Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie

−

18 −

2.0. Materiały konstrukcyjne

Materiały konstrukcyjne - tworzywa elementów konstrukcyjnych. Ich właściwości

wpływają na cechy funkcjonalne rozwiązania konstrukcyjnego.

Cechy materiałów uwzględniane najczęściej w procesie projektowania to:

•

granice wytrzymałości materiałów: przy naprężeniach statycznych (rys. 2.1a): granica

plastyczności R

e

, umowna granica plastyczności R

e02

, wytrzymałość doraźna R

m

, granica

proporcjonalności/Hooke’a/ R

H

; przy naprężeniach zmęczeniowych (rys. 2.1b): długo-

trwała granica wytrzymałości zmęczeniowej Z, krótkotrwała granica wytrzymałości zmę-

czeniowej Z

N

,

•

wydłużenie względne A

5

[%] (miara ciągliwości /plastyczności/ materiału),

•

udarność U [J/mm

2

] (odporność na kruche pękanie),

•

twardość (Brinella HB [N/mm

2

], Rockwella HRB, HRC, Vickersa HV [N/mm

2

]),

•

właściwości technologiczne.

Rys. 2.1. Charakterystyki materiałowe; a) wynik statycznej próby rozciągania (linią przerywaną za-

znaczono charakterystykę dla materiałów kruchych), b) wyniki badań zmęczeniowego roz-
ciągania (dla ustalonej wartości współczynnika stałości obciążenia

χ

- wykres Wöhlera

2.1. Stale

Stal - stop żelaza z węglem o zawartości węgla od 0,02% do 2,06%, może zawierać

określone dodatki stopowe i ograniczoną ilość szkodliwych zanieczyszczeń. Zanieczyszcze-

nia, którymi najczęściej są siarka i fosfor decydują o jakości stali, stąd zależnie od ich do-

puszczalnej wartości dokonuje się podziału jakościowego stali.

Postać wszystkich stopów żelaza określa się według końcowego zabiegu nadającego

kształt i wymiary ale bez uwzględniania obróbki mechanicznej. Wg PN-76/H-01001 rozróż-

0,2%

Liczba cykli
zmęczeniowych

Granica
Wytrzymałości
statycznej

Odkształcenie

Z

log N

Z

N

Granica
wytrzymałości zmęczeniowej

χ

χ

χ

χ

= const.

lg Z

lg Z

N

lg R

e

lg N

lg N

gr

R

m

R

e02

R

e

R

H

a)

b)

2.0. Materiały konstrukcyjne

−

19 −

nia się stal w postaci: K - kutej, prasowanej lub tłoczonej na gorąco, W - walcowanej na gorą-

co, Z - walcowanej na zimno, C - ciągnionej na zimno, L – odlewanej (staliwo).

Stopień utwardzenia wyrobów walcowanych na zimno oznacza się następująco: bm –

bardzo miękki, m – miękki, pm – półmiękki, pz – półtwardy, z – twardy, bz – bardzo twardy,

bzz – najwyższej twardości.

Zgodnie z Polską Normą podział stali na poszczególne gatunki jest następujący.

2.1.1. Konstrukcyjne węglowe

A. Zwykł ej jakości ogóln ego przeznaczenia

Materiał ten nie nadaje się do obróbki cieplno-chemicznej!

Stal k onstruk cyjna węglowa zwykłej jakości

Oznaczenie: St np.: St4VY, MSt5

- bez oznaczenia,

Cu - z dodatkiem 0,25 - 0,40% miedzi,

CuX - jw. nieuspokojona,

X - nieuspokojona,

Y - półuspokojona,

- bez oznaczenia,

S - do spawania od St0S do St4S,

V - z ograniczoną zawartością węgla,

W - z ograniczoną zawartością węgla, siarki i fosforu,

0, 2, 3, 4, 5, 6, 7 - liczby porządkowe,

- bez oznaczenia,

U lub C - o gwarantowanej udarności w temperaturze 0oC,

M lub D - o gwarantowanej udarności w temperaturze 20

o

C,

B. Zwykłej jak ości o szczególnym p rzeznaczeniu

Np. na łańcuchy, szyny, kadłuby okrętów, nity, śruby i nakrętki spęczane na zimno, na

kotły parowe i zbiorniki ciśnieniowe.

C. Konstrukcyjna wyższej jak ości ogólnego przeznaczenia (tab. 2.1b )

Stale o wyższej zawartości węgla są z reguły stosowane w stanie ulepszonym cieplnie,

natomiast bardzo rzadko (z powodu wytrzymałości takiej samej jak stale zwykłej jakości) w

stanie znormalizowanym. 08, 10, 15, 20, 15G i 20G - są stalami przeznaczonymi do nawęgla-

nia; 25, 30, 35, 45, 55, 60 i 65 można ulepszać; 45, 55, 60 i 65 można hartować powierzch-

niowo, uzyskując w zależności od zawartości węgla twardość: 50 – 60 HRc. Stosowanie ich

bez obróbki cieplno-chemicznej jest nieracjonalne.

