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 