Materiałoznawstwo

W – 9

Metale jako materiały

inżynierskie

Materiałoznawstwo

W – 9

Metale jako materiały

inżynierskie

Układ okresowy

pierwiastków

C s

O s

A u

H g

Ac-

Dubn

Seab

org

Bohr

Has

Meit

ner

Lanta

Cer

Praze

odym

Neod

Prom

Sama

Euro

Gado

lin

Terb

Dysp

roz

Holm

Erb

Tul

Iterb

Lutet

Akty

Tor

Prota

ktyn

Uran

Nept

Pluto

Amer

Kiur

Berk

Kalif

orn

Einst

ein

Ferm

Mend

elew

Nobe

Loren

Charakter chemiczny pierwiastka

METALE

NIEMETALE

GAZY SZLACHETNE

PÓŁMETALE

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Metale – grupa materiałów, których podstawą

specyficznych

właściwości

są

wiązania

specyficznych

właściwości

są

wiązania

metaliczne.

Wiązania metaliczne – tworzą się między

atomami z reguły tych samych pierwiastków -

metali - w wyniku oddziaływań wielkiej liczby

swobodnych elektronów i dodatnich rdzeni

atomowych (Energia wiązania

= 200-500

kJ/mol

)

Podstawowe cechy metali

1. Wysoka wartość modułu

sprężystości – możliwość

jego

zmiany

przez

modyfikację

chemiczna

lub obróbkę cieplną,

2. Ciągliwość,

3. Słaba

odporność

korozję,

4. Jednakowa wytrzymałość

ściskanie

rozciąganie,

5. Są

dobrymi

przewodnikami prądu.

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Epoka
brązu

Epoka
żelaza

żelaza

162
0

1000
pne

4000
pne

Epoka stopów
metali

Epoka
kompozytów

1960

Materiałoznawstwo: W
- 9

Podstawowy podział metali

ze względu na g

stość

• lekkie (



< 5000 kg/m

): Li, Mg, Al

• ciężkie (



≥ 5000 kg/m

): Fe, Cr, Ni, Sn, Pb,

Hg.

ze względu na temperaturę topnienia

• metale łatwotopliwe, (T

< 700

C):Sn, Zn,

• metale trudnotopliwe (T

≥ 700

C): Fe, Cr,

W, Ni.

Cechą typową dla metali jest ich możliwość

łączenia na gorąco przez:

• spawanie,
• zgrzewanie

(nagrzewanie

łączonych

krawędzi

lub

powierzchni

stanu

plastycznego i mocny docisk),

• lutowanie (wprowadzanie między rozgrzane

metale stopionego lutu (innego metalu –

stopy cyny lub miedzi).

Metale

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Metale żelazne jako materiały inżynierskie

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Otrzymywanie surówki w procesie wielkopiecowym

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

ogólny szczegółowy

Surówka

Surowiec do produkcji stali

szare

Grafit

białe

Cementyt

perlityczne

Grafit+cementyt

sferoidalne

Kulki grafitowe

Staliwo

Stop żelaza z węglem

odlewany do form

Stale

narzędziowe

Narzędzia

Stale

specjalne

Elementy wysokiej

wytrzymałości,

żaroodporne itp..

Kształtowniki, profile

stosowane jako materiały

konstrukcyjne

0,5 1,2

0,05 1,0

0,05 0,7

że

ęg

Żeliwo

Stal

Stale

konstrukcyjne

26,67

2

0,1 0,6

Przemysł maszynowy

(odlewy) Tubingi do

wznoszenia wodoszczelnej

obudowy szybów i tuneli

Rodzaj

Podział

Zawartość węgla, %

Zastosowanie

Metale żelazne jako materiały inżynierskie

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Metale kolorowe w technice

Rodzaj

Metal

Zastosowanie

Chrom (Cr)

Stale stopowe, powłoki antykorozyjne, przemysł farb (pigmenty),

środki polerskie

Miedź (Cu)

Produkcja blach, rur, drutu , dodatek do stali stopowych

Cynk (Zn)

Pokrywanie elementów stalowych w celach antykorozyjnych,

przemysł farb (biel cynkowa ZnO), farby świecące (luminofor ZnS)

Ołów (Pb)

Przemysł elektrotechniczny, materiały uszczelniające, Przemysł

farb, pigmenty farby ochronne – minia Pb

Glin (Al)

(aluminium

duraluminium)

Wyroby aluminiowe i duraluminiowe stopy z magnezem dużej

wytrzymałości), środek do spieniania betonów komórkowych.

Magnez (Mg)

Do produkcji lekkich elementów konstrukcyjnych (gęstość 1740

kg/m

) , w stopach jako silny reduktor i utleniacz.

