Materiał to wszystkie substancje, z których wykonano przedmioty materialne.
Materiałami w pojęciu technicznym nazywa się ciała stałe, których właściwości czynią je użytecznymi dla człowieka, gdyż wykonuje się z nich złożone produkty pracy - przedmioty użytkowe, narzędzia, konstrukcje i budowle, maszyny i pojazdy, broń, dzieła sztuki itp.
Materiały techniczne można podzielić na 3 grupy:
1. Metale
a) Technicznie czyste
b) Stopy (spieki)
2. Ceramika
a) Wielko-tonażowa
b) Specjalna
c) Szkło
3. Polimery
a) Ogólnego stosowania
b) Specjalne Metale to materiały, które w stanie stałym charakteryzują się następującymi właściwościami:
1. Dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, przy dodatnim temperaturowym współczynniku rezystywności (opór metali zwiększa się wraz z temp.)
2. Połysk - zdolność odbijania promieni przez wypolerowane powierzchnie.
3. Plastyczność - zdolność do trwałych odkształceń pod wpływem naprężeń.
Właściwości te wynikają z wiązania metalicznego występującego pomiędzy atomami tworzącymi metal i budowy krystalicznej.
Metale stanowią obecnie najsilniejszą grupę materiałów konstrukcyjnych i narzędziowych.
MATERIAŁY MINERALNE
Materiały ceramiczne.
Materiały ceramiczne to nieograniczone związki metali z tlenem, azotem, węglem, borem i innymi pierwiastkami, w których atomy połączone są wiązaniem jonowym i kowalencyjnym.
Ceramika wielkotonażowa obejmuje przede wszystkim materiały budowlane (cement, gips, cegły, płyty), ceramikę sanitarną, ogniotrwałą itp.
Podstawowymi surowcami do wyrobu tej ceramiki są:
1. Glina - składająca się z bardzo drobnych ziarn uwodnionego krzemianu
glinu,
2. Krzemionka - krystaliczna odmiana SiO2, zwana również kwarcem.
3. Skaleń - glinokrzemian metali alkalicznych stanowiących mieszaninę:
skalenia potasowego, skalenia sodowego i skalenia wapniowego.
Ceramika specjalna to zróżnicowana grupa materiałów i produktów. Należą do niej materiały dla elektroniki, na narzędzia skrawające i elementy odporne na ścieranie, tworzywa ogniotrwale o wysokiej jakości, ceramika stosowana w przemyśle jądrowym, w silnikach cieplnych, ceramika dla celów medycznych.
Jako przykłady można podać:
1. Ferryty - ceramiczne materiały magnetyczne z których najważniejszy to
magnetyt. W zależności od charakterystyki znalazły zastosowanie na
elementy pamięci w komputerach, rdzenie transformatorów wysokiej
częstotliwości, trwałe magnesy.
2. Sialon - tworzywo konstrukcyjne stosowane na łopatki turbin i elementy
silników cieplnych.
3. Cermetale - złożone z drobnych cząstek krystalicznej ceramiki
(np. węglików) rozmieszczonych na osnowie metalowej, np. WC w osnowie
Co, przeznaczone na narzędzia skrawające. Materiały ceramiczne stosowane są m.in. jako tworzywa elektro- i
Termoizolacyjne, żaroodporne (wysoka temperatura topnienia), odporne na działanie czynników chemicznych.
Ceramiczne materiały budowlane to ogromna grupa wyrobów powstających z gliny w procesie wypalania.
Zaliczamy do niej materiały konstrukcyjne, takie jak cegły czy pustaki ścienne i stropowe; materiały pokryciowe, czyli wszelkie rodzaje dachówek ceramicznych oraz materiały wykończeniowe, czyli płytki elewacyjne, terakotę i okładziny ścienne stosowane wewnątrz budynków. Materiały budowlane powstające z gliny mają różne własności, w zależności od użytych domieszek i temperatury wypalania. Gotowy produkt otrzymuje się z glin ilastych, morenowych, wstęgowych, łupków, mułków oraz lessów, czyli skał zawierających kaolin, mieszanych z wodą na jednolitą masę, następnie formowanych, suszonych i wypalanych w temperaturze od 850 do 1000 stopni Celsjusza. Ceramiczne materiały budowlane, ze względu na ogromny asortyment, są chętnie stosowane przez budownictwo jednorodzinne.