D. Konstruk cyjna w yższej i najwyższej jakości

o szczególnym p rzeznaczeniu

St2N, St3N, St44N, St3NO, 10P - nity, śruby i nakrętki spęczane lub tłoczone na gorąco.

St1Z, St1E - ogniwa łańcuchów technicznych.

Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie

−

20 −

Tab. 2.1. Właściwości wytrzymałościowe stali węglowej ogólnego przeznaczenia. a) zwykłej

jakości (PN-88/H-84020), b) wyższej jakości (PN-75/H-84019)

a)

Znak stali

Grubość

lub śred-

nica

Rm MPa

Re

MPa

do 16

196

St0S

16 ÷ 40

min 314

186

40 ÷ 100

186

do 16

216

St2S

16 ÷ 40 334 ÷ 412 206

40 ÷ 100

196

do 16

235

16 ÷ 40

226

St3SX,
St3SY,

St3S

40 ÷ 100

373 ÷ 461

216

do 16

235

16 ÷ 40

226

St3VX,
St3VY,

St3V,
St3W

40 ÷ 100

363 ÷ 441

216

do 16

255

16 ÷ 40

245

St4SX,
St4SY,

St4S

St4VX,
St4VY,

St4V,
St4W

40 ÷ 100

412 ÷ 510

235

do 16

294

16 ÷ 40 490 ÷ 608 284

40 ÷ 100

275

do 16

334

16 ÷ 40 589 ÷ 706 324

St5
St6

40 ÷ 100

314

do 16

363

16 ÷ 40 687 ÷ 834 353

St7

40 ÷ 100

343

b)

Znak

stali

Stan

obróbki

ciepl-

nej

R

m

MPa

R

e

MPa

08

N

325

195

10

N

335

205

15

N

375

225

15G

N

410

245

N

410

245

20

T

490 ÷ 640

295

20G

N

450

275

N

450

275

25

T

490 ÷ 640

295

N

490

295

30

T

540 ÷ 690

335

N

530

315

35

T

580 ÷ 730

365

N

570

335

40

T

620 ÷ 760

390

N

600

355

45

T

660 ÷ 800

410

45G

N

620

375

50G

N

650

390

N

650

380

55

T

740 ÷ 880

460

N

690

400

60

T

780 ÷ 930

490

60G

N

700

410

65

N

700

410

Stal k onstruk cyjna wyższej jak ości ogólnego przeznaczenia

Oznaczenie:  np.: 65G, 50U, 45

- bez oznaczenia,

X - nieuspokojona,

Y - półuspokojona,

G - o zwiększonej zawartości manganu,

U - z wymaganą udarnością w stanie znormalizowanym,

UT - z wymaganą udarnością w stanie ulepszonym,

08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 55, 60, 65 - zawartość węgla w
0,01%.

Podstawy konstrukcji maszyn - projektowanie

−

21 −

15GJ - ogniwa łańcuchów górniczych,

18G2AA - ogniwa łańcuchów kotwicznych.

18A, St4A, 22G2A - nity i śruby spęczane na zimno.

07X, 08J, 08F, 08XA, 08YA - taśmy i blachy karoseryjne.

08XA, 08YA, St1S, Mst1, 05XA, 12X, 22G2A - druty.

04J, 04JA - druty ciągnione.

10BX, 08Z, R, R35, R45, R45A, R50, R55, R60, R65, K10, K18 - rury.

St36K, St41K, St44K - blachy kotłowe na walczaki, zbiorniki ciśnieniowe, rury spawane,

kołnierze, dennice, wymienniki ciepła, rury prostokątne.

E. Konstrukcyjn a o szczególnych właściwościach

•

magnetycznie miękka,

•

automatowa (łatwo obrabialna mechanicznie) - A10X, A11, A11X, A35, A45, A35G2.

F. Narzęd ziowa (PN-66/H-85020)

•

płytko hartująca się, np. N7E, N8E, N9E, N10E, N11E, N12E.

•

głęboko hartująca się, np. N5, N6, N7, N8, N9, N10, N11, N12.

2.1.2. Stale stopowe

Stal e stop owe

Oznaczenie:

..

np. 20H12M1F, 26H2MF

- bez oznaczenia, zaw. pierw. stopowego poniżej 1,5%,

- (liczba) - zaw. pierwiastków stopowych w %

- symbol pierwiastka stopowego: G – mangan, S – krzem, H

chrom, N – nikiel, M –molibden, T – tytan, F – wanad, J – glin,

Cu – miedź, W – wolfram, V - , Nb – niob, B - , A – z niższą

zawartością siarki i fosforu

- zawartość węgla w 0,01%

A. Konstruk cyjna stopowa ogóln ego przezn aczenia

•

do ulepszania cieplnego (tab. 2.2a),

•

do nawęglania (tab. 2.2b),

•

do azotowania.

Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie

−

22 −

B. Konstrukcyjn a stopowa o szczególn ym p rzeznaczeniu

•

sprężynowa (tab. 2.3a),

•

na łożyska toczne, np. ŁH15, ŁH15SG, ŁH18M, ŁH20M, ŁH20GM,

Tab. 2.2. Właściwości wytrzymałościowe stali stopowych do ulepszania (a) i nawęglania (b) w stanie

obrobionym cieplnie (PN-72/H-84030). Uporządkowane wg wartości R

e

.

a)

b)

•

do budowy sprzętu szczególnie obciążonego (tab. 2.3b),

•

do pracy w podwyższonych temperaturach, np. 16M, 15HM, 12HMF, 13HMF, 10H2M.

C. Konstruk cyjna stopowa o szczególn ym p rzeznaczeniu

•

niskostopowa o podwyższonej wytrzymałości, np. 18G2A, 22G2A.

•

odporna na korozję, np. 0H13, 0H13J, 1H13, 2H13, 2H14, 3H13, 3H14, 4H13, 4H14,

H17, 0H17T, H18, H17N2, 2H17N2, 3H17M

•

nierdzewna chromowa, np.: H5M, H6S2, 2H17, H13JS, H18JS, H24JS, H25T, H26N4,

H18N9S, H23N13, H20N12S2, H23N18, H13N4G9, 0H17N4G8, 1H17N4G9, 2H18N9,

1H18N9, 0H18N9, 00H18N10, 1H18N9T, 0H18N10T, 1H18N12T, 0H18N12Nb,

H18N10MT, H17N13M2T, 0H17N12M2T, 00H17N14M2, 0H17N16M3T,

0H23N28M3TCu, 0H22N24M4TCu

•

nierdzewne chromowo-niklowe: żaroodporna i żarowytrzymała, np. H25N20S2,

H18N25S2, H16N36S2, o szczególnych właściwościach magnetycznych, o szczególnych

właściwościach fizycznych.

Znak stali

R

m

MPa R

e

MPa

30G2

785

540

25HM

735

590

20HGS

785

640

36HNM

835

685

45G2, 35SG

880

685

30H

880

735

30HM, 37HS, 37HGNM

930

735

40H, 35HM

980

785

34HNM, 40HNMA,

38HMJ*

980

835

45H, 45HN

1030

835

30HGS

1080

835

40HM

1030

880

50H

1080

930

40H2MF

1230

1030

35HGS

1620

1275

45HNMF

1470

1325

*) Stal do azotowania

Znak stali

R

m

MPa

R

e

MPa

15H

690

490

16HG

840

590

20H

790

640

19HGM

880 ÷ 1180

640

20HG

1080 ÷ 1375

735

15HGM

930

785

18HGT,15HN

980

835

17HGN

1030

835

17HNM

1180 ÷ 1420

835

18H2N2

1230 ÷ 1470

835

18HGM

1080

880

2.0. Materiały konstrukcyjne

−

23 −

D. S topowa narzęd ziowa

•

do pracy na zimno, np. NWV4, NWV1, NWC, NV, NMV, NCL, NCS, NC6, NC10,

•

do pracy na gorąco,

•

szybkotnąca, np. SW9, SW14, SW18, SK5, SW9C, SW12C, SK10V, SK5V, SKC.

Tab. 2.3. Właściwości wytrzymałościowe stali; a) węglowych i stopowych - sprężynowych po ulep-

szaniu cieplnym (PN-74/H-84032), b) do budowy elementów szczególnie obciążonych ( PN-
72/H-84035).

a)

b)

Stale stopowe (przykłady typowych zastosowań):

26H2MF, 21HMF, 20HMFTB - na śruby, nakrętki, podkładki, przekładki, kołki, sworznie,

rozpórki, kołnierze, łączniki rur itp.

19G2, 16M, 15HM, 10H2M, 12HMF, 13HMF, 20H12M1F - na rurociągi w instalacjach

kotłowych i turbin parowych.

26H2MF, 23H2MF, 32HN3M, 34HN3M, 20MF, 15H11MF, 15H12WMF, 23H12MNF,

21HMF - na wały wirnikowe, tarcze i łopatki turbin parowych.

H9S2, H10S2M, 4H14N14W2M, 50H21G9N4 - stale zaworowe.

UWAGA! Zgodnie z PN-EN 10027-1 i PN-EN 10027-2 wchodzą w życie nowe oznaczenia

stali. Nowy system oznaczeń stali konstrukcyjnych przedstawiono w tablicy 2.4.

2.2. Staliwa

Staliwa - odlewnicze stopy żelaza z węglem i ewentualnie z pierwiastkami stopowymi

(tab. 2.4).

