Charakterystyka podstawowych grup 

materiałów. Zasady doboru materiałów.

Michał Rudka, Paweł Palej, Marcin Salamończyk, Robert Stokłosa

Kierunek: Zarządzanie i Inżynieria Produkcji

Grupa: ZIP-41

Rok akademicki:  2013/2014 

Politechnika Śląska

1. Charakterystyka podstawowych grup 

materiałów,

2. Podstawowe grupy materiałów 

inżynierskich:
a) Metale,
b) Materiały ceramiczne,
c) Polimery,
d) Materiały kompozytowe,

3. Zasady doboru materiałów,
4. Mapa Ashby’ego,
5. CES EduPack.

Spis treści

Najogólniej wśród materiałów o znaczeniu technicznym 

można wyróżnić:

•

materiały naturalne, wymagające jedynie nadania 
kształtu, do technicznego zastosowania. Materiałami 
naturalnymi są: drewno, niektóre kamienie, skały i 
minerały.

•

materiały inżynierskie, nie występujące w naturze lecz 
wymagające zastosowania złożonych procesów 
wytwórczych do ich przygotowania do potrzeb 
technicznych po wykorzystaniu surowców dostępnych w 
naturze. 

Do materiałów inżynierskich zalicza się: Metale i ich 

stopy, polimery, materiały ceramiczne, materiały 
kompozytowe.

Charakterystyka podstawowych 

grup materiałów

Podstawowe grupy materiałów 

inżynierskich

Metale

Właściwości metali i ich stopów: 

•

dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, 

•

dodatni temperaturowy współczynnik rezystywności, 

•

połysk metaliczny, 

•

plastyczność(zdolność do trwałych odkształceń pod wpływem 
naprężeń).

Struktura: 
Metale mają budowę krystaliczną, ponad ¾ wszystkich czystych 

metali krystalizuje w jednym z 3 układów:

•

regularnym ściennie centrowanym(RSC),

•

regularnym przestrzennie centrowanym(RPC),

•

heksagonalnym zwartym(H2).

Zastosowanie:  Metale  i  jego  stopy  są  podstawowymi  materiałami 

w  budowie  maszyn,  w  przemyśle  samochodowym,  stoczniowym, 
gospodarstwa domowego, narzędziowym a także w budownictwie.

Materiały ceramiczne

Materiały ceramiczne charakteryzują się:

•

małym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym,

•

małą plastycznością,

•

niską odpornością na obciążenia dynamiczne, 

•

dużą wytrzymałością (szczególnie zdolnością do 
przenoszenia obciążeń ściskających), 

•

dobrą odpornością korozyjną.

Struktura: większość materiałów ceramicznych ma budowę 

krystaliczną, szkło jest materiałem amorficznym.

Zastosowanie: budownictwo, beton, przemysł samochodowy 

i  lotniczy,  osłony  termiczne  i  wymienniki,  uszczelniacze, 
wytwarzanie,  światłowody,  medycyna,  protezy,  elektronika, 
lasery,  produkty porcelanowe i emaliowane.

Polimery

Właściwości:    małe  przewodnictwo  cieplne  i  elektryczne,  dobra 

plastyczność 
i 

odporność 

na 

obciążenia 

dynamiczne, 

łatwość 

nadawania 

skomplikowanych  kształtów,  mała  gęstość,  dobra  odporność  korozyjna, 
niska wytrzymałość mechaniczna, niska temperatura topnienia.

Struktura: 
Do podstawowych struktur polimerów zalicza się:

•

strukturę  liniową-  zbudowana  z  monomerów  z  dwoma  aktywnymi 
wiązaniami, połączonymi w łańcuch za pomocą wiązań Van der Waalsa

•

strukturę liniową z rozgałęzieniami

•

strukturę silnie usieciowaną- którą tworzą monomery mające więcej niż 
dwa  aktywne  wiązania,  w  wyniki  czego  powstają  cząsteczki  dwu-  lub 
trójwymiarowe

•

strukturę nieznacznie usieciowaną (z wiązaniami poprzecznymi)

Zastosowanie:  butelki,  folie  (polietylen),  pojemniki,  pianki  (polistyren), 

folie,  rury,  pokrycia  (polipropylen),  tkaniny,  liny  (nylon),  wykładziny 
podłogowe, tkaniny, powłoki (polichlorek winylu), telefony, walizki.