Zalety = Ceramiczne materiały budowlane są ognioodporne i wykazują bardzo niską podatność na zmienności kształtu pod wpływem obciążeń statycznych, ciepła lub niskich temperatur. Mają też wysoką zdolność akumulacji ciepła, a dzięki temu, że przepuszczają parę wodną, zapewniają odpowiedni mikroklimat. Materiały budowlane tego typu cechują się również niską przewodnością cieplną. ściany stawiane z nowoczesnych pustaków ceramicznych nie wymagają dodatkowej izolacji termicznej. Ceramiczne materiały budowlane mają dobrą przyczepność do zapraw, dzięki czemu muruje się z nich łatwiej.
Wady = Ceramiczne materiały budowlane mają też swoje wady. Przede wszystkim chodzi o czas budowy, jej pracochłonność i ciężar konstrukcji ograniczający ich stosowanie. Pełna cegła wymaga dodatkowego ocieplenia stawianych z niej ścian, chyba, że zdecydujemy się na gruby i ciężki mur kilkuwarstwowy. Z kolei ceramika poryzowana, która ma lepsze parametry izolacyjności termicznej, jest dość droga w porównaniu z innymi materiałami budowlanymi.
SZKŁO
Szkło - to materiał otrzymywany w wyniku stopienia tlenku krzemu z różnymi dodatkami dobranymi w odpowiednich proporcjach, a następnie szybkiego ochłodzenia tak, aby nie doszło do pełnej krystalizacji krzemionki, lecz aby w strukturze pozostało jak najwięcej fazy amorficznej, będącej formalnie rzecz biorąc przechłodzoną cieczą.
Szkło jest materiałem o wielu cennych zaletach. Jest ono przezroczyste, bezbarwne ( szkło nie barwione ), ma naturalny połysk i gładką powierzchnię, jest nieprzenikliwe dla cieczy
i gazów, nie wymaga zabezpieczenia przed korozją, jest odporne na działanie czynników chemicznych, niepalne i wytrzymałe na podwyższoną temperaturę. Ponadto w stanie plastycznym daje się łatwo kształtować. Szkło zwykle mimo swej przezroczystości nie przepuszcza promieni nadfioletowych. Dlatego też produkowane jest specjalnie szkło kwarcowe, stosowane niekiedy na szyby w autobusach turystycznych, które w znaczym stopniu przepuszcza promienie nadfioletofe. Najważniejszymi wadami szkła są :
- kruchość
- łamliwość
- mała odporność na gwałtowne zmiany temperatury
a) Otrzymywanie szkła
Surowcem do produkcji tradycyjnego szkła jest piasek kwarcowy oraz dodatki, najczęściej: węglan sodowy i węglan wapniowy, topniki: tlenki boru i ołowiu oraz barwniki, którymi są zazwyczaj tlenki metali przejściowych. Surowce są mieszane, topione w piecu w temperaturze 1400-1500 °C, po czym formowane w wyroby przed pełnym skrzepnięciem.
Szkło produkowane jest drogą stopienia trzech odrębnych rodzajów podstawowych surowców. Są to :
surowce kwaśne ( minerały i produkty chemiczne zawierające tlenek krzemowy, tlenek glinowy, tlenek borowy i niekiedy tlenek cyrkonowy oraz dwutlenek tytanu ),
surowce alkaliczne - tj. topniki ( produkty zawierające tlenek sodowy lub tlenek potasowy ),
surowce wapniowe - tj. stabilizatory ( surowce zawierające tlenek wapniowy, tlenek magnezowy, tlenek borowy, tlenek cynkowy i tlenek ołowiu ).
Zadaniem topników jest stopnienie trudno topliwych składników szkła na jednorodną przezroczystą masę. Stabilizatory wprowadzane są do szkła w celu nadania mu odporności na działanie czynników chemicznych.
b) Właściwości i rodzaje szkła
Właściwości:
- materiał izotropowy
- słaby przewodnik dla elektryczności
- materiał o dużej odporności chemicznej
- właściwości mechaniczne szkła budowlanego:
- gęstość szkła budowlanego 2400-2600 kg/m3
Właściwości szkła są uzależnione od sposobu wytopu, oraz w ograniczonym zakresie od składu chemicznego.
Klasyfikacja szkła
- szkło budowlane: płaskie walcowane i ciągnione, zespolone, hartowane, barwne nieprzejrzyste,
- piankowe, szkła budowlane są zazwyczaj szkłami sodowo/wapniowo/potaso-krzemianowymi.