•

węglowe - o zawartości węgla do 0,6%,

•

stopowe - o zawartości węgla do 1,4% z dodatkami stopowymi.

Znak stali

Znak

stali

R

m

MPa R

e

MPa

65, 65G

980

780

75

1080

880

50S

1080

930

85

1130

980

45S

1180

980

50S2, 50HF

1280

1080

55S2, 50HS

1320

1180

40S2

1370

-

60S2,50HG

1370

1180

60S2A

1520

1180

60SGH

1370

1230

60SG

1570

1370

Znak stali

R

m

MPa R

e

MPa

12HN3A

930

690

30HN2MFA

880

785

20HN3A

930

785

30H2N2M

980

835

25HGS

1080

835

18H2N4WA

1130

835

30HN3A

1080

880

25H2N4WA

1080

930

12H2N4A

1130

930

37HN3A

1130

980

20H2N4A

1275

1080

30HGSNA

1620

1370

65S2WA

1860

1670

Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie

−

24 −

2.3. Żeliwa

Odlewnicze stopy żelaza z węglem, zawierające 2,5 - 4,5%C oraz pewne ilości krze-

mu, manganu, fosforu i siarki pochodzenia metalurgicznego.

Tab. 2.4. System oznaczania stali konstrukcyjnych wg PN-EN 10027-1.

System oznaczenia:

G S nnn an ... + an + an ...

1)

Symbole główne

Symbole dodatkowe

Litery

Wł. mechan.

Dla stali grupy 1

2) 3)

Dla stali grupy 2

4)

Dla wyrobów

Udarność, [J]

27 J

40 J 60 J

Temp.

0

C

JR

JO

J2
J3
J4
J5
J6

KR

KO

K2
K3
K4
K5
K6

LR

LO

L2
L3
L4
L5
L6

20

0

-20
-30
-40
-50
-60

G – staliwo

S – stal

konstruk-
cyjna

R

emin

[MPa]

dla najmn.

zakresu

wymiaro-

wego

M – walcow. termomech.,
N – normaliz. lub walcow.
normalizująco,
Q – ulepsz. Cieplnie,
G – inne cechy np. tech-
nologiczne uzupełnione
jedną lub dwoma cyframi

C – do formowa-
nia na zimno,
D – do powleka-
nia na gorąco,
E – do emaliowa-
nia,
F – do kucia,
L – do stosowania
w niskich tempe-
raturach,
O – na platformy
morskie,
P – na pale sza-
lunkowe,
S – do budowy
statków,
T – na rury,
W – odporne na
korozję atmosf.
an – symb. chem.
wymagan. dodat-
ków.

Wg załączni-

ka normy

PN-EN

10027-1 (tab.

1, 2, 3)

1)

n – symbole cyfrowe, a – symbole literowe, an – symbole alfanumeryczne.

2)

Symbole M, N i Q w grupie 1 dotyczą stali drobnoziarnistych.

3)

Stale oznaczone wg zastosowania i właściwości fizycznych lub mechanicznych.

4)

Stale oznaczone wg składu chemicznego.

Staliwa

Oznaczenie: L np. L450, L17HMII

I - zwykłej jakości,

II - wyższej jakości.

- trzycyfrowa liczba oznaczająca wytrzymałość na rozciąganie (R

m

[MPa])w

stanie znormalizowanym dla oznaczenia staliw węglowych. W staliwach sto-
powych - łańcuch symboli jak w stalach stopowych.

2.0. Materiały konstrukcyjne

−

25 −

2.3.1. Żeliwa węglowe

Szare

PN-86/M-83101 (tab. 2.5).

Największe zastosowanie przemysłowe spośród żeliw. Do-

bre właściwości odlewnicze, dobre właściwości przeciwcierne i zdolność tłumienia drgań.

Ż

eliwa szare modyfikowane – o drobniejszych wydzieleniach grafitu płytkowego. Materiał

anizotropowy – ok. 4-krotnie niższa wytrzymałość na rozciąganie od wytrzymałości na ści-

skanie.

Tab. 2.4. Właściwości wytrzymałościowe staliw. Uporządkowane wg wartości R

e

.

Rodzaj

Znak stali-

wa

R

m

MPa R

e

MPa Zastosowanie

L400

400

250

L450

450

260

L500

500

320

L600

600

360

Staliwo węglowe

wg PN-85/H-83152

L650

650

380

W stanie

znormalizo-

wanym

L17HM

590

245

L20G

550

300

L25HN

500

300

L30GS

650

390

L35G

650

400

L35GM

620

410

L30H

700

450

L25HM

750

450

L40H

700

500

L35HN

750

550

L35HNM

750

550

L35HGS

850

650

L30HNM

880

700

Staliwa stopowe

wg PN-87/H-83156

L40HF

1200

900

W stanie

obrobionym

cieplnie

Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie

−

26 −

Sferoid aln e

PN-86/H-83123. Grafit w postaci kulkowej. Zastępuje z powodzeniem staliwo i nie-

które odkuwki stalowe.

