
Strukturę po hartowaniu stanowi bezwęglowy martenzyt żelazowo-
niklowy. Odpuszczanie odbywa się w zakresie 450 – 550oC w
zależności od gatunku Odpuszczanie powoduje znaczne
zmniejszenie wytrzymałości i niewielki zmniejszenie własności
ciągliwych.
Zastosowanie: materiał konstrukcyjny w temp od -200 do +600oC,
budowa okrętów, wyrób sprężyn, zbiorniki wysokociśnieniowe,
technika lotnicza i rakietowa.
=====================AL.===================
Stopy aluminium
W porównaniu ze stalmi stopy aluminiowe charakteryzują się
znacznie mniejszą masą, a w niskiej temperaturze – większą
udarnością. Najogólniej – ze względu na sposób wytwarzania –
stopy aluminium dzieli się na: odlewnicze i do obróbki plastycznej.
Odlewnicze stopy aluminium są przeważnie stopami
wieloskładnikowymi o dużym stężeniu – od 5 do 25% –
pierwiastków stopowych, głównie Cu, Si, Mg i Ni lub ich różnych
zestawień. Charakteryzują się dobrą lejnością i często małym
skurczem odlewniczym. Stopy do obróbki plastycznej zawierają
znacznie mniej, bo ok. 5%, pierwiastków stopowych, zwykle Cu,
Mg, Mn, niekiedy także Si, Zn, Ni, Cr, Ti lub Li.
Z Krzemem (Siluminy) zawierają one dodatki Cu, Mg i Mn,
zwiększające wytrzymałość. Aluminium tworzy z krzemem układ z
eutektyką występującą przy stężeniu 12,6% Si i dwoma roztworami
stałymi granicznymi o rozpuszczalności skaładników
zmniejszającej się wraz z obniżeniem temp Roztwór α wykazuje
sieć regularną typu A1.
Z Magnezem wykazują największą odporność na korozję i
najmniejszą gęstość Zawierają zwykle inne dodatki stopowe
wprowadzane w niewielkim stężeniu. W celu usunięcia
niekorzystnej dwufazowej struktury stopy te poddawane są
przesycaniu z temp wyższej od granicznej rozpuszczalności Mg w
Al.
Z Mg Do Obróbki Plastycznej (Hydronalia) Zawierają 0,4-5,6%
Mg, a także niewielki dodatek Si Cr Fe Pb Charakteryzują się
podwyższonymi własnościami mechanicznymi, odpornością na
korozję w środowisku wody i atmosfery morskiej oraz dobrą
spawalnością i podatnością na głębokie tłoczenie. Mają strukturę
dwufazową Własności wytrzymałościowe tych stopów są
zwiększone w wyniku umocnienia zgniotowego.
Wieloskładnikowe Stopy Z Cynkiem (Durale Cynkowe)
wykazują największe własności wytrzymałościowe są mało
odporne na korozję w szczególności naprężeniową Ograniczenie
ich stosowania jest związane z małą odpornością na działanie
podwyższonej temp Ich obróbka cieplna polega na wyżarzaniu
rekrystalizującym w temp ok.410C oraz na utwardzaniu
wydzieleniowym.
Z Miedzią I Magnezem Do Obróbki Plastycznej (Durale
Miedziowe) Mają podwyższone własności wytrzymałościowe oraz
zmniejszone własności plastyczne i podatność na obróbkę
plastyczną Ich skład chemiczny jest dobierany tak aby w stanie
równowagi w temp pokojowej wykazywały strukturę α Podczas
krystalizacji w warunkach technicznych tworzą się jednak
podwójne lub potrójne eutektyki zwłaszcza w stopach o większym
stężeniu.
=====================Cu.===================
Stopy miedzi
Stopy Miedzi Z Cynkiem = Mosiądze. ze względu na skład
fazowy dzieli się na: 1) jednofazowe – o strukturze roztworu

α

i

stężeniu od 2 do 39% Zn, 2) dwufazowe – o strukturze mieszaniny

α

+

β

i stężeniu od 39 do 45% Zn. Mosiądze jednofazowe cechuje b.