- szkło jenajskie zwane też szkłem boro-krzemianowym - cechuje je stosunkowo niska temperatura topnienia, łatwość formowania i jednocześnie wysoka odporność na nagłe zmiany temperatury.
- szkło ołowiowe (kryształowe) - przepuszczalne dla ultrafioletu, o bardzo wysokim współczynniku załamania światła, używane do produkcji wyrobów dekoracyjnych, oraz soczewek optycznych.
Niektóre rodzaje szkła budowlanego
Szkło okienne - jest to szkło płaskie, najczęściej produkowane metodą float (szkło płynie w postaci wstęgi na powierzchni ciekłej cyny). Inną wykorzystywaną jeszcze metodą jest metoda szkła ciągnionego (metoda Furcault'a). Jednak tą metodą szkło produkowane jest coraz rzadziej. Szkło float może być produkowane w grubościach od 2 do 19 mm. Szkło do stosowania w budownictwie dostępne jest standardowo w grubościach od 3 do 12 mm. Przepuszczalność światła zależy od grubości oraz zawartości tlenku żelaza w masie szklanej. Szkło o niskiej zawartości tlenku żelaza nazywane jest szkłem odbarwianym lub ekstrabiałym.
Szkło płaskie walcowane - produkowane najczęściej jako szkło ornamentowe (wzorzyste) w grubościach od 3 do 8 mm.
Szkło płaskie zbrojone - z wtopioną metalową siatką zbrojeniową, w taflach o grubości od 5 do 8 mm.
Szkło płaskie barwione w masie (często stosowana jest nazwa handlowa - Antisol)- szkło takie posiada cechę pochłaniania energii promieniowania słonecznego, dlatego nazywane jest też szkłem przeciwsłonecznym. Ze względu na własności absorpcji promieniowania słonecznego szkło takie w budownictwie poddawane jest procesowi hartowania, aby zwiększyć jego odporność na powierzchniową różnicę temperatur.
Szyby zespolone - zestawy szyb złożone z dwóch, trzech lub więcej pojedynczych szyb przedzielonych ramką dystansową, które produkuje się z dwustopniowym uszczelnieniem krawędzi zespolenia.
Szkło hartowane - o większej wytrzymałości mechanicznej i większej odporności na powierzchniową różnicę temperatur. Otrzymywane przez poddanie szkła zwykłego odpowiedniej obróbce termicznej polegającej na podgrzaniu do temperatury 620 - 680°C i bardzo szybkim schłodzeniu sprężonym powietrzem - co powoduje zmianę jego mikrostruktury - tworzy się bardzo regularna sieć drobnych kryształków krzemionki poprzedzielana niewielkimi domenami fazy amorficznej. Na skutek takiej wysoce krystalicznej struktury, przy rozbiciu szkło to rozpada się na małe kawałeczki o nieostrych krawędziach. Używane w budownictwie i do produkcji szyb samochodowych.
Szkło refleksyjne - szkło płaskie, które w procesie on-line (metoda pyrolityczna) lub off-line (metoda magnetronowa), poddawane jest obróbce polegającej na napyleniu specjalnej selektywnej powłoki, która przepuszcza światło, ale posiada duży współczynnik odbicia promieniowania podczerwonego. Zastosowanie takiego szkła latem zabezpiecza pomieszczenia przed nagrzaniem, zimą ogranicza wypromieniowanie ciepła z wnętrza pomieszczenia. Przez możliwość naniesienia warstwy refleksyjnej o różnej barwie - daje ciekawe efekty architektoniczne na elewacjach budynków.
Szkło elektroprzewodzące - z naniesioną powłoką z materiału elektroprzewodzącego.
Szkło nieprzezroczyste (marblit) - w postaci płyt i płytek używanych do dekoracji ścian.
Ponadto ze szkła produkowane są wyroby takie, jak np. pustaki szklane, wełna szklana.
Szczególnym zastosowaniem szkła jest produkcja tzw. włókna szklanego. Powstaje ono przez przeciskanie stopionej masy szklanej przez otwory o b. małej średnicy. W zależności od średnicy i składu włókno takie ma dwa główne zastosowania:
Światłowód dzięki wewnętrznemu odbiciu impulsy świetlne w odpowiednio przygotowanym włóknie szklanym mogą bez znaczącego osłabienia pokonywać ogromne odległości. Dodatkowo jedno włókno światłowodowe może przekazywać jednocześnie wiele takich impulsów o różnych częstotliwościach, dzięki czemu przepustowość informacyjna światłowodu jest gigantyczna w porównaniu z tradycyjnymi miedzianymi przewodami. Światłowody mają ogromne i wciąż rosnące zastosowanie w teleinformatyce.