Białe

Stosowane zazwyczaj w postaci warstwy powierzchniowej na żeliwie szarym co

zwiększa odporność na ścieranie.

Ciągliwe

PN-82/H-83221.Uplastycznione żeliwa białe. Łączy dobre właściwości odlewnicze

ż

eliwa z dobrymi właściwościami mechanicznymi staliwa. Rozróżnia się:

•

ciągliwe białe,

•

ciągliwe czarne.

2.3.2. Żeliwa stopowe

Otrzymane przez dodanie pierwiastków stopowych. Wyróżnia się następujące grupy

ż

eliw stopowych: niklowe PN-79/H-83115, chromowe PN-79/H-83115, molibdenowe PN-

72/H-83173, miedziowe PN-72/H-83170, aluminiowe PN-75/H-83112, tytanowe PN-72/H-

83171, wanadowe PN-72/H-83172, antymonowe PN-71/H-83125, krzemowe PN-79/H-

83111, manganowe PN-76/H-83114.

Tab. 2.5. Właściwości wytrzymałościowe żeliw szarych (PN-86/M-83101)

Znak

ż

eliwa

Grubość

ś

cianki odle-

wu [mm]

R

m

[MPa]

Ś

rednia wy-

trzymałość na

zginanie [MPa]

Min. moduł

sprężystości

[10

5

MPa]

4 ÷ 8

140

-

8 ÷ 15

120

-

15 ÷ 30

100

-

Zl100

30 ÷ 50

80

-

0,7 ÷ 1,1

4 ÷ 8

220

340

8 ÷ 15

170

320

Żeliwa

Oznaczenie: Z np: Zl450, Zs55003, Zcp60003, ZlNi30Si5Cr5

- wydłużenie A

5

w [%].

- wytrzymałość na rozciąganie R

m

[MPa] (trzy znaki),

- dla żeliw stopowych, składniki stopowe: symbol chemiczny pierwiastka i

zawartość w [%] (dwa znaki),

- l - szare lub stopowe,

- s - sferoidalne,

- cb - ciągliwe białe,

- cc - ciągliwe czarne,

- p - ciągliwe perlityczne

2.0. Materiały konstrukcyjne

−

27 −

15 ÷ 30

150

300

30 ÷ 50

110

270

4 ÷ 8

270

410

8 ÷ 15

220

390

15 ÷ 30

200

360

Zl200

30 ÷ 50

160

330

8,5 ÷ 1,1

4 ÷ 8

310

-

8 ÷ 15

270

460

15 ÷ 30

250

420

Zl250

30 ÷ 50

210

390

0,9 ÷ 1,1

8 ÷ 15

320

-

15 ÷ 30

300

480

Zl300

30 ÷ 50

260

450

1,2 ÷ 1,45

8 ÷ 15

380

-

15 ÷ 30

350

540

Zl350

30 ÷ 50

310

510

1,3 ÷ 1,55

2.4. Stopy miedzi

Stopy miedzi - materiały konstrukcyjne w których głównym składnikiem stopowym

jest miedź. Rozróżnia się następujące rodzaje stopów miedzi.

2.4.1. Miedź techniczna

Zawiera od 0,01 ÷ 1,0% zanieczyszczeń. Rozróżnia się miedź: surową, rafinowaną i

przetopioną. A ta ostatnia dzieli się na : beztlenową, tlenową i odtlenioną PN-77/H-82120.

2.4.2. Miedź stopowa

PN-79/H-87053. Zawiera do 2% dodatków stopowych. Przeznaczona do przeróbki

plastycznej

2.4.3. Mosiądze

Stopy miedzi w których głównym składnikiem stopowym jest cynk w ilości powyżej

2%. Dzielą się na mosiądze odlewnicze PN-79/H-87026 (tab. 2.6) i do przeróbki plastycznej

PN-77/H-87025 (tab. 2.7), a te ostatnie na mosiądze dwuskładnikowe, ołowiowe, wysoko-

niklowe i specjalne.

Tab. 2.6. Właściwości wytrzymałościowe mosiądzów odlewniczych ( PN-79/H-87026).

Stopy mi ed zi

Oznaczenie:  np: MA58, MNM201, BA1032, BB2T

- zawartość [%] składników stopowych,

- M, MA, MC, MK, MM, MO - mosiądze,

- MN, MNA, MNK, MNM, MNŻ - miedzionikle,

- B, BA, BB, BK, BM - brązy,

Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie

−

28 −

Tab. 2.7. Właściwości wytrzymałościowe mosiądzów do obróbki plastycznej ( PN-82/H-93620.01).

Ozna-

czenie

Ś

rednica

pręta

okrągł.