duża plastyczność, co umożliwia stosowanie ich na wyroby
głęboko tłoczone i obrabiane plastycznie na zimno. Mosiądze w
znacznym stopniu umacniają się w wyniku zgniotu. Mosiądze
charakteryzują się dobrą odpornością na korozję, szczególnie
atmosferyczną i w wodzie morskiej.
NAJCZĘŚCIEJ SPOTYKANYMI RODZAJAMI KOROZJI
MOSIĄDZÓW jest :
Odcynkowanie zachodzi w mosiądzach dwufazowych o stężeniu
Zn przekraczającym 20% zanurzonych w elektrolitach
zawierających Cl. W elektrolitach takich Cu oraz Zn przechodza do
roztworu, z którego Cu wytrąca się w postaci gąbczastej, co
wzmaga korozję. Odcynkowanie nie powoduje zmian kształtu
korodującego przedmiotu, lecz wpływa na znaczne obniżenie
własności wytrzymałościowych mosiądzu.
Pękanie sezonowe jest międzykrystaliczną korozją naprężeniową
mosiądzów jedno- lub dwufazowych, obrobionych plastycznie na
zimno i poddanych działaniu ośrodka zawierającego amoniak.
Temu rodzajowi korozji można zapobiegać przez wyżarzanie
odprężające w temperaturze 200-300

°

C.

Stopy Miedzi Z Niklem = Miedzionikle
Stopy te, których głównym dodatkiem jest Ni o stężeniu do 40%,
zawierają także 1÷2% Si, Al, Fe lub Mn. Nikiel powoduje
podwyższenie własności mechanicznych, odporności na korozję,
rezystywności oraz siły termoelektrycznej miedzionikli.
Miedzionikle są oparte na układzie Cu–Ni o nieograniczonej
rozpuszczalności składników w stanie ciekłym i stałym. Można
wydzielić dwie grupy miedzionikli, a mianowicie: odporne na
korozję, takie jak CuNi19 (zwany nikieliną) i CuNi25 (stosowany

do wytwarzania monet), oporowe, w tym głównie CuNi44Mn1
(zwany konstantanem).
Stopy Miedzi Z Cyną = Brązy Cynowe
Techniczne stopy Cu z Sn, nazywane tradycyjnie brązami
cynowymi, mają zazwyczaj strukturę roztworu α. Duży zakres
temperatury krystalizacji brązów o strukturze α sprzyja jednak ich
skłonności do segregacji. Z tego powodu w stopach chłodzonych w
warunkach rzeczywistych, nawet przy niewielkim stężeniu Sn,
oprócz niejednorodnej fazy α tworzą się fazy, które w warunkach
równowagi występują przy większym stężeniu Sn. Segregacja
może być w pewnym stopniu usunięta przez długotrwałe
wyżarzanie ujednorodniające w ciągu 24 h w temperaturze
700÷750°C. Brązy cynowe wykazują dobrą odporność na korozję,
szczególnie w środowisku atmosfery przemysłowej i wody
morskiej. Brązy cynowe o strukturze jednorodnego roztworu α
cechuje duża plastyczność i z tego względu mogą być obrabiane
plastycznie na zimno.
Stopy Miedzi Z Berylem = Brązy Berylowe
zawierają do 2,1% głównego pierwiastka stopowego, często Co i
Ni, a niekiedy do 0,25% Ti Stopy te są brązami o najwyższych
własnościach mechanicznych oraz odporności na korozję i
ś

cieranie. Cechują się dużą przewodnością cieplną i elektryczną

(zwiększa ją dodatek Co), brakiem skłonności do iskrzenia oraz
dobrą podatnością na obróbkę plastyczną na zimno i na gorąco
Stopy Miedzi Z Krzemem = Brązy Krzemowe
wykazują strukturę jednofazową roztworu α, a stężenie Si w
stopach dwuskładnikowych nie przekracza 3÷4%. Jednofazowa
struktura zapewnia brązom krzemowym duże własności plastyczne,
przy czym Si powoduje zwiększenie ich odporności na korozję.
Praktyczne zastosowanie znalazły głównie brązy krzemowe
wieloskładnikowe zawierające dodatki Mn, Fe, Zn, Ni, niekiedy
także Co i Cr. Pierwiastki Mn, Zn i Ni, występujące w roztworze,
silnie zmniejszają rozpuszczalność Si w fazie α, przy czym Mn i Ni
zwiększają wytrzymałość i odporność na korozję, natomiast Zn
polepsza lejność. Własności mechaniczne najbardziej poprawia Fe.
Stopy Miedzi Z Manganem = Brązy Manganowe
zawierają zwykle 5÷6 lub 12÷15% Mn i są przeznaczone do
obróbki plastycznej. Najczęściej stosuje się stopy
wieloskładnikowe, oprócz Mn zawierające Ni, w niektórych
gatunkach także Si lub Al. Manganin CuMn12Ni3 o bardzo małej
rezystywności jest stosowany
====================Ni=========================
Ż

