10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

1

Ogólna

charakterystyka

materiałów

Metale i ich stopy

:

- żelazo ( żeliwa , staliwa i stale
) ,
- aluminium ( siluminy ,
duraluminium ) ,
- miedź ( mosiądze , brązy ) ,
- cyna ( powłoki ochronne , luty
miękkie ,
stopy łożyskowe ) ,
- ołów ( luty miękkie , stopy
łożyskowe ) ,
- cynk ( znale ) .

10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

2

Ceramika , szkła :

- tlenek glinu ( Al

2

O

3

, papier

ścierny ) ,
- tlenek magnezu ( steatyt ) ,
- krzemionka SiO

2

, szkła i

krzemiany ,
- węglik krzemu ( SiC ) ,
- azotek krzemu ( Si

3

N

4

) ,

- cement ,
- beton .

Kompozyty :

- drewno , muszle mięczaków ,
- polimery zbrojone włóknami
szklanymi ,
- polimery zbrojone włóknami
węglowymi ,
- polimery z napełniaczami ,
- cermetale ( WC + 10% Co ) .

10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

3

Tworzywa polimerowe :

- polietylen ( PE) ,

- polimetakrylan metylu ( PMMA ,
plexi ) ,
- poliamid ( PA , nylon ) ,
- polistyren ( PS ) ,
- polichlorek winylu ( PVC ) ,
- teflon ( PTFE ) ,
- żywica fenolowa,
- guma .

10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

4

Podstawowe technologie wytwarzania
elementów maszyn

Ciekły metal

Odlewanie

wlewków,

(odlewanie

ciągłe)

Odlewanie

półproduktó

w

Produkcja

proszków

Odlewanie

gotowych

elementów

( różne metody )

Przeróbka

plastyczna

(różne metody)

Precyzyjne

kształtowanie

( odkształcenie na

zimno i na gorąco)

Formowanie

wyprasek i

spiekanie

Obróbka skrawaniem

( toczenie, frezowanie,
wiercenie)

Obróbka wykańczająca

( szlifowanie, polerowanie,
docieranie, obróbki powierzchniowe,
malowanie)

Przeróbka
plastyczna
( głębokie tłoczenie,
cięcie,

wykrawanie,

gięcie)

Łączenie ( spawanie,

nitowanie, zgrzewanie,

lutowanie, połączenia

montażowe )

O

d

p

a

d

y

O

d

p

a

d

y

10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

5

Właściwości materiałów
konstrukcyjnych

- mechaniczne , np. :

E , R

e

, R

m

, HB , A ,

U ,

-  fizyczne , np. :

gęstość

,elektryczne ,

cieplne , optyczne ,
magnetyczne ,

- powierzchniowe , np. : utlenianie i
korozja , tarcie ,
ścieralność i
zużycie ,

- technologiczne , np. : łatwość
wytwarzania , skrawania ,
łączenia ,

- estetyczne , np. : wygląd , dotyk , kolor .

10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

6

Schemat krzywej rozciągania

typowego materiału ciągliwego

10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

7

Krzywe rozciągania

Kształt początkowej części krzywej
rozciągania :

a) większość metali i stopów ;
b) z górną i dolną granicą plastyczności

(np . stal

miękka ) ;
c) bez zakresu liniowego .

a)

b)

c)

10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

8

Pomiary twardości HV



































2

2

2

2

mm

N

d

F

0,1891

mm

kG

d

F

1,854

S

F

HV

2

2

α

2

α

2

d

sin

F

2

sin

2

d

F

Twardość Vickersa
traktuje się jako wielkość

bezwymiarową

!!! .

Pomiar metodą Vickersa:
a) obciążenie próbki,
b) odcisk.

1 – penetrator , 2 - siła obciążająca ,
3 - próbka , 4 – odcisk .

