Charakterystyka materiałów
inżynierskich
" Materiały: ciała stałe o właściwościach
umożliwiających ich stosowanie przez
człowieka do wytwarzania produktów
" Materiały naturalne, wymagające jedynie
nadania kształtu
" Materiały inżynierskie: tworzywa metalowe,
tworzywa ceramiczne, polimery, kompozyty
Podział materiałów  klasyfikacja w praktyce
inżynierskiej
Klasyfikacja materiałów funkcjonalnych
Charakterystyka materiałów metalowych
" Otrzymywanie z rud procesami metalurgii
" Kształtowanie wyrobów metalowych:
odlewanie, obróbka plastyczna, obróbka
skrawaniem, metalurgia proszków
" Kształtowanie właściwości: obróbka cieplna
" Uszlachetnianie powierzchni: inżynieria
powierzchni (warstwy wierzchniej
Charakterystyka materiałów metalowych
- relatywnie wysokie wartości modułów sprężystości
- ich własności mechaniczne mogą być kształtowane (podwyższane)
przez obróbkę cieplną lub już w procesie wytwarzania poprzez
wprowadzanie dodatków stopowych (np. mikrododatki)
- charakteryzują się ciągliwością (możliwość kształtowania na drodze
przeróbki plastycznej)
- niska odporność na korozję w stosunku do innych materiałów
- zwykle ciała stałe w temperaturze pokojowej
- dobrze przewodzą elektryczność i ciepło
- nieprzezroczyste
- tworzÄ… stopy
Charakterystyka materiałów metalowych
Stop  tworzywo składające się z metalu stanowiącego
osnowę, do którego wprowadzono co najmniej jeden
pierwiastek (metal lub niemetal) w celu zmiany jego
właściwości w żądanym kierunku.
Podstawowe stopy metali
" Stopy żelaza z węglem: stale, staliwa, żeliwa
" Stopy metali nieżelaznych
" Żródło: www.konstal.kom
Charakterystyka ceramik
" Materiały uformowane z drobnych nieorganicznych ziaren
" Wytwarzane zwykle w nieodwracalnych
wysokotemperaturowych procesach
" Główne grupy: ceramika inżynierska i ceramika tradycyjna
Własności ceramiki
- duże wartości modułów sprężystości
- kruche
- twarde
- sztywne
- odporne na ścieranie
- zachowują wytrzymałość w wysokich temperaturach
- odporne na korozjÄ™
Metale zaznaczono na zielono, a inne główne pierwiastki
tworzące materiały ceramiczne zaznaczono na różowo
Wg.: L.A.Dobrzański, Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo
" www.inceramics.com.pl
http://www.etipolam.com.pl
Charakterystyka polimerów
" Materiały organiczne zbudowane głównie z atomów węgla,
wodoru, tlenu
" Makrocząsteczki powstałe w wyniki połączenia monomerów
" Tworzywa sztuczne: polimery z dodatkiem barwników,
pigmentów, katalizatorów, napełniaczy, zmiękczaczy,
antyutleniaczy
Polimery są olbrzymimi, łańcuchowymi cząsteczkami, w których atomy są
połączone ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi. Taki łańcuchowy szkielet jest
zwykle zbudowany z atomów węgla np. polietylen. Otrzymuje się go dzięki
katalitycznej polimeryzacji etylenu:
H H
H H H
H
H H
itd.