arowytrzymałościowe stopy Niklu – zawierają głównie dodatki

do 20% Cr lub 20% Mo i do 10%Fe. Do często stosowanych
stopów tej grupy należą tzw. nimonik i inconel.
Są stosowane na łopatki wirników oraz dysze turbin gazowych,
silników rakietowych i odrzutowych oraz elementu aparatury
chemicznej, pracujące w wysokiej tem i w warunkach korozji
gazowej.
Są dostarczane w postaci blach , taśm, prętów i kształtowników
walcowanych na gorąco i na zimno.
======================X========================
Szkła metaliczne – materiał otrzymane po zastosowanie bardzo
dużej szybkości chłodzenia podczas krzepnięcia, w wyniku czego
metale uzyskują strukture amorficzna (bezpostaciową.
Ma strukturą pośrednią między stanem krystalicznyma stanem
ciekłym. W szkle metalicznym są uporządkowane jedynie najbliżej
sąsiadujące ze sobą atomy.
Cechują się własnościami różnymi od kryształów metali nie
wykazują wszystkich cech dla nich charakterystycznych.
Są stosowane na bardzo cienkie taśmy magnetyczne, taśmy do
lutowania i ostrza do golenia.
Materiały nanokrystaliczne
– mają własności zbliżone do szkieł metalicznych, występują w
nich bardzo drobne obszary o strukturze krystalicznej.
Wykazują

odmienne

własności

mechaniczne,

elektryczne,

magnetyczne i optyczne od materiałów konwencjonalnych.
Przykładowa ziarna miedzi o wielkości 6 nm mają twardość
pięciokrotnie większą od miedzi konwencjonalnych.
====================MC===============
Materiałami ceramicznymi nazywamy materiały nieorganiczne i
niemetaliczne

o

kowalencyjnych

i

jonowych

wiązaniach

międzyatomowych.

Materiały

ceramiczne

otrzymywane

są

zazwyczaj w procesie wysokotemperaturowym, podczas którego
zachodzą nieodwracalne reakcje.
Jakie wiązania posiadają materiały ceramiczne
- jonowe, - kowalencyjne
Przebieg wytwarzania ceramiki :
- Wytwarzanie mas, - Formowanie, - Suszenie, - Wypalanie
Ceramikę dzielimy na: Ceramikę inżynierską, Cermetale
inżynierskie, Ceramikę porowatą, Szkła i ceramikę szklaną
Ceramika porowata, określona również tradycyjną, klasyczną lub
wielkotonażową z tego

względu, że obejmuje

masowo

produkowane materiały budowlane i ogniotrwałe lub stosowane
m.in. w technice sanitarnej.
Charakteryzuje się 5 – 15 % udziałem porów, po wypaleniu w
wysokiej temperaturze, stosowanym w celu odprowadzenia wody.
Do ceramiki porowatej zaliczamy:
--materiały tradycyjne (porcelana, porcelit, fajans, kamionka)
--materiały ogniotrwałe
--materiały budowlane (klinkier, cement)
Zastosowanie porowatej
- Budownictwo – cegła, cement, dachówki, tynk, szyby szklane
- Szkło – butelki, aparatura laboratoryjna, glazura
- Produkty ogniotrwałe – cegła, tygle, cement, formy
- Produkty z gliny – cegła, produkty garncarskie, kamionka, rury
kanalizacyjne
- Produkty porcelanowe i emaliowane – porcelana stołowa, kafelki,
armatura sanitarna, emalie i produkty emalierskie
- Produkty ścierne – tarcze ścierne, płótna, papiery ścierne, dysze
do piaskowania, kule do mielenia
Proces produkcji porowatej - Przygotowanie masy formierskiej
- Formowanie, - Suszenie, - Wypalanie, - Szkliwienie, - Zdobienie
Zastosowanie inżynierskiej
- Przemysł samochodowy i lotniczy – elementy turbin, osłony
termiczne i wymienniki, uszczelnienia , elementy systemu osłony
termicznej promów kosmicznych
- Wytwarzanie – narzędzia skrawające, elementy odporne na
ś

cieranie i korozję, ceramika szklana, magnesy, włókna optyczne,

ś

wiatłowody

- Elektronika – półprzewodniki, izolatory, nadprzewodniki, lasery,
dielektryki, elementy grzejne
- Wysoka temperatura – produkty ogniotrwałe, armatura
instalacyjna, piece
- Medycyna – osprzęt laboratoryjny, elementy sterowania, protezy,
materiały stomatologiczne.
Porcelana - Jest to materiał ceramiczny spiekany z mullitu, kwarcu
i szkła skaleniowego. Wypalana jest :
--jednokrotnie w temperaturze 850-1000

°

C (nieszkliwiona)

--lub dwukrotnie w 1280-1320

°

C (szkliwiona).