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Żeliwa sferoidalne stosowane w

technice

technice
Oznaczenie wg PN-92/H-83123

0,2

Twardość HB

MPa

350-22

350

220

<150

400-18

400

250

130 -180

400-15

400

250

130-180

450-10

450

310

160-210

500-7

500

320

170-230

550-3

550

360

180-280

600-3

600

370

190-270

700-2

700

420

225-305

800-2

800

480

245-335

900-2

900

600

280-360

ZNAK

– minimalna wytrzymałość na rozciąganie, A

wydłużenie %.

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Metalurgia żelaza

Żelazo w przyrodzie (najczęściej występujący

metal ciężki) Występuje w postaci

tlenków:

• Fe

– (hematyt),

• Fe

- (magnetyt)

• Fe

(OH)

– (limonit)

• oraz jako rudy siarczkowe FeS lub FeS

które w procesie pozyskiwania żelaza

muszą wcześniej być wypalone do postaci

limonitu

Proces wytapiania żelaza (redukcja Fe

)

przebiega następująco:

+ 3 C → 2 Fe +

3 CO

+ 3 CO → 2 Fe + 3

C + CO

→ 2

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Metalurgia żelaza

Wyprodukowanie 1 tony surówki lub żeliwa

towarzyszy powstanie 1 tony żużla, będącego

wynikiem reakcji Ca CO

z krzemionką:

oraz kalcynacji:

2 CaCO

+ SiO

→ Ca

SiO

+ CO

CaCO

→ (900

C) → CaO +

↑

Żużel zawiera:

a) CaO

- 36-45 %

b) SiO

- 30-40 %,

c) Al

- 6 – 10 %

d) oraz Fe

, MnO

Związki te wykorzystuje się do produkcji

cementu hutniczego.

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Stal jako materiał

inżynierski

Stal

jest to plastycznie i cieplnie obrabialny

stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami,
otrzymywany w procesach stalowniczych ze
staniu ciekłego.

Kryterium
podziału

Przykładowe grupy stali

Skład
chemiczny

Niestopowe (węglowe), stopowe

Podstawowe
zastos.

Konstrukcyjne, narzędziowe, o spec.
własn.

Stopień
czystości

Zwykłej jakości. wyższej i najwyższej
jakości

Sposób
wytwarzania

Martenowska, elektryczna,
konwertorowa

Sposób
odtleniania

Uspokojona, półuspokojona,
nieuspokojona

Rodzaj
wyrobów

Na: blachy, pręty, druty, rury,
odkuwki

Postać

Lana, kuta walcowana na gorąco lub
na zimno

Stan
kwalifikacyjny

Surowy, zmiękczony, normalizowany

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Stężenie graniczne pierwiastków

stopowych

Pierwiastek

chemiczny

Stęże

nie%

Pierwiastek

chemiczny

Stęże

nie %

Aluminium

0,10

Miedź

0,40

Bor

0,000

Molibden

0,08

Bizmut

0,10

Nikiel

0,30

Chrom

0,30

Niob

0,06

Cyrkon

0,05

Ołów

0,40

Kobalt

0,10

Selen

0,10

Krzem

0,50

Tellur

0,10

Lantanowce
(każdy)

0,05

Tytan

0,05

Mangan

1,65

Wanad,
Wolfram

0,10

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Podział stali ze względu na skład

chemiczny

Stale niestopowe (węglowe),

- gdy stężenie każdego z

pierwiastków jest mniejsze od granicznego (por.

tabela),

Stale stopowe

- gdy stężenie co najmniej jednego z

pierwiastków jest większe od granicznego (por.

tabela),
a)

niskostopowe –

gdy stężenie jednego pierwiastka

nie przekracza

2 % a suma wszystkich

pierwiastków nie przekracza 3,5 %;
b)

średniostopowe –

gdy stężenie jednego

pierwiastka wynosi

2 - 8 %, a suma

wszystkich pierwiastków nie przekracza 12 %;
c)

wysokostopowe –

gdy stężenie jednego

pierwiastka przekracza

8 % a suma

wszystkich pierwiastków nie przekracza 55 %;

manganowe,

krzemowe,

manganowo-

krzemowe

niklowe,

chromowe

chromowo-niklowe,

chromowo-molibdenowe,

chromowo- manganowo-

krzemowe

chromowo-niklowo-

molibdenowe,

inne.

Podstawowe grupy stali stopowych:

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

WŁASNOŚCI STALI

NIESTOPOWYCH

(

WĘGLOWYCH

)

Twardość HB

Wydłużenie

MPa

0,1

340

950

0,2

400

1100

0,4

500

1380

0,6

600

1660

0,8

710

2050

1,0

750

2300

1,2

730

2750

1,3

710

2900

Zawartość C

Wpływ domieszek i zanieczyszczeń na właściwości stali

Korzystny:

Krzem

– powoduje obniżenie stężenia gazów w stali lanej,

Mangan –

wiąże siarkę (MnS) ale powoduje nikorzystny

rozrost ziarn w czasie

obróbki cieplnej.