[mm]

Bok pręta

6 lub 4

kątnego

[mm]

Grubość

pręta pro-

stokątnego

[mm]

Szerokość

pręta pro-

stokątnego

[mm]

Stan

techno-

logicz-

ny

R

m

[MPa]

10 ÷ 160 10 ÷ 100

5 ÷ 40

20 ÷ 150

pp

270

2 ÷ 50

3 ÷ 46

2 ÷ 25

4 ÷ 60

r

290

2 ÷ 50

3 ÷ 46

2 ÷ 25

4 ÷ 60

z4

370

2 ÷ 13

3 ÷ 13

-

-

z6

440

M63

2 ÷ 6

-

-

-

z8

490

10 ÷ 160 10 ÷ 100

5 ÷ 40

50 ÷ 150

pp

340

2 ÷ 50

3 ÷ 46

-

-

r

330

M60

2 ÷ 50

3 ÷ 46

2 ÷ 25

4 ÷ 60

z4

390

2 ÷ 13

3 ÷ 13

-

-

z6

470

10 ÷ 160 10 ÷ 100

4 ÷ 40

20 ÷ 150

pp

350

MO58A

2 ÷ 50

3 ÷ 50

2 ÷ 25

4 ÷ 60

r

360

10 ÷ 160 20 ÷ 100

5 ÷ 40

20 ÷ 150

pp

290

2 ÷ 50

3 ÷ 46

-

-

z4

340

MO62

2 ÷ 13

3 ÷ 13

-

-

z6

430

2 ÷ 20

-

-

-

z4

390

MO61

2 ÷ 13

-

-

-

z6

460

MK80

4 ÷ 100

-

-

-

pp

390

2 ÷ 22

3 ÷ 20

2 ÷ 14

4 ÷ 30

z4

430

22 ÷ 50

20 ÷ 50

14 ÷ 25

30 ÷ 60

z4

410

2 ÷ 13

3 ÷ 13

-

-

z6

500

MO58B

MO58
MO59

2 ÷ 8

-

-

-

z8

540

MA58

10 ÷ 160 10 ÷ 100

10 ÷ 40

20 ÷ 150

pp

590

10 ÷ 160 10 ÷ 100

5 ÷ 40

20 ÷ 150

pp

490

2 ÷ 50

3 ÷ 50

2 ÷ 25

4 ÷ 60

r

370

2 ÷ 50

3 ÷ 50

2 ÷ 25

4 ÷ 60

z4

440

MM59

2 ÷ 13

3 ÷ 13

-

-

z6

490

pp - próbka wyciskana, r - rekrystalizowany,

z4 - półtwardy, z6 - twardy, z8 – sprężysty

Ozna-

czenie

Stan tech-

nologiczny

R

m

[MPa]

R

e

[MPa

]

lp

360

120

MM47

lk

400

140

lp

450

lk

500

MM55

le

400

180

lp

250

120

MM58

lk

350

160

lp

400

170

lk

480

200

MA58

lg

480

200

lp

250

lk

270

lc

280

MO59

lg

300

120

lp

250

MO60

lk

280

120

lp

300

MA67

lk

400

180

lp

300

140

MK80

lk

400

160

lp - odlew piaskowy, lk - odlew koki-
lowy, le - odlew odśrodkowy, lg - przy
odlewaniu ciągłym

2.0. Materiały konstrukcyjne

−

29 −

2.4.4. Miedzionikle

PN-78/H-87052. Stopy miedzi do przeróbki plastycznej w których głównym składni-

kiem stopowym jest nikiel w ilości powyżej 2%. Np. MN25 – na monety, MNM401 – kon-

stantan (drut do termopar).

2.4.5. Brązy

Stopy miedzi w których głównym składnikiem stopowym w ilości powyżej 2% jest

cyna lub glin, krzem, beryl, ołów i mangan. Brązy dzielą się na odlewnicze PN-79/H-87026 i

do przeróbki plastycznej PN-77/H-87050. Brązy aluminiowe podlegają ulepszaniu cieplnemu,

brązy krzemowe i berylowe - utwardzaniu dyspersyjnemu.

2.5. Stopy aluminium

Po stopach żelaza najbardziej rozpowszechnione tworzywa konstrukcyjne.

2.5.1. Aluminium technicznie czyste

Zawiera od 0,01 ÷ 1,0% zanieczyszczeń (głównie Fe, Si, Cu, Zn i Ti). Rozróżnia się

aluminium: hutnicze (99,8, 99,7, 99,5, 99,0% Al) i rafinowane (99,99 i 99,95% Al).

2.5.2. Odlewnicze stopy aluminium

Stopy z krzemem, miedzią, magnezem, manganem (tab. 2.8). Zawierają także: nikiel

lub tytan. Stopy z krzemem (siluminy) poddaje się modyfikacji w celu uzyskania struktury

drobno-ziarnistej.

