SGGW Warszawa,

KIŻiOP

WTŻ I

gr.

TWORZYWA KONSTRUKCYJNE

I ICH ZUŻYCIE

PROWADZĄCA: WYKONAWCY:

dr inż. Monika Janowicz

I. Tabela - sprawozdanie

Środowisko oddziaływujące	5% NaOHaq	5% HNO3aq		Sok owocowy - jabłkowy		Roztwór sacharozy
STOPY METALI
Miedź (blaszka ze stopu o wysokiej zaw. Cu)	Roztwór zabarwił się na niebiesko, następuje pasywacja, na granicy faz (nad roztworem) obecna ciemna linia, odczuwalny ubytek masy blaszki Reakcja: Korozja elektrochemiczna, równomierna, wodna - tym większa, im większe stęż. NaOH. Nad roztworem powstaje szarozielony osad - patyna (zasadowy węglan miedzi) - z Cu, CO2 i wody.	Miedź przeszło do roztworu wg reakcji: Niewidoczne ubytki masy, roztwór ma barwę błękitną, lekkie zaciemnienie płytki nad roztworem (patyna). Korozja elektrochemiczna, wodna, równomierna		Brak zauważalnych makroskopowo zmian w płytce zanurzonej. Początki powstawania patyny - płytka nad roztworem. Korozja chemiczna, atmosferyczna wilgotna, punktowa.		Brak zauważalnych makroskopowo zmian
Mosiądz (stop Cu/Zn - Zn jest bardziej reaktywne niż Cu)	Roztwór ma barwę błękitno-niebieską: im głębiej zanurzona płytka w roztworze, to tym intensywniej jest czerwono-ceglasta (wyługowanie cynku) (utlenienie) (redukcja) Korozja tym większa, im większe stężenie zasady. (osad ciemnoniebieski) Korozja elektrochemiczna, równomierna, selektywna	Zmiana barwy roztworu na różowy, na granicy faz płytka ma jaśniejszą barwę (białe otoczki): (utlenienie) - anoda (redukcja) - katoda Korozja elektrochemiczna, wodna i atmosferyczna wilgotna, lokalna		Brak zauważalnych makroskopowo zmian		Brak zauważalnych makroskopowo zmian
Stal	Płytka zanurzona w roztworze ma powierzchnię gładką: Gdy zostanie przekroczony iloczyn rozp. Fe(OH)2, to następuje wytrącenie się osadu i jego utlenienie: Korozja elektrochemiczna, przede wszystkim atmosferyczna wilgotna	Roztwór zmienił barwę na ciemno-czerwoną, płytka pokryta jest czarnym osadem nad linią granicy faz, reszta osadu odpadła na dno - widocznego w postaci ciemnych blaszek Zachodzi reakcja utlenienia: -jeśli tlenu jest za mało, to w stadium przejściowym tworzy się Fe3O4 (kolor zielony) (kolor czarny) Podobno reakcja występuje jako następstwo działania utleniającego kwasu azotowego(V). Korozja elektrochemiczna, głównie wodna (wżerowa) i wilg. atmosferyczna plamista		Korozja zaznacza się na granicy faz - w roztworze płytka jednolicie gładka (k. Atmosferyczna wilgotna), niezauważalne dyfundowanie Fe do zakwaszonego środowiska		Roztwór zmienił barwę na miodowo-żółtawą, na dnie roztworu widoczny pomarańczowy osad (obecny są tam hydraty tlenków żelaza)
Aluminium	Część płytki odpadła na dno słoika, na powierzchni płytki obecne są pęcherzyki gazu (wodór in statu nascendi), obecny biały nalot na płytka Korozja elektrochemiczna wodna, równomierna, gwałtowna	Roztwór nie uległ zmianie zabarwienie - aluminium uległo pasywacji, pod wpływem kwasu pokryło się ochronną warstewką tlenku (Al2O3) Korozja elektrochemiczna, wodna, plamista		Brak zmian		Brak zmian
Guma	Odbarwienie gumy w roztworze (guma ulega żółknięciu) -Roztwór uległ zabrudzeniu, lekkiemu zmętnieniu	Nad roztworem zmienił się wygląd gumy		Brak zauważalnych makroskopowo zmian		Brak zauważalnych makroskopowo zmian
		Guma nie ulega procesowi korozji (chemicznej i elektrochemicznej)
	Stal kwasoodporna	Brak zauważalnych makroskopowo zmian	Brak zauważalnych makroskopowo zmian		Na blaszce pojawiają się pęcherzyki powietrza, na styku faz osad koloru żółtego -Sok ulega zmętnieniu. -Reakcja z kwasami organicznymi redukującymi. -Korozja elektrochemiczna wodna punktowa		Brak zauważalnych makroskopowo zmian
		Odporność na działanie zasad i większości kwasów - niepodatność na korozję elektrochemiczną
	Szkło organiczne (polimetakrylan metylu)	Brak zauważalnych makroskopowo zmian	Brak zauważalnych makroskopowo zmian		Brak zauważalnych makroskopowo zmian		Zmętnienie roztworu, nie stwierdza się ubytków masy
		Odporność na działanie ogółu rozcieńczonych roztworów kwasów i zasad nieorganicznych, rozpuszczalność w większości rozpuszczalników organicznych
POŁĄCZENIA NITOWE
Blaszka aluminiowa z miedzianem nitem w 2% NaClaq	Odbarwienie blaszki zanurzonej w roztworze, wytrącił się osad na dnie słoika Aluminium jest bardziej reaktywne niż miedź (utlenianie) - anoda (redukcja) - katoda sumarycznie: (biały osad) Powstaje ogniwo elektrochemiczne Korozja elektrochemiczna wodna (równomierna)
Blaszka miedziana z aluminiowym nitem w 2% NaClaq	Blaszka nad roztworem pokryta jest białym nalotem Powstaje ogniwo elektrochemiczne Korozja elektrochemiczna wodna i wilgotna atmosferyczna
POŁĄCZENIA SPAWANE
Stal węglowa w 5% NaOHaq	Spawana zwykła Powierzchnia wygładziła się, spaw jest jaśniejszy		Spawana gazowo Spaw nie zmienił koloru		Spawana drutem Spaw zrobił się jaśniejszy
POŁĄCZENIA LUTOWANE
Stal lutowana lut(Sn/Zn) + stal	W wyniku korozji cyna leży w postaci osadu na dnie słoika (lut ulega niszczeniu korozyjnemu) Żelazo bardziej reaktywne niż cyna: Powstaje ogniwo galwaniczne Korozja elektrochemiczna wodna i wilgotna atmosferyczna.