Niekorzystny:

Fosfor i siarka

–

Siarczki FeS są ciekłe już w 1000

C, co powoduje

kruchość stali na gorąco i utrudnia obróbkę

plastyczną .

Siarczki

zmniejszają wytrzymałość zmęczeniową.

Wodór, azot i tlen

– pogarszają plastyczność zwiększają

kruchość i

zmniejszają parametry wytrzymałościiowe.

Wpływ stężenia węgla na właściwości mechaniczne stali

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

PODSTAWOWE RODZAJE

STALI

NIESTOPOWYCH

(

WĘGLOWYCH

)

Stale konstrukcyjne

Zawierają przeważnie:

od 0,17 % do 0,62 %`C

Ogólnego przeznaczenia –

oznaczone symbolem

St0S, St3S, St4S

(na

konstrukcje spawane)

oraz

St5, St6, i St7

Nieuspokojone

– dodaje się symbol X np.

np. St3SX

Półuspokojone -

dodaje się symbol Y np.

np. St3SY

Stale niestopowe konstrukcyjne mogą zawierać także 0,2 – 0,4 %`Cu –

co polepsza ich odporność na korozję – oznaczenie -

St3SCu

Stale niestopowe do nawęglania

Stale niestopowe o określonym przeznaczeniu

na druty patentowe ogólnego przeznaczenia

np. D35, D55

D80,

na druty do wyrobu sprężyn

np.

DS75, DS85,

na łańcuchy techniczne i okrętowe

np.

St1Z i St1E,

dla kolejnictwa

np.

P35, P55G, St42P,

na rury kotłowe

np. K10, K18,

do pracy w podwyższonych temperaturach

np. St36K, St44K,

Stale niestopowe narzędziowe (o stężeniu 0,7 % - 1,2 %

węgla)

Stale te przeznaczone są do produkcji prostych narzędzi jak

pilniki, piły wiertła do drewna, młotki, przecinaki, narzędzia

rolnicze – kosy, elementy bron i glebogryzarek.

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Wyroby

stali

blachy

kątowni
ki

ceowni
ki

dwuteowni
ki

rury

pręty
żebrowane

Druty
gładkie

Kule do
młynów

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Wyroby

stali

Szyny

Dźwigar
y

Kształtowniki
„V”

Kształtowniki do produkcji obudowy
górniczej

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

STAL

E STOPOWE

PIERWIASTEK

Stosowane

stężenie

WPŁYW NA WŁASNOŚCI STALI

0,10

Zwiększa żaroodporność (stal do azotowania)

do 0,8 Zwiększa wytrzymałość i odporność na ścieranie

0,2-0,5 Zwiększa wytrzymałość i odporność na korozje

do 0,5 Zmniejsza udarność, Zwiększa Rm i Re (stale sprężynowe)

0,5-1,0
3,0-9,0

W małych ilościach poprawia hartownośc. W duzych dodaje się w
celu zwiększa żaroodporność, kwasoodporność.

0,10

Zwiększa odporność na ścieranie – stale szybkotnące

0,2-2,0 Zwiększa odporność na korozję, żaroodporność

V, W

do 0,2

Zwiększa wytrzymałość, odporność na wysokie temperatury,
pełzanie. Zwiększa odporność na ścieranie (powstaje węglik W

do 2,5

Poprawia hartowność stali. Zwiększa odporność na korozję na
ścieranie (węglik Mo

Stale stopowe

– stale, w których stężenie co najmniej jednego

pierwiastka przekracza stężenie graniczne.

Pierwiastki stopowe powodują głównie:

Poprawę hartowności stali (uzyskanie struktury

martenzytycznej

na założonym przekroju elementu polepsza własności

mechaniczne),

Pierwiastki węglikotwórcze jak

Cr, V, Mo

zwiększają twardość i

odporność na ścieranie oraz poprawiają wiele innych właściwości

mechanicznych.

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Algorytm doboru stali stopowych

1. analiza pracy elementu konstrukcyjnego,
2. ustalenie rozkładu określonych własności na powierzchni i

w rdzeniu elementu,

3. analiza sposobu wykonania elementu i związanych z tym

wymagań technologicznych,

4. określenie grupy stali mogących spełnić to wymaganie,
5. Dobór konkretnego gatunku stali i określenie technologii

uzyskania danego elementu.

W przypadku dobrania stali do ulepszania cieplnego

kolejne czynności są następujące:

1. dobór sposobu hartowania, w tym głównie środka

chłodzącego tak aby nie dopuścić do powstawania pęknięć

elementu,

2. określenie wymaganej hartowności zapewniającej ustalony

rozkład własności na przekroju,

3. dobór przybliżonego stężenia węgla w stali zapewniającego

wymaganą twardość,

4. dobór gatunku stali o wymaganej hartowności przy

dobranym stężeniu węgla,

5. określenie ostatecznych parametrów obróbki cieplnej, w

tym temperatury odpuszczania.