Tkaniny i maty szklane służące do zbrojenia sztucznych żywic czyli produkcji tzw. laminatów. W połączeniu z żywicami poliestrowymi (tańszymi) lub epoksydowymi (droższymi, ale wytrzymalszymi i odporniejszymi) tworzą lekki, wytrzymały i odporny materiał konstrukcyjny powszechnie stosowany w lotnictwie, szkutnictwie, przemyśle samochodowym itp. W wypadku droższych i bardziej wymagających konstrukcji włókna szklane bywają uzupełniane lub zastępowane węglowymi lub aramidowymi, jednak jako podstawowy składnik laminatów długo pozostaną dominujące, zwłaszcza ze względu na stosunkowo niską cenę.
c) Zastosowanie szkła:
Szkło dzięki swoim cechom znajduje zastosowanie we wszystkich dziedzinach życia. Jest ono stosowane jako:
- optyczne - pryzmaty, soczewki czyli specjalnie uformowane kawałki szkła
- okienne - szyby okienne
- laboratoryjne - sprzęt laboratoryjny
- budowlane - wata szklana, płyty wykładzinowe, izolacja cieplna (szkło piankowe)
- stołowe - szklanki, kieliszki, wazony, talerze, ozdobne dzbanki
- elektrotechniczne - żarówki, izolatory
- butelkowe - butelki
- na opakowania - słoiki i inne szklane opakowania, przydatne w różnych dziedzinach życia
MINERALNE SPOIWA BUDOWLANE
1. Klasyfikacja
Spoiwa mineralne - wypalony i sproszkowany minerał, który po wymieszaniu z wodą na skutek reakcji chemicznych ulega stwardnieniu, wykazując właściwości wiążące.
Ze względu na zachowanie się spoiw mineralnych w czasie twardnienia w środowisku wodnym rozróżnia się:
• spoiwa powietrzne - twardnieją (uzyskują odpowiednią wytrzymałość mechaniczną) tylko na powietrzu:
o wapno,
o gips oraz cement anhydrytowy (tzw. cement Keena),
o spoiwo magnezjowe (tzw. cement Sorela),
o spoiwo krzemianowe ze szkłem wodnym, uzyskiwane przez zmieszanie szkła wodnego (roztwór krzemianów sodowych lub potasowych otrzymywany przez stopienie piasku z węglanem sodowym lub potasowym i rozpuszczenie stopu w wodzie pod ciśnieniem) z wypełniaczem mineralnym o uziarnieniu do 0,2 mm. Jako wypełniacza używa się np. mączki kwarcowej. Obecnie raczej nie używane;
• spoiwa hydrauliczne - twardnieją na powietrzu i pod wodą:
o cementy,
o wapno hydrauliczne (cement romański)
Charakterystyka spoiw
Spoiwa gipsowe i anhydrytowe
Spoiwa gipsowe i anhydrytowe są to materiały wiążące, otrzymywane z naturalnych siarczanów wapniowych występujących w przyrodzie w postaci kamienia gipsowego (CaSO4*2H2O) i anhydrytu (CaSO4). Produkcja tych spoiw polega głównie na obróbce termicznej kamienia gipsowego lub anhydrytu.
Spoiwa gipsowe szybko wiążące otrzymuje się w prażarkach w niskich temperaturach (135 - 230oC). Surowcem jest mączka gipsowa. Podczas wypalania zachodzi proces odwodnienia według reakcji
CaSO4*2H2O --> CaSO4*1/2H2O + 3/2H2O
Produkt tej reakcji CaSO4*1/2H2O występuje w dwóch odmianach (alfa) i (beta). Odmiany te wykazują istotne różnice rozpuszczalności, czasu wiązania i wytrzymałości.
Odmiana (beta) w odróżnieniu od odmiany (alfa) ma wygląd kłaczkowaty,θ krystalizuje w postaci bardzo drobnych kryształów. Stąd odmiana (beta) ma gorsze właściwości wytrzymałościowe niż odmiana (alfa), która ma zwartą strukturę krystaliczną.
Spoiwa tej grupy należą do spoiw powietrznych szybko wiążących - o początku wiązania od 3 do 12 minut i końcu wiązania 15 do 20 minut.