Materiały kompozytowe

•

kompozyty 

na 

osnowie 

metalicznej: 

kompozyty 

pracujące 

w  temperaturze  otoczenia  posiadają  często  osnowę  aluminiową 
natomiast  włóknami  zbrojącymi  są  głównie  włókna  węglowe  lub 
borowe,  natomiast  kompozyty  pracujące  w  wysokich  temperaturach 
posiadają  osnowę  niklową  lub  stopu  niklu  a  zbrojeniem  jest  drut 
wolframowy,

•

kompozyty na osnowie ceramicznej, które można podzielić na zbrojone 
włóknami 

metalowymi, 

zbrojone 

włóknami 

ceramicznymi, 

warstwowe  -  ceramika/metal  oraz  na  cermetale,    jako  osnowę  stosuje 
się często ceramikę korundową,

•

kompozyty na osnowie polimerowej, osnowę tych kompozytów stanowią 
często duroplasty a zbrojenie włókno  węglowe lub włókna typu Kevlar.

Zastosowanie: w sprzęcie kosmicznym,
samolotach, łodziach, jachtach,
szybowcach i sprzęcie sportowym.

Projektowanie wymaga nie tylko wiedzy, ale 

również  podjęcia  właściwej  decyzji  dotyczącej 
doboru materiału na dany wyrób.

Istotne jest:

•

 

Ustalenie 

pożądanych 

właściwości 

materiałów,

•

  Dobranie  najlepszego  materiału  dla  danego 

zastosowania,

•

 Kształtu materiału oraz wyrobu, tak aby 

zapewniał odpowiednie właściwości użytkowe.

Zasady doboru materiałów

1. Wymagania funkcjonalne, m.in.:

•

Temperatura pracy,

•

Masa,

•

Wzornictwo (kolor, tekstura).

2. Parametry geometryczne, m.in.:

•

Kształt,

•

Wielkość,

•

Przekrój poprzeczny.

3. Właściwości materiału, m.in.:

•

Mechaniczne (moduł sprężystości, wytrzymałość, granica 
plastyczności, krytyczny współczynnik intensywności naprężeń),

•

Cieplne (przewodność cieplna, temperatura topnienia, ciepło 
właściwe),

•

Cierne (stała Archarda).

Zasady doboru materiałów - 

podział

Do  wszystkich  grup  określamy  niezbędne  wymagania
i  tylko  te  materiały  które  spełniają  je  wszystkie  są 
rozważane przy ostatecznym wyborze. 

Po  zawężeniu  zbioru  materiałów  do  tych,  które 
spełniają  wymagania  wytrzymałościowe,  rozpatrujemy 
je pod kątem:

•

Ceny materiału,

•

Dostępności,

•

Możliwość nadania wymaganego kształtu 
(skrawalność, tłoczność, spawalność, itp.),

•

Kosztu wytworzenia.

Główne źródła zestawień liczbowych, wykresów  czy porównań, 
to:
 

•

Publikacje naukowe,

•

Podręczniki,

•

Poradniki,

•

Komputerowe bazy danych (CES, matweb.com),

•

Mapy Ashby’ego,

•

Dane producentów,

•

Internet,

•

Własne badania,

•

Dane z gotowego produktu - wszelkiego rodzaju uszkodzenia 
w czasie eksploatacji niosą za sobą wiele informacji o 
właściwościach materiału.

Mapa Ashby’ego

CES EduPack



Michael F. Ashby, David R. H. Jones "Materiały 

Inżynierskie 2" Wydawnictwo Naukowo 
Techniczne Warszawa rok wydania: 1996.



Michael F. Ashby, Hugh Shercliff, David Cebon 

"Inżynieria materiałowa t.1 + 2" 
Wydawnictwo: Galaktyka rok wydania: 2011.



Dobrosz, A. Matysiak, Tworzywa sztuczne-

właściwiści i zastosowanie, WSiP, Warszawa 
rok wydania: 1990. 

Bibliografia

Dziękujemy za uwagę 