10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

9

1 Talk

Mg

3

[Si

4

O

10

(OH)

2

]

2,4 HV

2 Selenit

CuSO

4

2H

2

O

36 HV

3 Kalcyt

CaCO

3

109 HV

4 Fluoryt

CaF

2

189 HV

5 Apatyt

Ca

5

[(F,Cl)

(PO

4

)

3

]

536 HV

6 Ortoklaz

KAlSi

3

O

8

795 HV

7 Kwarc

SiO

2

1120

HV

8 Topaz

Al

2

(F,OH)

2

SiO

4

1427

HV

9 Korund

Al

2

O

3

2060

HV

1

0

Diament

C

10060

HV

10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

10

Pomiary twardości HB



















































































2

2

2

2

2

2

mm

N

d

D

D

πD

0,102

2F

mm

kG

d

D

D

πD

2F

S

F

HB

2

2

d

D

D

2

πD

F

Twardość Brinella
traktuje się jako wielkość

bezwymiarową

!!! .

Pomiar metodą Brinella:
a) podczas obciążenia,
b)po odciążeniu.
1 – kulka , 2 - element obciążający , 3 –

próbka , 4 - odcisk.

10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

11

Pomiary twardości HRB i HRC

e

130

0,002

h

0,26

c

h

K

HRB













Skal

a

F

0

[kG]

F

1

[kG]

F

0

+F

1

[kG]

Wgłębnik

K

[mm

]

Jednostka

odczytowa

c

[mm]

HRB

10

90

100

Kulka 1/16"

0,26

0,002

HRC

10

140

150

Stożek diamentowy

120º

0,20

0,002

Pomiar metodą Rockwella (a ÷ d – kolejne fazy pomiaru ):
F

0

, F

1

– obciążenie wstępne i główne ,

h

0

, h

c

– głębokości

odcisku przy obciążeniach wstępnym i głównym ,
h – trwały przyrost głębokości odcisku pod obciążeniem
wstępnym bez obciążenia głównego ,
K/c - stała
umowna odpowiadająca 100 lub 130 jednostkom podziałki w
zależności od skali .

e

100

0,002

h

0,20

c

h

K

HRC













Twardość Rockwella jest

wielkością

bezwymiarową

!!!

.

F

1

F

1

F

1

F

1

F

1

10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

12

Projektowanie

materiałów

Technologia
wytwarzania

→

↕

Obróbka cieplna

↕

Struktura materiału

→

↕

Właściwości materiału

↕

Zastosowanie materiału

jedna faza lub
mieszanina faz

odlewnictwo , przeróbka

plast . ,

technologia spieków

10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

13

Czynniki wpływające na dobór
materiału :

1. Kształt i wielkość elementu .
2. Wymagane właściwości ( oraz ich
tolerancje ) :
mechaniczne , fizyczne , powierzchniowe
,
technologiczne , estetyczne , oraz ich
sposób
badania i kontroli .
3. Koszt i dostępność materiału .
4. Koszt jednostkowy procesu
technologicznego
wytwarzania .
5. Trwałość w różnych warunkach :
przechowywania , transportu i
eksploatacji .

10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

14

Orientacyjne ceny jednostki objętości

niektórych

materiałów ( cena stali niskowęglowej

= 1 ) .

Materiał

Cena

względna

Al

( wlewek

99,5% )

2

Cu

( katody )

10

Cu

( proszek )

15

Ni

( granulki )

35

Pb

( 99,97% )

5

Sn

( 99,75% )

20

PE HD

0,3

PA

( nylon – 6,6

)

2

PTFE

( teflon )

15

Żywica

fenolowa

0,6

10.05.21

Nauka o Materiałach dr inż. W. Żak

15

Racjonalne zasady wykorzystania
materiałów

1. Oszczędność na etapie projektowania
np . stosowanie powłok ochronnych .

2. Stosowanie zamienników
np. stal lub drewno można zastąpić
polimerami lub kompozytami .

3. Ponowne wykorzystanie ( recykling )
np . przetapianie złomu stalowego .