Spoiwa gipsowe wolno wiążące produkowane są w wysokich temperaturach. Dzielą się one na:
• spoiwa anhydrytowe
• gips hydrauliczny
Spoiwa anhydrytowe należą do grupy spoiw gipsowych powietrznych. Podstawowym składnikiem jest bezwodny siarczan wapnia (CaSO4).
Sam siarczan wapniowy nie wykazuje właściwości wiążących, staje się dopiero spoiwem po zmieleniu i zaktywizowaniu pewnymi dodatkami (tlenki alkaliczne, tlenek magnezowy, wapno palone i hydratyzowane, siarczany, cement portlandzki).
Spoiwo anhydrytowe otrzymuje się w wyniku wypalania kamienia gipsowego lub anhydrytu naturalnego w temperaturze 600 - 700oC i zmieleniu go z aktywatorami. naturalnego w temperaturze 600 - 700oC i zmieleniu go z aktywatorami>
Gips hydrauliczny jest spoiwem powietrznym wykazującym właściwości hydrauliczne. Spoiwo to, obok podstawowego składnika jakim jest CaSO4, zawiera pewien niewielki procent tlenku wapniowego CaO. Gips hydrauliczny otrzymuje się przez wypalanie kamienia gipsowego w temperaturze 800 - 1000oC. W takiej temperaturze gips dwuwodny przechodzi w siarczan bezwodny, ulegając częściowemu rozkładowi w/g reakcji
CaSO4 --> CaO + SO2 + 1/2O2
Początek wiązania gipsu hydraulicznego zachodzi po upływie 2 do 6 godzin, koniec wiązania po 6 do 30 godzin. Zaletą tak otrzymanego spoiwa jest większa odporność na działanie wody i czynników atmosferycznych (mrozu)
Wiązanie spoiw gipsowych polega w zasadzie na reakcji odwrotnej do reakcji odwodnienia surowców stosowanych do produkcji gipsu.
CaSO4*1/2H2O + 3/2H2O --> CaSO4*2H2O +14,2 kJ/mol
Spoiwo budowlane to materiał wiążący, sproszkowany,
zazwyczaj wypalany materiał mineralny - spoiwo mineralne
lub chemiczny (żywica),
Parametry spoiwa budowlanego
czas wiązania
początek wiązania czas od chwili nawilżenia spoiwa i jego wymieszania w którym zaczyn utrzymuje właściwości plastyczne
koniec wiązania czas uzyskania dostatecznie stwardniałego tworzywa. Zależy on od rodzaju spoiwa, ilości wody zarobowej oraz jej temperatury.
MATERIAŁY ORGANICZNE
Lepiszcza bitumiczne - są to materiały organiczne, które dzięki zachodzącym w nich zmianom fizycznym (adhezji i kohezji) zmieniają swoją konsystencję i wykazują się cechami wiążącymi. W materiałach tych, w odróżnieniu od spoiw, nie zachodzą zmiany chemiczne. W zależności od pochodzenia, lepiszcza dzielą się na:
smołowe - smoły to ciecze otrzymywane podczas suchej destylacji drewna (smoła drzewna) lub węgla (smoła węglowa); obecnie raczej nie stosowane, z uwagi na dużą toksyczność smoły
asfaltowe - asfalty to mieszanina węglowodorów wielkocząsteczkowych pochodzenia naturalnego (asfalt naturalny) lub otrzymywanych w wyniku przeróbki ropy naftowej (asfalt ponaftowy); odporne na działanie wody, kwasów, zasad; rozpuszczalne w dwusiarczku węgla, benzynie i innych rozpuszczalnikach
DREWNO
Drewno - surowiec drzewny otrzymywany ze ściętych drzew i formowany przez obróbkę w różnego rodzaju sortymenty. Zajmuje przestrzeń pomiędzy rdzeniem, a warstwą łyka i kory.
Wady i zalety drewna
Drewno jest materiałem niejednorodnym pod względem budowy. Posiada liczne wady, anomalie, uszkodzenia lub inne wrodzone i nabyte cechy, które obniżają jego wartość techniczną i ograniczają zakres użyteczności. Z punktu widzenia przerobu surowca drzewnego, drewno powinno mieć kształt walca, równomierną słoistość, przebieg włókien równoległy do podłużnej osi, oraz nie powinno mieć sęków (gałęzi).