C C
C C C
C
C = C
H H
H H H
H
H H
Schemat prostoliniowego odcinka typowego łańcucha
polietylenu (cały łańcuch może zawierać 50 000 podstawowych
jednostek monomerycznych)
Wg.: L.A.Dobrzański, Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo
Polimery - własności
- mała sprężystość
- własności silnie zależne od temperatury
- przydatne do wykonywania wyrobów o bardzo
skomplikowanych kształtach (nawet w jednej operacji)
- odporne na korozjÄ™
Podstawowe grupy polimerów
" Plastomery: polimery o wydłużeniu przy rozerwaniu do 200%;
termoplasty i duroplasty (utwardzalne)
" Elastomery: polimery o skłonności do dużych odkształceń
sprężystych
Na fioletowo zaznaczono pierwiastki tworzÄ…ce polimery
Wg.: L.A.Dobrzański, Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo
Najważniejsze polimery
" polietylen (PE) " kauczuk syntetyczny
" polipropylen (PP) " politetrafluoroetylen
(teflon)
" polistyren (PS,
styropian) " polimetakrylan metylu
" politetraftalan glikolu
etylowego
" polichlorek winylu
" nylon
" http://www.tworzywa.info
http://polymeeri.tkk.fi
Otrzymywanie polimerów
" Polimeryzacja (łączenie monomerów bez reszty)
" Kopolimeryzacja i poliaddycja (Å‚Ä…czenie co najmniej
dwóch różnych monomerów)
" Polikondensacja (łączenie monomerów z
wydzieleniem produktu ubocznego)
Kompozyty
" Materiały złożone z osnowy i wzmocnienia
" Podział ze względu na osnowę: metalowe, ceramiczne i
polimerowe
 Metal Matrix Composites (MMCs) - mixtures of ceramics and metals, such as
cemented carbides and other cermets
 Ceramic Matrix Composites (CMCs) - Al2O3 and SiC imbedded with fibers to
improve properties, especially in high temperature applications
 Polymer Matrix Composites (PMCs) - thermosetting resins are widely used in
PMCs
" Wzmocnienie (zbrojenie): proszek, krótkie włókna lub płatki,
długie włókna
Klasy materiałów kompozytowych
Wg.: L.A.Dobrzański, Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo
Kompozyty
" Własności
- lekkie
- sztywne
- wytrzymałe
- drogie
Kompozyt zbrojony włóknem
Kompozyty - zastosowanie
HMS Karlstad to be launched (fot. Kockums AB)
Visby (fot. Kockums AB)
Boeing 787 Dreamliner
United States Patent 6692681
http://www.windpowerengineering.com
http://www.flightglobal.com
Własności materiału i ich wpływ na
projektowanie (dobór materiałów)
Dobór - cd
Mapy Ashby ego
wytrzymałość vs. gęstość
Wyszukiwanie informacji w CES
File Edit View Select Tools
Toolbar
Browse Select Search Print Search web
Table: MaterialUniverse
Find what
Plexiglas
Look in table
Subset: Edu Level 1
Materials
Acrylonitrile butadiene styrene (ABS)
The Material
MaterialUniverse
ABS (Acrylonitrile-butadiene-styrene) is tough, resilient, and easily molded. It
is usually opaque, although some grades can now be transparent, and it can
be given vivid colors. ABS-PVC alloys are tougher than standard ABS and,
in self-extinguishing grades, are used for the casings of power tools.
+ Ceramics and glasses
General properties
Density 1e3 - 1.2e3 kg/m3
Price 2 - 2.7
+
Hybrids: composites etc
USD/kg
Thermal properties
Mechanical properties
Thermal conductivity 0.19 - 0.34 W/m.K
Metals and alloys
+
Young's modulus 1.1 - 2.9 GPa
Thermal expansion 85 - 230 µstrain/°C
Hardness - Vickers 5.6 - 15 HV
Specific heat 1400 - 1900 J/kg.K
Elastic limit 19 - 51 MPa
Glass Temperature 88 - 130 °C
Tensile strength 28 - 55 MPa
+ Max service temp. 62 - 90 °C
Polymers and elastomers
Compressive strength 31 - 86 MPa
Elongation 1.5 - 1e2 %
Electrical properties
Endurance limit 11 - 22 MPa
Fracture toughness 1.2 - 4.3 MPa.m1/2 Resistivity 2.3e21 - 3e22 µohm.cm
Dielectric constant 2.8 - 2.2
Typical uses
Safety helmets; camper tops; automotive instrument panels and other interior components; pipe fittings; home-security devices and
housings for small appliances; communications equipment; business machines; plumbing hardware; automobile grilles; wheel
covers; mirror housings; refrigerator liners; luggage shells; tote trays; mower shrouds; boat hulls; large components for recreational
vehicles; weather seals; glass beading; refrigerator breaker strips; conduit; pipe for drain-waste-vent (DWV) systems.
Właściwości materiałów inżynierskich
uwzględniane w projektowaniu