II. Zastosowanie stopów żelaza w przemyśle spożywczym

Wśród różnorodnych materiałów używanych do budowy maszyn, aparatów, urządzeń w przemyśle spożywczym kluczową rolę odgrywają stopy żelaza. Żelazo należy do pospolitszych pierwiastków w skorupie ziemskiej, jest miękkim, srebrzystobiałym, kowalnym i ciągliwym metalem. Posiada gęstość 7,87 g/cm3, temperatura topnienia 1535°C. Tworzy cztery odmiany alotropowe: alfa (trwała w temperaturze do 768oC, ma własności ferromagnetyczne), beta (trwała w temperaturze 768-910°C, paramagnetyczna), gamma (trwała w temperaturze 910-1400°C), delta (trwała w temperaturze powyżej 1400°C). Znane są związki chemiczne żelaza na wszystkich stopniach utlenienia od +2 do +6. Do najważniejszych należą związki żelaza(II) i żelaza(III). Jest aktywne chemicznie, z rozcieńczonym kwasem solnym i fluorowodorem reaguje po zmieszaniu reagentów w temperaturze pokojowej. Na gorąco wchodzi w reakcje z tlenem (Fe2O3), chlorem (FeCl3), kwasem azotowym(V) (Fe(NO3)3), siarką (FeS). Silnie ogrzane ulega działaniu fluoru (FeF3), pary wodnej (Fe3O4), stężonego kwasu siarkowego (Fe2(SO4)3). Nie reaguje z wodorem.

Pod pojęciem stop rozumie się połączenie dwóch lub więcej metali, które zachodzi po doprowadzeniu ich do temperatury topnienia i ich odpowiednim wymieszaniu.

Składnikiem, który decyduje o właściwościach mech. stopu (oprócz Fe) jest węgiel. W zależności od zawartości tego pierwiastka w stopie wyróżnia się:

• Stal miękką - %C do 0,40%

• Stal twardą - %C: od 0,40 do 1,70%

• Żeliwo - %C: od 1,75(2,2) do 3,6%

• Surówkę - %C: od 3 do 4,5%.