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Stal zbrojeniowa do betonu (wg PN-B-

03264:2002)

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Druty sprężające do betonu (wg PN-B-

03264:1999)

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Oznaczenia stali stopowych

3 5 H G S

z a w a r to ś ć w ę g la w s e tn y c h p r o c e n t ( 0 , 3 5 % )

S k ła d n ik i s to p o w e o z a w a r to ś c i d o 1 , 5 % k a z d y .

A – azot,

B – bor,

F – wanad, G – mangan,

H – chrom, J - aluminium,

K – kobalt, M –

molibden

N – nikiel,

S – krzem, T – tytan,

W – wolfram,

Cu – miedź, Nb – niob.

Oznaczenie poszczególnych składników stopowych:

Składa się (wg PN) z

Składa się (wg PN) z:

1. liczby dwucyfrowej na początku znaku określające

przybliżone stężenie węgla w setnych procenta,

2. litery lub kilku liter określających dodatki stopowe,
3. liczb całkowitych podawanych po znaku pierwiastka

stopowego określających ich stężenie (gdy większe od 1,5 % -

do 1,5 % nie podaje się).

4. dodanie na końcu znaku litery

„A”

oznacz wyższą jakość stali

Sposób oznaczania stali łożyskowych jest odmienny.
Rozpoczyna się od litery „Ł”

Przykład:

stal 18G2

– oznacza

zawartość węgla = 0,18 % i 2 %

manganu.

tal 18G2

A -

ta sama stal o

podwyższonej jakości

Materiałoznawstwo: W
- 9

Metale

Oznaczenia stali wg PN-EN-10027-1

Oznaczenie według zastosowania i własności

posiada

dodatkowe symbole jak:

S – stal konstrukcyjna, E, stale

maszynowe B – stal do zbrojenia betonu itd..

(szczegóły

literatura poz. [2]).

Stali niestopowych o zwartości węgla do 1,0 %

składa się ze

znaku C i liczby wyrażającej stężenie węgla w setnych procenta

(C45).

Stali niestopowych o zawartości manganu do 1,0 %`i stali

stopowych (bez szybkotnących) o zawartości pierwiastków

stopowych do 5 %

składa się z liczby dwucyfrowej na początku

znaku określające przybliżone stężenie węgla w setnych

procenta, oraz następujących po sobie symboli pierwiastków

chemicznych w kolejności malejącego stężenia oraz liczb

oddzielonych kreskami wyrażających stężenie pierwiastków

stopowych pomnożone przez odpowiednie współczynniki

(szczegóły literatura poz. [2])

np.:

X5CrNiMo 17-

12-2

co oznacza stal o składzie maksymalnie: C-0,07%, Cr-17,5 %,
Ni-11,6 %, Mo-2,25 %

55NiCrMoV 6-2-2

co oznacza stal o składzie: C- 0,55%, Ni– 1,5 %, Cr– 0,6 %, Mo– 0,2

% i V < 0,1 %.

Stali stopowych, w których choćby jeden pierwiastek przekroczył

stężenie 5 %

składa się ze znaku X, liczby wyrażającej w setnych

procenta zawartość węgla oraz symboli pierwiastków

chemicznych składników stopowych i liczb całkowitych

określających ich stężenie

np.:

Materiałoznawstwo: W
- 9

Dziękuje za uwagę

Document Outline

Slide 1
Slide 2
Slide 3
Slide 4
Slide 5
Slide 6
Slide 7
Slide 8
Slide 9
Slide 10
Slide 11
Slide 12
Slide 13
Slide 14
Slide 15
Slide 16
Slide 17
Slide 18
Slide 19
Slide 20
Slide 21
Slide 22
Slide 23
Slide 24
Slide 25
Slide 26

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
wykład 9a
Wyklady 7 9a PRCz
Wykład 9a-Spoiwa mineralne, BUDOWA DOMU BUDOWNICTWO ROBOTY BUDOWLANE BETON ZAPRAWY CERAMIKA
wykład 9a OBRAZKI
wykład 9a
Wyklady 7 9a PRCz
Napęd Elektryczny wykład
wykład5
Psychologia wykład 1 Stres i radzenie sobie z nim zjazd B
Wykład 04
geriatria p pokarmowy wyklad materialy
ostre stany w alergologii wyklad 2003
WYKŁAD VII
Wykład 1, WPŁYW ŻYWIENIA NA ZDROWIE W RÓŻNYCH ETAPACH ŻYCIA CZŁOWIEKA
Zaburzenia nerwicowe wyklad
Szkol Wykład do Or

więcej podobnych podstron

wyklad 9a

Document Outline