Temat: Balustrady schodów
zewnętrznych

Optymalizacja właściwości i

zastosowań stali

Prowadzący:
Dr inż. Tomasz
Kachlicki

Spis treści

Spis treści

1. Balustrady schodów zewnętrznych – charakterystyka.
2. Warunki pracy.
3. Technologia wytwarzania.
4. Dobrane materiały.
5. Porównanie dobranych materiałów.
6. Podsumowanie.

1. Budowa

1. Budowa

• Balustrada składa się z:
• słupków nośnych

zapewniają  one stabilność całej

balustrady, do nich mocowana jest

poręcz oraz wypełnienie balustrady.

• poręczy

to na niej opiera się nasza dłoń. Kształt i

średnica poręczy powinny być dobrane

do dłoni, te najwygodniejsze mają

średnice od 4 do 5 cm i przekrój okrągły.

• wypełnienia balustrady

mogą to być elementy pionowe, poziome

(stalowe linki bądź pręty) lub wypełnienie

pełne wykonane np. ze szkła.

• mocowanie z podłożem
• połączenia
• elementy wykończeniowe i ozdobne

Funkcje

Funkcje

• Schody zewnętrzne i wewnętrzne, służące do pokonania wysokości

przekraczającej 0,5 m, powinny być zaopatrzone w balustrady lub
inne zabezpieczenia od strony przestrzeni otwartej.

• Ułatwienie dla osób poruszających się po schodach
• Element dekoracyjny

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 r. w sprawie

warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie
(Dz.U. 2002 r., Nr 75, poz. 690)

2. Warunki pracy

2. Warunki pracy

Wymagania:
- odporność na korozję
- odporność na amplitudy temperatur (ok. -20 do 30°C)
- odporność na mikroorganizmy/szkodniki
- estetyczny wygląd
- sztywność
- odporność na ścieranie
- odporność na drobne zarysowania/zadrapania (np.

pierścionkami)

3. Technologia wytwarzania

3. Technologia wytwarzania

Balustrady:
• Szklane - szkło jest przycinane do określonego kształtu

modułów przy użyciu obrabiarek CNC.

• Drewniane – łączenie elementów drewnianych obrobionych

mechanicznie.

• Metalowe – obróbka plastyczna oraz spawanie rur, prętów,

profili lub elementów kutych.

4. Dobrane materiały

4. Dobrane materiały

• Drewno dębowe
• Szkło laminowane
• Stale:

- nierdzewna austenityczna X5CrNi18-10 (0H18N9)
- niestopowa podstawowa konstrukcyjna ogólnego
zastosowania St3S

• Mosiądz CuZn37 (M63)

Drewno dębowe

Drewno dębowe

 Stabilne wymiarowo, twarde, odporne na ścieranie i wilgoć;

trudno zapalne.

 Łatwe w obróbce.
 Może ciemnieć, zwłaszcza pod wpływem wody oraz

pewnych związków chemicznych.

 Wady: spękania spowodowane mrozem, zgnilizna, chodniki

owadzie, zasinienie spowodowane przez korozję metali.

Drewno dębowe

Drewno dębowe

 Właściwości mechaniczne:

 Obróbka mechaniczna: cięcie, skrawanie, gięcie, polerowanie.
 Obróbka powierzchni:  dobra; daje się bejcować lub lakierować;

należy stosować wypełniacze porów, zaleca się również środki
światłoochronne.

 Recykling: tak, np. na płyty wiórowe lub jako źródło energii

Właściwość

Wartość

Wytrzymałość na rozciąganie
R

m

50-90-180 MPa

Granica plastyczności R

0,2

-

Wydłużenie A

-

Twardość

34-66 HB

Moduł sprężystości E

10 -13 GPa

Szkło laminowane

Szkło laminowane

 Składa się z dwóch tafli szkła, połączonych przezroczystą folią

(PVB). Folia utrzymuje szkło na miejscu: w przypadku stłuczenia
odłamki pozostają przyklejone do folii.

 Odporne na działanie czynników atmosferycznych.
 Można wymieniać pojedyncze moduły po uszkodzeniu.

SiO

2

Na

2

O

CaO

MgO+Al

2

O

3

+Fe

2

O

3

70-72

15

10

reszta

Szkło laminowane

Szkło laminowane

 Właściwości mechaniczne:

 Szkło płaskie stawia opór dziesięć razy wyższemu obciążeniu

ściskającemu w porównaniu z maksymalnym obciążeniem
rozciągającym.

 Może być hartowane dla polepszenia właściwości

wytrzymałościowych i bezpieczeństwa.

 Można zastosować powłoki samoczyszczące.
 Recykling: tak, całkowity.

Właściwość

Wartość

Twardość w skali Mohsa

5-7

Wytrzymałość na ściskanie

800-1000 MPa

Moduł sprężystości E

70 GPa

Wytrzymałość na zginanie

30-50 MPa

Stal nierdzewna

Stal nierdzewna

austenityczna X5NiCr18-10

austenityczna X5NiCr18-10

 Korzystna kombinacja podatności do obróbki,

właściwości mechanicznych i odporności na
korozję.

