Charakterystyka,
klasyfikacja i zasady doboru
materiałów.

Seminarium dyplomowe

Małgorzata Falewicz

IM 42 sekcja 2

Plan prezentacji :

1.Krótka charakterystyka materiałów:



Metale



Polimery



Ceramika



Kompozyty

2. Klasyfikacja materiałów.



Podstawowa klasyfikacja materiałów



Klasyfikacja materiałów technicznych



Podział materiałów ze względu na ich funkcje użytkowe

3.Zasady doboru materiałów.



Czynniki decydujące o wyborze materiałów



Etapy doboru materiałów



Wykresy doboru materiałów



Przykład doboru materiału na kije trekkingowe

1. Charakterystyka materiałów

1.1 Metale – wiązanie metaliczne :



dobra przewodność cieplna i elektryczna( dodatni temperaturowy
współczynnik rezystywności),



połysk,



plastyczność,



niska odporność na korozję;

1. Charakterystyka materiałów

1.2 Polimery – wiązania kowalencyjne:



izolatory elektryczne,



izolatory cieplne,



materiały miękkie,



niskie temperatury topnienia,



bardzo duża masa cząsteczkowa, mała gęstość,



bardzo wysoka rozszerzalność cieplna;

1. Charakterystyka materiałów

1.3 Ceramika – wiązania jonowe i kowalencyjne :



materiały twarde,



materiały kruche,



bardzo dobre izolatory cieplne,



bardzo dobre izolatory elektryczne,



materiały stabilne chemicznie,



materiały odporne na działanie wysokich temperatur,



bardzo wysokie temperatury topnienia;

1.Charakterystyka materiałów

1.4 Kompozyty – materiał powstały z połącznia dwóch różnych grup
materiałów.

2. Klasyfikacja materiałów

2.1 Podstawowa klasyfikacja

2. Klasyfikacja materiałów

2.2 Klasyfikacja materiałów technicznych



Materiały naturalne

•

drewno,

•

kamienie,

•

skały i minerały;



Materiały inżynierskie

•

stopy metali,

•

tworzywa sztuczne;

2. Klasyfikacja materiałów

2.3 Podział materiałów ze względu na ich funkcje użytkowe



tworzywa konstrukcyjne- materiały przenoszące obciążenia, nie
stanowią końcowego produktu, służą do produkcji części maszyn lub
konstrukcji.



tworzywa funkcjonalne- stanowią końcowy produkt,



tworzywa biomedyczne- materiały, które mogą mieć bezpośredni
kontakt z tkankami organizmu, produkuje się z nich implanty.



tworzywa budowlane i włókniste- wytwarzane z surowców mineralnych
oraz materiałów naturalnych takich jak drewno lub włókno naturalne,
służące do budowy różnych obiektów.

3. Zasady doboru materiałów

3.1 Czynniki decydujące o doborze materiałów :



Własności fizyczne



Własności elektryczne



Własności jądrowe



Własności cieplne



Własności mechaniczne



Własności chemiczne



Własności technologiczne



Cena



Dostępność materiału



Wielkość i kształt wyrobu



Walory estetyczne

3. Zasady doboru materiałów

3.2 Etapy doboru materiałów :



Określenie właściwości jakie ma spełniać materiał



Określenie ograniczeń projektowych



Wyznaczenie funkcji celu



Wyznaczenie współczynników funkcjonalności



Wyznaczenie materiałów z wykorzystaniem wykresów Ashby’ego



Wybór materiału

3. Zasady doboru materiałów

3.3 Wykresy doboru materiałów – mapki Ashby’ego :



Zestawienie dostępnych materiałów



Ułożenie materiałów w zależności od ich właściwości



Grupowanie materiałów

3. Zasady doboru materiałów

3.4 Dobór materiałów na kije trekkingowe



Charakterystyka elementu : kije przeznaczone do wędrówek górskich.



Przeznaczenie : odciążenie stawów i mięśni, zapewnienie bezpieczeństwa.



Warunki pracy : ściskanie, zginanie, narażenie na uszkodzenia
mechaniczne (uderzenia, odkształcenia),różnice temperatur, środowisko
korozyjne.