Surówka stanowi wejściowym stopem Fe z węglem i otrzymywana jest przez przetop rudy w wielkim piecu hutniczym .

Surówka (przede wszystkim surówka odlewnicza specjalna L - przeznaczona na odlewy z żeliwa ciągliwego i utwardzonego), która jest przetapiana wraz ze złomem żeliwnym i/lub stalowym oraz dodatkami np. żelazokrzemem, żelazomanganem - nosi nazwę żeliwa. W zależności od sposobu występowania C w stopie wyróżnia się żeliwo szare (przełam jest szary, ponieważ węgiel wydziela się w postaci grafitu), żeliwo białe (przełam biały, węgiel w postaci cementytu), formą pośrednią jest żeliwo pstre (połowiczne). Krzem sprzyja powstaniu żeliwa szarego, mangan zaś - białego. Żeliwo białe z uwagi na twardość, kruchość, trudną obrabialność, brak właściwości odlewniczych - nie ma dużego zastosowania w przemyśle spożywczym. Z kolei żeliwo szare, mające dobre właściwości odlewnicze i dobrze obrabialne skrawaniem odporne na ścieranie, ale kruche, służy wyrobu kół zębatych, kół łańcuchowych, kół jezdnych, kół pasowych. Wsporników, kadłubów silników, kadłubów skrzynek przekładniowych. Żeliwa z dodatkiem fosforu zwiększającą łatwopłynność żelaza, wykorzystuje się do produkcji cienkościennych odlewów - np. do wyrobu kotłów, wanien. Żeliwo lano-kute (kujna leizna), uzyskiwane przez wyżarzanie żeliwa przez 8 dni w temp. 900-1000 C i atmosferze utleniające, ma zastosowanie do odlewów cienkościennych, a także części narażonych na duże naprężenia.

Stal i staliwa są produktami, które otrzymuje się w piecu martenowskim, łukowym elektrycznym - są to stopy Fe z węglem i ewentualnie uszlachetniającymi dodatkami.

Staliwo jest stopem o niskiej zawartości C (0,1-0,3%) - wykorzystywane jest do odlewów o wysokich właściwościach mechanicznych, jednak z powodu na duże naprężenia wew. i skurcz, konieczne jest wyżarzanie odlewów.. Staliwo stosuje się tam, gdzie nie można użyć żeliwa szarego zmodyfikowanego lub ciągłego białego, ze względu na ich małą wytrzymałość - najczęściej stosowane jest staliwo L40.

Stal jest stopem o większej zawartości C. Wyróżnia się ze względu na skład na: stale węglowe (tylko Fe i C, pozostałości są odpadami technologicznym, np. Si, P), stale stopowe (dodatki zostały celowo dodane w celu uszlachetnienia właściwości). Pod względem zastosowania stale dzieli się na: stale konstrukcje, stale narzędziowe i stale specjalne. Stale konstrukcyjne węglowe zwykłej jakości o określonych właściwościach mechanicznych mają stosowanie w połączeniach spawanych (stale spawalnicze - St0S, St1S itd.), stale konstrukcyjne węglowe pospolitej jakości o wysokiej wytrzymałości - stosuje się do wyrobu nitów.

Stale węglowe praktycznie są odporne w środowiskach organicznych (np. etanol, benzen), jednak silnie zaznacza się korozja wodna (zainicjowana przez obecność wilgoci). W kwasach utleniających ze wzrostem stężenia nasila się warstewka ochronna w wyniku pasywacji).

Wśród stali stopowych wyróżnia się stale niskostopowe (zawartość pierwiastków stopowych jest < 5%) i wysokostopowe (5-50%). Dodatki mają na celu uzyskanie zwiększonej wytrzymałości, odporności na korozji, polepszeniu właściwości elektrycznych. Zaw. min. 0,3% C stale niskostopowe nadają się do hartowania w oleju, nawet przy niskich wartościach przekroju.. Niskostopowe stale niklowe wykorzystuje się przy wyrobie wysoko obciążanych elementów, takich jak: sworznie, kołki, śruby, stale chromowe, molibdenowe, niklowo - chromowe, chromowo-molibdenowe stosuje się do produkcji wysokoobciązonych wałów silników, sprężarek. Do wyrobu sprężyn stosuje się stale sprężynowe o zaw. 0,65-0,85% C (stale węglowe) lub 0,45-0,70%C (stale stopowe), jako dodatków używa się krzemu, manganu, chromu, wanadu; resory i duże sprężyny wykonywane są materiału miękkiego, po czym są hartowane i odpuszczane. Stale automatowe uzyskuje się poprzez zwiększenie zaw. S i P (S-do 0,35%, P-0,15%); stale te stosowane do wyrobu drobnych części na automatach: powinny mieć gładką powierzchnię, wióry powinien być krótki i łamliwy.