 Wysoka odporność na korozję w niekorzystnych

warunkach atmosferycznych (nie wymagają
dodatkowego zabezpieczenia powierzchni –
pasywuje.)

 Bardzo dobra zdolność do przeróbki

plastycznej na zimno.

 Wysokie wartości udarności, także w niskich

temperaturach.

 Bardzo dobra spawalność.

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

≤ 0,07

≤0,80

≤2,0

0,45

0,03

17,0-

19,0

9,0-11,0

Stal nierdzewna

Stal nierdzewna

austenityczna X5NiCr18-10

austenityczna X5NiCr18-10

 Właściwości mechaniczne:

 Obróbka cieplna: przesycanie - 1000-1100

o

C 10-30 min., chłodzenie

w wodzie

 Obróbka powierzchni: usuwanie zgorzeliny, trawienie oraz

szlifowanie lub polerowanie

 Recykling: tak, całkowity.

Właściwość

Wartość

Wytrzymałość na
rozciąganie R

m

500-700 MPa

Granica plastyczności R

0,2

min 200 MPa

Wydłużenie A

min 45%

Twardość

max 215 HB

Moduł sprężystości E

200 GPa

Stal niestopowa podstawowa

Stal niestopowa podstawowa

konstrukcyjna ogólnego zastosowania

konstrukcyjna ogólnego zastosowania

St3S

St3S

 Powszechnie stosowany.
 Wymaga zabezpieczenia powierzchni przez

cynkowanie

–

Warstwa cynkowa: powłoka antykorozyjna
wytrzymała na uszkodzenia mechaniczne,
ścieranie, erozję, udary, wolna od
porowatości, wykazująca doskonałą
przyczepność do podłoża.

 Dodatkowo można zabezpieczyć, np. przez

malowanie proszkowe.

 Przeznaczona na konstrukcje spawane.
 Niska cena materiału.

C

Si

Mn

P

S

≤0,22

0,10-

0,35

≤1,10

≤0,05

≤0,05

Stal niestopowa podstawowa

Stal niestopowa podstawowa

konstrukcyjna ogólnego zastosowania

konstrukcyjna ogólnego zastosowania

St3S

St3S

 Właściwości mechaniczne:

 Stosowane w stanie surowym lub normalizowanym
 Recykling: tak (cenne źródło cynku)

Właściwość

Wartość

Wytrzymałość na
rozciąganie R

m

360-490 MPa

Granica plastyczności R

0,2

225 MPa

Wydłużenie A

25 %

Twardość

120 HB

Moduł sprężystości E

210 GPa

Mosiądz CuZn37 (M63)

Mosiądz CuZn37 (M63)

 Odporny na korozję w większości

środowisk.

 Łatwy w obróbce plastycznej na

zimno.

 Lutowalny.
 Odporność na zimno: stabilny w

niskich temperaturach.

 Wady: Mosiądze łatwo ulegają korozji

naprężeniowej, objawiającej się tzw.
sezonowym pękaniem.

Cu

Fe

Ni

Pb

Zn

62-64

≤0,1

≤0,3

≤0,1

reszta

Mosiądz CuZn37 (M63)

Mosiądz CuZn37 (M63)

• Właściwości mechaniczne:

• Mogą być stosowane różne powłoki : niklowe, chromowe itd.
• Recykling: tak, całkowity

Właściwość

Wartość

Wytrzymałość na
rozciąganie R

m

320-750 Mpa

Granica plastyczności R

0,2

100-700 Mpa

Wydłużenie A

63-5 %

Twardość

56-110 HB

Moduł sprężystości E

110 GPa

5. Porównanie dobranych

5. Porównanie dobranych

materiałów

materiałów

6. Podsumowanie

6. Podsumowanie

Po wykonaniu analizy najbardziej optymalnym rozwiązaniem okazała

się stal nierdzewna. Jest to materiał, który najlepiej spełnia
wymagania stawiane na produkcję balustrad schodów
zewnętrznych.

Materiał jest odporny na warunki atmosferyczne, nie wymaga

nakładania dodatkowych powłok ochronnych po zastosowaniu
odpowiedniej obróbki podczas wytwarzania elementów.
Dodatkowo stal nierdzewną 0H18N9 charakteryzuje łatwość
przeróbki oraz spawania, a także całkowite podleganie
recyklingowi.

Drugi materiał, który również otrzymał wysoką ocenę to stal

niestopowa St3S. Wynika to głównie z niskiej ceny materiału,
dobrej spawalności, a także odporności i trwałości warstwy
cynkowej.

Materiał

Drewno

dębowe

Szkło

laminowan

e

Mosiądz

Stal

nierdzewna

Stal

niestopowa

Σγ

6,68

6,10

6,92

8,20

7,83

Literatura:
• L.A. Dobrzański, Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo,

WNT

• A. Barbacki, Materiały w budowie maszyn
• Internet