Wymagania dla wyrobu : sztywność, wytrzymałość, odporność na pękanie,
twardość, odporność korozyjna, tłumienie drgań, optymalna cena,
bezpieczeństwo, niezmienność właściwości w różnych warunkach pracy,
jak najmniejsza masa.

3. Zasady doboru materiałów



Ograniczenia projektowe

3. Zasady doboru materiałów



Wyznaczenie funkcji celu:

Minimalizacja masy przy zachowaniu jak najwyższych właściwości
wytrzymałościowych.



Dobór wskaźników funkcjonalności

Wskaźniki funkcjonalności
M.F. Ashby: Dobór materiałów w projektowaniu inżynierskim, Warszawa 1998

3. Zasady doboru materiałów



Wskaźniki funkcjonalności :

M= E

^1/2

/ ρ – duża sztywność

Density (kg/m^3)

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Yo

un

g'

s

m

od

ul

us

(

G

Pa

)

50

100

200

500

CFRP, epoxy matrix (isotropic)

Titanium alloys

Cast Al-alloys

Non age-hardening wrought Al-alloys

Age-hardening wrought Al-alloys

3. Zasady doboru materiałów



Współczynniki funkcjonalności :

M= σ

f

/ρ – duża wytrzymałość

Density (kg/m^3)

1000

2000

5000

Te

ns

ile

s

tr

en

gt

h

(M

Pa

)

50

100

200

500

1000

2000

CFRP, epoxy matrix (isotropic)

Titanium alloys

Age-hardening wrought Al-alloys

Non age-hardening wrought Al-alloys

Cast Al-alloys

3. Zasady doboru materiałów



Współczynniki funkcjonalności

M= K

IC^4/5

/ρ – duża odporność na pękanie

Density (kg/m^3)

1000

2000

5000

10000

Fr

ac

tu

re

t

ou

gh

ne

ss

(

M

Pa

.m

^

1/

2)

5

10

20

50

100

CFRP, epoxy matrix (isotropic)

Non age-hardening wrought Al-alloys

Titanium alloys

Age-hardening wrought Al-alloys

Cast Al-alloys

3. Zasady doboru materiałów



Dodatkowe wykresy : odporność na korozję

Fresh water

Very poor

Poor

Average

Good

Very good

0

0

0

0

5

3. Zasady doboru materiałów



Materiały spełniające stawiane wymagania :



Stopy tytanu



Odlewnicze stopy aluminium



CFRP – włókna węglowe wzmocnione polimerem



Utwardzane wydzieleniowo stopy aluminium



Nieutwardzane wydzieleniowo stopy aluminium

3. Zasady doboru materiałów



Wykres ceny w zestawieniu z masą

Density (kg/m^3)

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

Pr

ic

e

(P

LN

/k

g)

2

5

10

20

50

100

200

CFRP, epoxy matrix (isotropic)

Titanium alloys

Cast Al-alloys

Non age-hardening wrought Al-alloys

Age-hardening wrought Al-alloys

3. Zasady doboru materiałów



Wybór materiału do produkcji kijów trekkingowych:



Utwardzane wydzieleniowo stopy aluminium

Literatura



Marek Blicharski : „Wstęp do Inżynierii Materiałowej” WNT, Warszawa, 2003



Leszek Dobrzański: „ Metalowe materiały inżynierskie” WNT, Warszawa,
2004



Marek Hetmańczyk: „Podstawy nauki o materiałach” Wydawnictwo
Politechniki Śląskiej, Gliwice, 1996



Michael F. Ashby: „Dobór materiałów w projektowaniu inżynierskim” WNT,
Warszawa, 1998



http://student.agh.edu.pl/~ sendivog/Wyklady/wykad%201.pdf



http://
mailgrupowy.pl/shared/resources/12878,materialoznawstwo-i-wyklad/48278
,wyklady-1-13-materialka1



http://www.immt.pwr.wroc.pl/~ maciek/bk/MiBM/1-WPROWADZENIE.pdf

Dziękuję za uwagę !

☺