Można ją podzielić na: - porcelanę twardą - porcelanę miękką
Składniki porcelany:
- Mullit (3Al3O3+2SiO2), - Kwarc, - Szkło skaleniowe
Co sie robi z porcelany
- Stołowa (zastawy stołowe),

- Artystyczna

- Elektrotechniczna (izolatory niskiego i wysokiego napięcia)
-Laboratoryjna (sprzęt laboratoryjny i elementy aparatury
chemicznej),

- Dentystyczna

Porcelana twarda to: Porcelana twarda biskwitowa bez szkliwa,
która może być barwiona, stosowana jest głównie jako
dekoracyjna, np. na figurki lub płaskorzeźby. Jest wytwarzana z
kaolinu (ok. 50%), kwarcu (ok. 25%) i skalenia (ok. 25%).

W zależności od ogniotrwałości materiały ogniotrwałe dzieli się:
-zwykłe (do 1700°C),
-wysokoogniotrwałe (1700÷2000°C),
-o bardzo wysokiej ogniotrwałości (powyżej 2000°C).
Ze względu na własności chemiczne materiały ogniotrwałe:
-kwaśne, zawierające SiO2 i A l2O3,
-zasadowe, w skład których wchodzą CaO i MgO.
Podział ceramiki narzędziowej:
- ceramika tlenkowa - czysta cer tlenkowa
- ceramika mieszana - cer umacniana whiskerami
- ceramika nietlenkowa - czyli azotkowa
Do ceramiki narzędziowej zaliczamy:
- Węgliki spiekane, - Spiekane tlenki metali, - Diament
Whiskery - są to monokryształy w kształcie włosków o małym
stężeniu defektów, których wytrzymałość jest wielokrotnie większa
od

tych

samych

materiałów

występujących

w

postaci

polikrystalicznej
8 grup ceramiki stosowanej w elektrotechnice:
Porcelana elektrotechniczna (g.100) Steatyt, forsteryt (g.200)
Tytaniany (g.300) Kordieryt, celsjan (g.400)
Materiały szamotowe (g.500) Materiały mulitowe (g.600)
Materiały korundowe (g.700) Ceramika tlenkowa (g.800)
Steatyt, forsteryt
Skład: --talk(krzemian magnezu) --glina plastyczna ---skaleń
Charakterystyka: --mały skurcz po wypalaniu - tylko 1%
--wypalany w 1400 C --duża rezystywność
Zastosowanie: --izolatory, --elementy izolacyjne wysoko obciążone
Szkła Stan struktury szkieł jest pośredni między stanami ciekłym i
stałym. A więc bezpostaciowa. Stan ten nie jest stanem równowagi
i jest osiągany przez powstrzymanie krystalizacji, w wyniku
szybkiego chłodzenia w zakresie temperatury krzepnięcia.
Jaką strukturę ma szkło, - Szkła posiadają bezpostaciową ciągłą
strukturę. Siec wewnętrzna najprostszych szkieł składa się z
wzajemnie połączonych czworościanów lub trójkątów.
Podział szkieł ze względu na skład chemiczny:
--kwarcowe, --borowe, --litowe i inne,
--krzemowo-sodowo-wapniowe, --krzemowo-glinowo-sodowe.
Podział szkieł ze względu na zastosowanie:
--szkła techniczne, --szkła budowlane, --szkła gospodarcze,
--szkła do wyrobu opakowań.
Podział ceramiki szklanej:
--B-spodumenowa, --B-kwarcowa, --Mikowa,
--z krzemkiem litu, --kordierytowa
Ceramika szklana zwana też dewitryfikatami lub pyroceramiką
powstaje przez krystalizację(odszklenie) masy szklanej w ściśle
określony sposób, umożliwiający utworzenie struktury bardzo
drobno-ziarnistej, bez porowatości, z pozostałością tylko ok. 2%
fazy szklistej.
Dewitryfikaty łączą naturę ceramik krystalicznych i szkieł.
W porównaniu z porcelaną i szkłem ma znacznie lepsze
właściwości. Jest to tworzywo wyjątkowo drobnoziarniste, o dużej
wytrzymałości mechanicznej i znacznie odporniejsze na uderzenia.
Agalit (arco) jest jeszcze mniej porowaty niż porcelana, przez co
jego powierzchnia staje się idealnie gładka i stuprocentowo
higieniczna.
Odmainy alotropowe węgla:
--fulereny, --grafit, --diament, --nanorurki
Do czego służy kamionka
Kamionka cechuje się wytrzymałością na ściskanie ok. 800 MPa,
na zginanie ok. 90 MPa, oraz dużą rezystywnością i odpornością
chemiczną, wobec czego jest stosowana w elektrotechnice, na
produkty stosowane w gospodarstwie domowym i sanitarne, rury
kanalizacyjne, elementy aparatury chemicznej i laboratoryjnej.
======================OP====================
Warstw powierzchniowa: warstwa materiału ograniczona
rzeczywistą powierzchnią przedmiotu obejmującą tą powierzchnie
oraz części materiału obejmującą tą powierzchnie w głąb
powierzchni rzeczywistej która wykazuje zmienne cechy fizyczne i
niekiedy chemiczne w stosunku do cech tego materiału w głębi
przedmiotu.
Powłoka: warstwa materiału wytworzona w sposób naturalny bądź
sztuczny albo nanoszona sztucznie na powierzchnie przedmiotu
wykonanego z innego materiału, w celu uzyskania określonych
właściwości technologicznych lub dekoracyjnych.
Metody wytwarzania warstw powierzchniowych:
* mechaniczne: nagniatanie, natryskiwanie dekoracyjne, skrawanie,
* cieplno mechaniczne: natryskiwanie cieplne, platerowanie.
* cieplne: hartowanie, odpuszczanie, wyżarzanie, nadtapianie.
* cieplno chemiczne: nasycanie.
* elektrochemiczno chemiczne: polerowanie, trawienie, zestalanie
chemiczne.
* fizyczne: zestalanie fizyczne, osadzanie, implantowanie jonów.
Przygotowanie