2.5.3. Do przeróbki plastycznej

Stosowane b ez ob róbki ci epln ej

PN-76/H-88027. Stopy: Al-MN, Al-Mg, Al-Mg-Mn. Stosuje się umacnianie przez

zgniot. Duża plastyczność, mała wytrzymałość.

Utwardzane dysp ersyjni e

PN-79/H-88026. Należą do nich tzw. durale (stopy z miedzią) (tab. 2.9).

Tab. 2.8. Właściwości wytrzymałościowe odlewniczych stopów aluminium ( PN-76/H-88027).

Właściwości, min

Sym-

bol

Stan

R

m

, MPa R

0,2

, MPa A

5

% HB

AK20 tb

200

-

0,2

90

AK12 tb

220

-

0,5

95

AK11

b

te

180
200

90

-

3
6

55
55

AK9

b

tb

180
240

100
200

2

1,5

60
80

AK7

b

te

160
190

110

90

2
4

60
60

Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie

−

30 −

AK64

b

170

110

1

70

AK52

b

tb

170
240

-
-

1

0,5

70
75

AK51

b

tb

180
230

120
200

1

0,5

70
75

AG10 te

300

170

10

70

AG51

b

160

90

3

60

AM5

te

210

150

6

60

AM4

ta

330

200

8

90

b – bez obróbki cieplnej,
ta – natur. utwardzony wydzielinowo,
tb – sztucznie utwardzony wydzielinowo,
te – przesycony.

Tab. 2.9. Właściwości wytrzymałościowe plastycznych stopów aluminium ( PN-76/H-88027).

Wymiary, mm

Właściwości, min

Symbol Stan

d, a, s

g

R

m

,

MPa

R

0,2

,

MPa

A

5

% A

10

%

HB

Z

go

,

MPa

pp

100

40

17

15

30

r

Wszystkie wy-

miary

100

40

18

16

30

z4

do 30

do 20 130

90

9

8

40

PA43

z6

do 20

do 8

160

140

4

3

50

pp

150

60

16

14

40

-

r

Wszystkie wy-

miary

150

60

17

15

40

120

z4

do 30

do 20 180

110

9

8

50

-

PA2

z6

do 20

do 8

210

160

4

3

60

125

pp

180

60

15

13

45

-

r

Wszystkie wy-

miary

180

80

16

14

45

110

z4

do 30

do 10 230

140

9

8

65

120

PA11

z6

do 15

do 5

250

180

4

3

75

PA13

pp

270

160

12

10

60

pp

240

120

14

12

55

-

r

Wszystkie wy-

miary

240

100

16

14

55

135

z4

do 30

do 10 250

150

7

6

70

PA20

z6

do 15

do 5

290

200

4

3

90

pp

100

40

17

15

25

-

r

Wszystkie wy-

miary

90

40

17

15

20

54

z4

do 30

do 15 120

100

6

5

35

63

PA1

z6

do 20

do 8

150

120

4

3

40

68

ta

140

80

14

12

50

tb

do 120 wycisk.

wszystk. ciągn. 220

160

12

10

70

pp,tc

120

60

15

13

50

pp,td

do 15

200

140

12

10

70

pc,tg

140

80

10

8

50

PA38

pc,tl

do 12

220

160

8

6

70

ta

200

100

12

10

60

PA4

tb

do 120 wycisk.

wszyst. ciągn.

270

200

10

8

80

-

2.0. Materiały konstrukcyjne

−

31 −

Rm

1)

pc, tl

wszyst. wym.

310

250

9

7

95

ta

180

110

15

13

55

tb

do 120 wycisk.

wszyst. ciągn.

260

230

10

8

80

PA45

pp,tb

Rm

2)

290

250

104)

-

85

pp,ta

180

100

16

14

55

73

PA10

pp,tb

do 120

290

230

14

12

85

do 20 wycisk. i

ciągn.

380

250

12

10

105

20÷120 wycisk.

PA6

ta

20÷50 ciągn.

390

270

10

8

105

-

Tab. 2.9. Cd.

do 30 ciągn.

410

270

10

8

110

105

do 120 wycisk.

PA7

ta

30 ÷ 50 ciągn.

430

290

10

8

115

PA29

350

270

12

10

95

-

PA30

390

310

6

-

105

140

PA31

do 120

350

270

14

12

95

do 20

440

-

12

10

110

pp,tb

20 ÷ 120

450

-

12

10

110

-

PA33

pp,tb
Rm

3)

do 120

470

410

7

4)

-

115

125

do 20 wycisk.

wszyst. ciągn.

490

390

7

6

130

150

PA9

tb

20 ÷ 120 wyci-

skane

530

420

7

6

140

-

Wym. pręta: a – kwadrat., d – okrągł., s – sześciokątn. g – grubość blachy.
pc – ciągniona, pp – wyciskana, r – rekrystalizowana, ta – naturalnie. utwardz.
wydzielinowo, tb – sztucznie utwardz. wydzielinowo, tc – naturalnie starzony,
td – sztucznie starzony, tg - naturalnie starzony i zgnieciony, tl – przesyc.,
zgniec. i szt. starzony, z4 – półtwardy, z6 – twardy.