Polska norma (PN-79/D-01011, "wady drewna") wyróżnia następujące grupy wad:
sęki,
W porównaniu do wielu innych materiałów drewno cechuje szereg wad związanych z jego biologicznycm pochodzeniem. Materiały i produkty drzewne bez odpowiedniego zabezpieczenia łatwo ulegają deprecjacji pod wpływem wody, owadów i grzybów. Zmienne warunki wilgotności prowadzą często do paczenia się i pękania drewna. Owady i grzyby obniżają mechaniczną wytrzymałość drewna.
Wady drewna zawsze powodują obniżenie jego wartości i mogą spowodować jego dyskwalifikację jako materiału. Zależą od różnych czynników:
związane ze wzrostem drzewa to - sęki, rdzenie położone mimośrodowo, rdzenie podwójne, zawoje, skręt włókien, pęknięcia np. mrozowe itp.
związane z procesami gnilnymi, zagrzybieniem podczas wzrostu drzewa albo po jego ścięciu, powodują zmianę zabarwienia, siniznę, zgniliznę czyli mursz. Przykłady grzybów rozwijających się na drewnie:
grzyby powodujące szybki rozkład drewna na dużych powierzchniach: grzyb domowy właściwy stroczek domowy, grzyb domowy biały porzyca inspektowa, grzyb piwniczny gnilica mózgowata, grzyb kopalniany krowiak łykowaty;
grzyby występujące "gniazdowo": grzyb podkładowy twardziak łuskowaty , grzyb słupowy siatkowiec płotowy
związane z żerowaniem owadów na drzewie lub drewnie (np. spuszczel, trzpiennik olbrzym , rytel pospolity, drwalnik paskowany , kołatek mieszkaniowy i kołatek meblowy , świdrak okrętowiec , raczek .
Wymienione grzyby, owady, małże są pasożytami drewna. Do szkodników żerujących na drzewie należy też objęty ochroną gatunkową kozioróg dębosz. Do ochrony drewna, zwłaszcza w budownictwie, należą takie przedsięwzięcia jak:
nie używanie drewna pochodzącego z rozbiórki starych domów
nie malowanie drewna farbami olejnymi przed jego wysuszeniem
wietrzenie pomieszczeń, w których drewno jest zastosowane
wykonanie poprawnej izolacji przeciwwilgociowej
wykonanie impregnacji preparatami grzybo- i pleśniobójczymi
wykonanie zabezpieczenia przeciwogniowego
Zalety:
łatwe w obróbce (gatunki miękkie)
izoluje termicznie i elektrycznie
materiał ekologiczny
odporne na działanie wielu czynników chemicznych
Właściwości fizyczne drewna
Barwa drewna krajowego nie odznacza się tak dużą intensywnością, jak niektórych gatunków egzotycznych (mahoń, palisander). Drewno z drzew krajowych ma barwę od jasnożółtej do brązowej.
Rysunek drewna - różni się w zależności od przekroju, barwy drewna, wielkości przyrostów, sęków itp.
Połysk - związany jest z twardością drewna i gładkością powierzchni. Połysk najbardziej jest widoczny w przekroju promieniowym.
Gęstość pozorna drewna - zależy od jego wilgotności, rodzaju drzewa z którego jest otrzymane. Przy wilgotności 15% waha się przykładowo od 470 - 480 kg/m³ dla świerku do 810-830 kg/m³ dla grabu. (Wartości przykładowe dla innych gatunków: sosna 540-550 kg/m³, dąb 700-710 kg/m³, buk 720-730 kg/m³, jesion 740-750 kg/m³).
Higroskopijność - to skłonność materiału do wchłaniania wilgoci z powietrza. Drewno zawsze wchłania wilgoć lub oddaje ją do pomieszczenia tak długo, aż osiągnie stan równowagi pomiędzy własną wilgotnością a wilgotnością otoczenia. Drewno stosowane w miejscach o dużej wilgotności powinno być zabezpieczone przed jej wchłanianiem.
Przewodność cieplna - drewno źle przewodzi ciepło, zatem jest dobrym izolatorem. Oczywiście współczynniki przewodności cieplnej zależą od rodzaju drzewa i stopnia wilgotności drewna.
Skurcz i pęcznienie - drewno wilgotne podczas suszenia zawsze kurczy się, podczas nasiąkania wodą pęcznieje. Podczas skurczu drewno pęka i paczy się. Dlatego konstrukcje drewniane (więźby, ramy okienne, listwy boazeryjne itp.) powinny być przygotowywane z drewna już wysuszonego, do takiej wilgotności, w jakiej będzie ono użytkowane. Najczęściej używa się do wykonania elementów konstrukcyjnych drewna w stanie powietrzno-suchym.