powierzchni

podłoża

przed

obróbką

powierzchniową:

Oczyszczanie

powierzchni,

usunięcie

zanieczyszczeń zgorzelin i innych produktów korozyjnych,
zadziorów, przeszlifowanie przez polerowanie.
Parametry strumienia ściernego:
Kąt nachylenia, kąt rozwarcia strumienia, odległość czyszczonej
powierzchni od końca dyszy, średnica dyszy, prędkość ziaren w
strumieniu, prędkość posuwu materiału obrabianego, czas.
--Metody chemicznego i elektrochemicznego oczyszczania
powierzchni:

odtłuszczanie:

-w rozpuszczalnikach organicznych, najbardziej skuteczne jest
odtłuszczanie w parach rozpuszczalnika.
-w roztworach alkaicznych.
-elektrolityczne.

trawienie:

-trawienie chemiczne: polega na zanurzeniu przedmiotu w
odpowiednich roztworach kwasów lub alkaliów które reagują z
tlenkami znajdującymi się na powieszeni danego metalu.
-trawienie elektrolityczne: zachodzi w wyniku przepływu prądu
elektrycznego. Proces jest prowadzony katodowo luba anodowo
(katodowe: następuje redukcja tlenków metalu za pomocą
wydzielającego się wodoru) (anodowe: na powierzchni metalu
zachodzi jego elektrolityczne rozpuszczenie oraz mechaniczne
usunięcie tlenków przez wydzielający się tlen)
polerowanie:
-plerowanie chemiczne: polega na selektywnym rozpuszczaniu
powierzchni obrabianych elementów.
-polerowanie elektrolityczne: polega na anodowym rozpuszczeniu
podłoża w odpowiednio dobranym elektrolicie.
--Termiczne oczyszczenie powierzchni: polega na oczyszczaniu
powierzchni najczęściej stalowej. Pokryta śladami korozji i/lub
zgorzelin poddaje się działaniu płomienia pochodzącego z palnika
gazowego.
ADHEZJA - zjawisko silnego i trwałego łączenia się warstw
powierzchniowych dwóch różnych ciał doprowadzonych do
zetknięcia. Przyczyną adhezji jest występowanie sił pomiędzy
cząsteczkami stykających się ciał.
NADTAPIANIE

-

wygładzanie

powierzchni

tworzywa,

uszczelnianie powłoki metalowej lub niemetalowej lub uzyskanie
struktury amorficznej warstwy nadtopionej o innych niż rdzeń
właściwościach fizycznych i chemicznych.
NATAPIANIE - wykorzystanie grzania laserowego elektronowego
lub elektroiskrowego w celu naniesienia powłoki metalu (np: Al,
Ni), stopów metali (Cr. Ni), związków metali, ceramiki lub
cermetali na powierzchnie metalu lub stopu o właściwościach
innych od właściwości materiału podłoża.
NAPAWANIE – odmiana natapiania realizowana przy użyciu
palników spawalniczych dla pokrycia metalu stopu warstwą spoiwa
w celu uzyskania powłoki o własnościach:

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

*zbliżonych do właściwość materiału rdzenia(uzupełnienie metalu
zużytych części – regeneracja)
*różnych (podwyższanie trwałości eksploatacyjnych)
POWLEKANIE ZANURZENIOWE: do roztopionego metalu
powłokowego zanurza się przedmiot obrabiany, jego temperatura
topnienia

musi

być

wyższa

niż

temperatura

materiału

powlekającego.
CYNOWANIE – cyna i jej związki nie są toksyczne i dlatego
powłoki cynowe znalazły szeroki zastosowanie w przemyśle
spożywczym w postaci białej blachy na puszki konserwowe oraz
jako pokrycia artykułów gospodarstwa domowego, mających
kontakt z żywnością.
Osadzanie elektrolityczne (galwaniczne)- umożliwia otrzymanie
powłoki z metalu lub stopu w wyniku redukcji; prądem
elektrycznym jonów metalu powłokowego z roztworu elektrolitów,
--otrzymane powłoki mogą być jednowarstwowe (0.3 +– 300 um)
lub wielowarstwowe.
–Najczęściej stosuje się chromowanie, niklowanie, miedziowanie,
srebrzenie, złocenie.
Charakterystyczne

właściwości

technologiczne

kąpieli

galwanicznych
* wgłębność kąpieli, * zdolność krycia, * mikrowygładzenie
TECHNIKI ELEKTRONOWE: służą głównie do hartowania
bardzo cienkich warstw a także wyżarzania, odpuszczania,
oczyszczania i odgazowania obrabianych powierzchni
Sposoby doprowadzenia wiązki elektronów do powierzchni:
* ciągły
* impulsowy
Wiązki elektronowe pod względem geometrii dzielimy na
punktowe, liniowe, pierścieniowe, powierzchniowe.
Praktyczne zastosowanie:
* hartowanie powierzchniowe
* nadtapianie
* utwardzanie detonacyjne
Zalety: czystość obróbki, precyzyjne komputerowe sterowanie
wiązką,

możliwość

obrabiania

fragmentów

powierzchni

przedmiotów o skomplikowanych kształtach, duża wydajność.
TECHNIKI LASEROWE - źródłem energii cieplnej jest strumień
promieniowania świetlnego uporządkowany w czasie i przestrzeni
emitowane w sposób ciągły lub w postaci bardzo krótkich
impulsów.
Obróbkę tą stosuje się głównie do zwiększania twardości
narzędzi i części maszyn poprzez realizacje następujących grup
technologii.
* technologia bez topienia powierzchni obrabianego przedmiotu:
- oczyszczanie powierzchni
- hartowanie powierzchniowe
- odwrotna przemiana martenzytyczna
- wyżarzanie
* technologia z przetopieniem się powierzchni przedmiotu:
- hartowanie przetopieniowe
- natapianie
- nadtapianie (tzw szkliwienie)
- utwardzanie udarowe (detonacyjne)
* technologia z odparowaniem powierzchni obrabianego
przedmiotu
IMPLANTACJA JONÓW - proces wprowadzania do ciała
stałego ciał obcych dla tego ciała zjonizowanych atomów. Jony
mogą być implantowane do ciała stałego w sposób ciągły i
impulsowy.
===============BSiWM=================
Etapy cienkich foli :

1.

wycinanie próbki z materiału

2.

wycinanie krążka o średnicy 3 mm

3.

szlifowanie próbki – do ok. 100 um

4.

ś

cieranie – do 20 – 30 um

5.

ś

cienianie jonowe

6.

końcowe polerowanie elektroniczne lub jonowe

Badania na mikroskopie transmisyjnym

1.

w polu jasnym

2.

w polu ciemny

3.

badania dyfrakcyjne

SCRATCH TEST - W metodzie tej diamentowy wgłębnik
(Rockwell) przemieszcza się po powierzchni badanej próbki ze
stałą prędkością przy ciągle wzrastającej sile obciążającej (rys.
5.102). Diamentowe ostrze podczas zarysowania
wykonuje pracę tarcia,
KOLOTEST - polega na pomiarze charakterystycznych wielkości
krateru utworzonego na powierzchni badanej próbki z powłoką. Do
utworzenia krateru wykorzystuje się obracającą się kulkę stalową o
ś

rednicy 15 mm. Pomiędzy obracającą się kulkę a powierzchnię

próbki dostarcza się zawiesinę diamentu.
ELEKTRONY WTÓRNE - są wybijane przez elektrony padające
na próbkę i doznają przez to straty cześci swojej energi.
- elektrony wtórne pochodzą ze słabo związanych z jadrem zew
powłok elektronowych atomów próbki.
- e wtórne są jednym z sygnałów wykorzystywanych do tworzenia
obrazu topografi pow probki w mikroskopie skaningowym.
Mikroanaliza rentgenowska :
-- jakościowa
-- ilosciowa
-- powierchniowe rozmieszczenie pierwiastków
-- liniowe rozmieszczenie pierwiastków
Ś