W grupie stali specjalnych wyróżnia się stale nierdzewne, kwasoodporne, żarowytrzymałe, żaroodporne.

Stale nierdzewne są odporne na działanie wód naturalnych, roztworów kwasów i zasad rozcieńczonych. Uzyskuje się to poprzez zmniejszenie zaw. węgla, a zwiększenie zaw. chromu (min.12%) - poza tym powierzchnia powinna być gładko wypolerowana: np. 1H13,1H14 itd. Obecność chromu powoduje zwiększenia pasywności, gdyż następuje wzrost i tak dodatniego potencjału elektrodowego. Jedynie kwas siarkowy i kwasy organiczne redukujące, np. winowy, powodują przejście chromu w postać aktywną. Stal 1H28 z dodatkiem 1% tytanu używana jest w elementach maszyn, gdzie wymagana jest duża wytrzymałość mechaniczna i odporność na zużycie (np. tłoczyska sprężarek wysokociśnieniowych do produkcji amoniaku

Stale kwasoodporne, oprócz cechy nierdzewności, wykazują się biernością na działanie kwasów organicznych i nieorganicznych - mają, więc szerokie spektrum stosowania w przemyśle spożywczym. Są to stale wysokostopowe chromoniklowe, o niskiej zaw. C - 17-20% Cr i 8-14% Ni, np. 1H18 N9, 2H18 N9.. Najbardziej rozpowszechnioną stal kwasoodporną jest stal 1H18N9T zaw. do 0,8% tytanu. Stale chromowo-niklowo-molibdenowe o strukturze austenitycznej np. H18N12M2T, H18N12M3T - stosuje się do wykonywania aparatury spawanej bez dodatkowej obróbki cieplnej po spawaniu. Stale o małej zaw. niklu lub nie zawierające niklu stosowane są jako zamiennik stal 1H18N9T do produkcji urządzeń przemysłu mięsnego, spirytusowego, mleczarskiego i innych.

Konkretne przykłady zastosowań stopów metali w niektórych gałęziach przemysłu spożywczego

W przemyśle winiarskim:

• największe wykorzystanie ze względu na agresywne organiczne środowisko kwasowe wykorzystuje się 1H18, 1H18N9T, żeliwo chromowe (17%Cr), elementy aparatury wykonywane są ze stali zwykłych oraz żeliwa szarego, narażone na kontakt z agresywnym działaniem moszczu winnego, powinny być lakierem kwasoodpornym XC76 lub żywicami epoksydowymi;

• zbiorniki metale do fermentacji białych moszczów, do wyrobu wina, wina musującego, leżakowania win - powinny być wykonane ze stali nierdzewnej (llub stali zwykłej pokrytej emalią szklistą).

W przemyśle spirytusowym:

• aparatury żeliwne do destylacji surówki, kadzie fermentacyjne, odstojniki, reaktory - stale wysokostopowe kwasoodporne - stale zwykłe szybko uległyby korozji w agresywnym środowisku, w niektórych elementach dopuszczalne są stale niskostopowe powleczone emalią ochronną,

• W przemyśle piwowarskim:

• kadzie zacierne ze stali kwasoodpornej (dna - wykonywane są z miedzi), aparatura do produkcji brzeczki piwnej i rurociągi do przepływu piwa), korpusy i wały maszyn - ze żeliwa chromowego - 17%Cr.

W przemyśle drożdżarskim:

• kadzie zalewne, kotły warzelne, kotły zacierne - elementy mające styczność z melasą buraczaną - wykonywane są ze stali 1H18N8T lub 2H17

Stopy żelaza są podstawowym tworzywem stosowanym we współczesnej technice, jednak nie można wyobrazić sobie rozwoju wielu jej dziedzin bez metali nieżelaznych i ich stopów.

2

---