Wilgotność - zależy od warunków w jakich drewno się znajduje i ma znaczny wpływ na pozostałe właściwości drewna. Bezpośrednio po ścięciu wilgotność drewna wynosi ponad 35%, ale może być znacznie większa. Drewno w stanie określanym jako powietrzno-suche (wyschnięte na wolnym powietrzu) ma wilgotność około 15 - 20%, przechowywane w suchych pomieszczeniach - ma wilgotność 8 - 13%. Duża wilgotność drewna bywa powodem paczenia się wyrobów, stwarza warunki sprzyjające rozwojowi grzybów. Gdyby drewno zostało wysuszone do wilgotności 0% stałoby się materiałem łatwo pękającym i kruchym. Praktycznie nie byłoby można wykonać z takiego drewna żadnej konstrukcji czy przedmiotów użytkowych.
Zapach - każdy gatunek drewna ma swój specyficzny zapach. Pochodzi on od znajdujących się w drewnie żywic, olejków eterycznych, garbników itp. Z biegiem lat drewno traci zapach.
Właściwości mechaniczne
Drewno jest materiałem anizotropowym, jego wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie, zginanie zależy od kierunku działania sił w stosunku do włókien. Drewno znacznie łatwiej przenosi siły (ma większą wytrzymałość) działające wzdłuż włókien - wraz ze wzrostem kąta odchylenia tych sił od kierunku włókien wytrzymałość drewna zmniejsza się. W zależności od osiąganej minimalnej wartości wytrzymałości mechanicznej drewno dzieli się na klasy. Przykładowe wartości wytrzymałości drewna na ściskanie w zależności od klasy:
ściskanie wzdłuż włókien - 16 MPa - 26 MPa (gatunki liściaste) i 23 - 34 MPa (gatunki iglaste)
ściskanie w poprzek włókien od 4,3 - 6,3 MPa (gatunki liściaste) i 8,0 - 13,5 MPa (gatunki iglaste)
Twardość - jest mierzona oporem stawianym przez drewno podczas wciskania stalowej kulki o ściśle określonej wielkości. Twardość zależy od gatunku drzewa, z którego drewno pochodzi.
Ścieralność - drewna twarde są najczęściej najodporniejsze na ścieranie. Ta cecha ma duże znaczenie przy wyborze drewna jako materiału do wykonania np. podłóg
Gatunki drewna używane w budownictwie
W budownictwie najczęściej używane są następujące gatunki drewna:
gatunki iglaste, stosowane są do wykonywania konstrukcji dachowych, stolarki budowlanej (okna, drzwi, schody itp.), desek podłogowych, sklejki itp.:
gatunki liściaste, najczęściej stosowane są do robót stolarskich, wykonywania podłóg i posadzek
Dąb - najlepsze właściwości ma drewno pozyskiwane z drzew w wieku około 180 lat. Drewno jest twarde, o dobrych parametrach wytrzymałościowych, odporne na ścieranie. Często atakowane przez owady. W wodzie z czasem czernieje, w wyniku reakcji chemicznych pomiędzy kwasem garbnikowym znajdującym się w drewnie a solami żelaza występującymi w wodzie. Drewno łatwo pęka i paczy się.
Tworzywa sztuczne
Tworzywa sztuczne - materiały oparte na polimerach syntetycznych, zastępujące tradycyjne materiały takie jak drewno, ceramika, metal, kauczuk naturalny, gutaperka oraz stanowiące grupę zupełnie nowych materiałów, które nie mają swoich naturalnych odpowiedników.
W skład tworzyw sztucznych wchodzą oprócz polimerów także plastyfikatory (zmiękczacze), wypełniacze (zmieniające właściwości mechaniczne oraz potaniające produkt końcowy) oraz substancje barwiące.
Tworzywa sztuczne od strony użytkowej można podzielić na:
duroplasty - twarde, trudnotopliwe o wysokiej odporności mechanicznej służące jako materiały konstrukcyjne - inaczej nazywane sztucznymi metalami. Niektóre duromery zastępują też materiały ceramiczne
plastomery - popularnie zwane termoplastami mniej sztywne od duromerów ale łatwotopliwe i zwykle rozpuszczalne - dzięki ich topliwości można je przetwarzać poprzez topienie i wtryskiwanie do form lub wytłaczanie, dzięki czemu można z nich uzyskać bardzo skomplikowane kształty. Stosowane są zamiast drewna i niekiedy zamiast metalu, np. jako obudowy do maszyn i urządzeń, elementy wyposażenia domowego
elastomery - tworzywa, które można rozciągać i ściskać; w wyniku rozciągania lub ściskania elastomery zmieniają znacznie swój kształt ale po odjęciu siły wracają do poprzednich wymiarów. Elastomery zastąpiły prawie całkowicie kauczuk naturalny, ale znalazły też szereg nowych zastosowań niedostępnych dla zwykłego kauczuku.