cienianie jonowe - polega na bombardowaniu pow próbki wiązka

zjonizowanego gazu
======================ZDMI===================
CHARAKTERYSTYKA PODSTAWOWYCH GRUP MAT.
INŻ.:
Materiały inżynierskie: nie występujące w naturze lecz wymagające
zastosowania

złożonych

procesów

wytwórczych

do

ich

przystosowania do potrzeb technicznych. Zaliczamy do nich:
Metale i ich stopy (charakteryzują się wiązaniem metalicznym,
mają dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, dodatni temp.
wspł. rezystywności, połysk metaliczny, plastyczność) ;
Polimery (nazywane są tworzywami sztucznymi lub plastikami są
materiałami organicznymi złożonymi ze związków węgla.
Charakteryzują się małą gęstością izolacyjnymi własnościami
cieplnymi i elektrycznymi, słabo odbijają światło) ;
Materiały ceramiczne (ceramikę stanowią materiały nieorganiczne
o jonowych i kowalencyjnych wiązaniach międzyatomowych,
wytwarzane

zwykle

w

wysokotemperaturowych

procesach

związanych z przebiegiem nieodwracalnych reakcji) ;
Kompozyty (są połączeniami dwóch lub więcej odrębnych i
nierozpuszczających się w sobie faz, z których każda odpowiada
innemu

podstawowemu

materiałowi

inżynierskiemu

zapewniającymi lepszy zespół własności i cech strukturalnych).
ELEMENTY I FAZY PROJEKTOWANIA INŻ.: pierwsza faza
dotyczy wzornictwa przemysłowego związanego z ogólnym
opisem funkcji produktu oraz opracowaniem ogólnej jego
koncepcji. Następne fazy obejmują projektowanie inżynierskie i
kolejno przygotowanie produkcji. W projektowaniu inżynierskim
można wyróżnić projektowanie systemu wytwarzania oraz
projektowanie produktów. Projektowanie produktu łączy w sobie
3 ważne elementy: Projektowanie konstrukcyjne (którego celem
jest opracowanie kształtu cech geometrycznych produktów
zaspokajających ludzkie potrzeby) ; Projektowanie materiałowe (
w celu zagwarantowania wymaganej trwałości produktu lub jego
elementów wytworzonych z materiałów inżynierskich o
wymaganych

własnościach

fizykochemicznych

i

technologicznych); Projektowanie technologiczne (umożliwia
nadanie

wymaganych

cech

geometrycznych

i

własności

poszczególnym elementom produktu a także ich prawidłowe
współdziałanie po zmontowaniu).
CZYNNIKI DECYDUJĄCE O DOBORZE MATERIAŁÓW
INŻ.: wymagania funkcjonalne i ograniczenia, własności
mechaniczne, kształt, możliwość wykonania, odporność na korozję
i degradację, stabilność, względy estetyczne, kryteria ekonomiczne
i koniunkturalne, jakość i nowoczesność materiału, cena,
dostępność
DOBÓR MAT. INŻ. ZAMIENNYCH DLA ISTNIEJĄCYCH
PRODUKTÓW: dla dokonania zmiany w istniejącym produkcie
należy kolejno: scharakteryzować obecnie stosowany materiał inż.
w danej postaci ; określić, które z własności muszą być poprawione
dla rozszerzenia funkcji użytkowych produktu ; poszukać
alternatywnych materiałów inż. i procesów technologicznych,
wykorzystując metodę przeglądu zalet ; zestawić krótki wykaz
materiałów inż. i odpowiadającym im procesów technologicznych ;
rozwinąć wyniki osiągnięte w poprzednim kroku i wskazać
materiał inżynierski zamienny, określając jego krytyczne
własności.
DOBÓR MAT. INŻ. DLA NOWYCH PRODUKTÓW: należy
zdefiniować funkcje użytkowe, jakie musi spełniać produkt i opisać
je wymaganymi własnościami ; określić wymagania dotyczące
wytwarzania podając liczbę koniecznych elementów ; porównać
wymagane własności i parametry z obszernymi bazami danych
materiałowych

;

zbadać

bardziej

szczegółowo

wstępnie

wytypowany

materiał

inżynierski

pochodzący

z

dostaw

handlowych i zastosowany w danym produkcie ; uzupełnić dane
projektowe ustalając najmniejszą liczbę własności opisujących
dany materiał inżynierski.
PRZYKŁADY