1)

R

m

= 310 MPa,

2)

R

m

= 290 MPa,

3)

R

m

= 470 MPa,

4)

Wydłużenie A

4

.

2.6. Stopy magnezu

Najczęściej stosowane są stopy podwójne Mg-Mn i wieloskładnikowe Mg-Al.-Zn-Mn

i Mg-Zn-Zr. Gęstość ok. 1,74 g/cm

3

. Wytrzymałość na rozciąganie 150 ÷ 350 MPa.

2.6.1. Stopy odlewnicze

PN-75/H-88050. Oznaczenia: GA3, GA6, GA8, GA10, GZ5, GRE3.

2.6.2. Do przeróbki plastycznej

Brak aktualnej normy. Oznaczenia: GA, GA3, GA5, GA6, GA8, GZ3, GZ5, GME.

Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie

−

32 −

2.7. Stopy łożyskowe

Do wytwarzania panewek łożysk ślizgowych.

2.7.1. Cynowe

PN-82/H-87111. Oznaczenia: Ł89, Ł83, Ł83Te, Ł80S, Ł16, Ł10As, Ł6.

2.7.2. Cynkowe

PM-80/H-87101. Oznaczenia: Z105, Z284.

2.8. Tworzywa

polimerowe

Rozróżniamy: elastomery – po zdjęciu obciążenia powracają do pierwotnej postaci,

plastomery – pozostałe tworzywa.

Tworzywa termoplastyczne (termoplasty) utwardzane podwyższoną temperaturą:

•

plastomery: polietylen, polichlorek winylu: twardy, zmiękczony, spieniony; polistyren,

kopolimery ABS, poliamidy, polimetakrylan metylu, poliwęglany, poliacetale, polioksyfe-

nylen, poliestry termoplastyczne, termoplastyczne estry celulozy: azotan celulozy, octan

celulozy, octano-maślan celulozy, tworzywa fluorowe, fenoplasty, aminoplasty,

•

elastomery termoplastyczne.

Tworzywa utwardzalne (duroplasty) utwardzane chemicznie

•

plastomery: żywice poliestrowe nienasycone, żywice epoksydowe, silikony.

•

eleastomery: kauczuki: naturalny, syntetyczne: butadienowe, butadienowo-

akrylonitrylowe, butadienowo-styrenowe, chloropremowe, izopremowe, butylowe, akry-

lowe, wielosiarczkowe, silikonowe, fluorowe, ebonit.

2.9. Spieki ceramiczno-metalowe

2.9.1. Cermetale Cr-Al

2

O

3

Zastosowanie jako materiały narzędziowe i konstrukcyjne do prac wymagających od-

porności na ścieranie i wysoką zmienną w czasie – temperaturę.

2.9.2. Cermetale SAP

Na części: samochodów i samolotów, łopatki sprężarek, tłoki silników, blachy poszy-

cia samolotów odrzutowych, aparatury elektrotechnicznej i jądrowej.

2.10. Drewno

Tworzywo naturalne. Gęstość 0,45 ÷ 0,83 g/cm

3

. Materiał higroskopijny o ograniczo-

nej trwałości.

2.10.1. Forniry

2.0. Materiały konstrukcyjne

−

33 −

PN-85/D-97101. Dzielą się na: okleiny – do oklejania wyrobów stolarskich, obłogi –

podkład pod okleinę, farbę itp. Cienkie płyty o grubości 0,4 ÷ 3,0 mm.

2.10.2. Sklejka

PN-83/D-97005/11. Płyty sklejane z nieparzystej liczby fornirów o włóknach skrzy-

ż

owanych względem siebie. Dzieli się na: suchotrwałą, półwodooddporną, wodoodporną.

2.10.3. Płyty pilśniowe

BN-74/7122-11. Płyty z włókien lignocelulozowych. Dzielą się na: miękkie, twarde,

bardzo twarde.

2.10.4. Lignofol

BN-74/7126-01. Płyty warstwowe ze sklejanych graniaków. Dzieli się na: rónoległy,

równoległy wzmocniony, krzyżowy i gwiaździsty. Oraz na: zwykły i samosmarowny.

2.10.5. Drewno prasowane

Drewno prasowane w podwyższonej temperaturze i nasycone żywicą fenolowo-

formaldehydową lub melaminowo- formaldehydową. Gęstość do 1,45 g/cm

3

.

Piśmiennictwo

[1] Ciszewski A., Radomski T.: Materiały konstrukcyjne w budowie maszyn, PWN, War-

szawa 1989.

[2] Luty W.: Poradnik inżyniera, obróbka cieplna stopów żelaza, WNT, Warszawa 1977.