KOMPUTEROWEGO

WSPOMAGANIA

PROJEKTOWANIA MATERIAŁOWEGO:
Dostępne są obszerne bazy danych zarówno w sieci Internet jak
również na dyskach CD. Zwykle są to bazy umożliwiające
uzyskanie informacji o wybranej grupie materiałów inż. w formie
raportu. Taka baza danych spełnia zatem wymagania katalogu
danej grupy materiałów inż. Przykładem może być program
komputerowy „Materiale Selektor”, w tym programie można
dokonać wyboru materiałów inż. przy użyciu map własności.
Innym przykładem może być „Leksykon materiałoznawstwa”
zadaniem użytkownika tego systemu jest określenie kryteriów jakie
powinien spełniać materiał. Kryteria te obejmują zarówno
własności, skład , możliwe do zastosowania metody obróbki
materiału, postać półproduktu itp.
CZYNNIKI FUNKCJONALNE W PROJEKTOWANIU INŻ.:
1.Specyfikacja parametrów użytkowych (określenie potrzeb,
ustalenie ryzyka i konsekwencje jego wymagań, konsekwencje
zawyżonych wymagań)
2.Elementy

projektowania

(podejście

probabilistyczne,

uwzględnianie naprężeń lub obciążeń, ograniczenia wymiarów,
trudne warunki pracy, niezawodność, łatwość konserwacji,
dostępność, skala produkcji, analiza wartości)
3.Przeprojektowanie

(analiza

projektu,

uproszczenia

i

normalizacja, alternatywne rozwiązania funkcjonalne).
CZYNNIKI MATERIAŁOWE DECYDUJĄCE O DOBORZE
PROCESÓW WYTWARZANIA PRODUKTÓW:
do tych czynników zaliczamy: rodzaj i skład chemiczny materiału
inż.(rodzaj stopu, materiału polimerowego, ceramicznego lub
kompozytowego), postać materiału inż. (pręt rura drut itp.),
wielkość,

stan

obróbki

cieplnej,

anizotropię

własności

mechanicznych, obróbkę powierzchniową, jakość, wielkość
produkcji, technologiczność, przydatność do recyklingu, koszt
materiału inżynierskiego.
CZYNNIKI

UWZGLĘDNIANE

W

PROJEKTOWANIU

MATERIAŁOWYM:
Własności fizyczne (struktura krystaliczna, gęstość, temp.
topnienia, lepkość, porowatość, przepuszczalność, przeźroczystość)
; Własności elektryczne (przewodność, stała dielektryczna,
natężenie koercji) ; Własności jądrowe (okres półrozpadu, przekrój
poprzeczny, stabilność) ; Własności cieplne (przewodnictwo,
pojemność cieplna, emisyjność, absorpcyjność, ogniotrwałość) ;
Własności

mechaniczne

(twardość,

moduł

sprężystości,

współczynnik Poissona, krzywa naprężenie/ odkształcenie,
wytrzymałość,

własności

zmęczeniowe,

wykruszanie

się,

oddziaływanie balistyczne, odporność na kruche pękanie, pełzanie,
naprężenie do zerwania, współczynnik drgań, własności cierne) ;
Własności chemiczne (pozycja w szeregu napięciowym, korozja i
degradacja, utlenianie, stabilność cieplna, biologiczna, korozja
naprężeniowa, kruchość wodorowa) ; Własności technologiczne
(lejność, obrabialność cieplna, hartowność, odkształcalność,
skrawalność, spawalność)
EKOLOGICZNE

UWARUNKOWANIA

OBRÓBKI

CIEPLNEJ:
dzięki operacjom obróbki cieplnej przy relatywnie małym
zużyciu zasobów można kształtować własności materiałów
tak by wytwarzane z nich produkty były oszczędne ze
względu zarówno na masę zużytych na nie materiałów
metalowych jak i trwałość wytwarzanych z nich produktów
lub ich elementów. Podstawowe działania proekologiczne w
zakresie obróbki cieplnej dotyczą także stosowania urządzeń
emitujących do atmosfery ograniczonej ilości pyłów, gazów
cieplarnianych, gazów degradujących powłokę ozonową oraz
szkodliwe dla ludzi flory i fauny. Starannie należy
wyselekcjonować nieszkodliwe dla środowiska chłodziwa
hartownicze i środki myjące.
Z

CZEGO

ZROBIĆ

KOŁO

ZĘBATE

I

JAKĄ

TECHNOLOGIĘ ZASTOSOWAĆ: koło zębate wykonane jest
ze stali niskostopowej o niskiej zawartości węgla ok. 0,15%.
Technologią jest nawęglanie częściej azotowanie, odpuszczanie.