Właściwości
Tworzywa sztuczne są na ogół bardzo lekkie (gęstość najczęściej ok. 1 g/cm3), mają małą przewodność cieplną, większość z nich jest dielektrykami, jednak po dodaniu znacznej ilości (ok. 50%) materiałów przewodzących, np. sadzy lub pyłu metalicznego, przewodzą prąd elektryczny, mogą być przezroczyste lub całkowicie nieprzezroczyste.
Tworzywa niemodyfikowane, w porównaniu z metalami mają małą wytrzymałość na rozciąganie oraz mały moduł elastyczności; bardzo dobrą wytrzymałość na rozciąganie, duży moduł elastyczności mają tworzywa zbrojone np. włóknem szklanym (kompozyt, laminaty).
Tworzywa sztuczne są najczęściej odporne na czynniki chemiczne, wilgoć, lecz nieodporne na działanie czynników silnie utleniających. Wadą większości tworzywa sztuczne jest ich wrażliwość na podwyższoną temp. (powyżej 100°C).
Zmniejszenie palności tworzyw sztucznych uzyskuje się w wyniku wprowadzenia do tworzyw tzw. antypirenów.
Większość tworzyw sztucznych jest łatwa do formowania i barwienia. Najczęściej stosowanymi metodami formowania tworzyw sztucznych są: wtrysk ( formowanie wtryskowe), wytłaczanie, prasowanie tworzyw sztucznych, odlewanie tworzyw sztucznych oraz kalandrowanie. Ponadto w przetwórstwie tworzyw sztucznych stosuje się np. spiekanie, obróbkę plastyczną, laminowanie, zgrzewanie.
Wytwarzanie
Technika wytwarzania wyrobów z tworzyw sztucznych; odlewanie tworzyw sztucznych prowadzi się w formach nieruchomych lub obracających się; odlewanie odśrodkowe (obrotowe) — tworzywo sztuczne (ciekłe lub proszek) wprowadza się do podgrzanej formy obracającej się szybko wokół 1 osi lub wokół 2 przecinających się osi obrotu; stosuje się też odlewanie ciśnieniowe (tworzywo wtłacza się pod ciśn. 0,5-2 MPa) i odlewanie podciśnieniowe (tworzywo jest zasysane do formy); odlewanie kształtek z monomeru lub substancji częściowo spolimeryzowanej (z dodatkiem katalizatorów, przyśpieszaczy), której polimeryzacja następuje w formie odlewniczej nosi nazwę odlewania polimeryzacyjnego ; odlewanie tworzyw sztucznych w formach zamkniętych jest stosowane do wytwarzania wyrobów pustych, np. piłek, lalek, głównie z plastycznych poli(chlorku winylu); w celu otrzymania folii stosuje się odlewanie roztworów tworzyw sztucznych (np. pochodnych celulozy), najczęściej wylewając roztwór przez wąską szczelinę ogrzewanego zasobnika na przenośnik taśmowy lub obracający się bęben, gdzie następuje odparowanie rozpuszczalnika; do metod odlewniczych zalicza się też maczanie w upłynnionym tworzywie izolacyjnym, stosowane m.in. do zalewania elementów i zespołów elektronowych i elektrotechnicznych.
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE I CHEMICZNE TWORZYW SZTUCZNYCH:
zależne są od składu i struktury chemicznych średniej masy cząsteczkowej , polimolekularności oraz zawartości substancji małocząsteczkowych . Wspólnymi własnościami tworzyw sztucznych są
- mała gęstość ( < 2 g/cm3 )
- złe przewodnictwo cieplne i elektryczne
- znaczna ( w porównaniu z metalami ) rozszerzalność cieplna
- niezbyt wysoka maksymalna temperatura stosowania ( < 300oC )
- dobre własności mechaniczne , które jednak wyraźnie pogarszają się w miarę przedłużania czasu działania naprężeń i wzrostu temperatury .
Charakterystyczną własnością chemiczną związków wielkocząsteczkowych jest ich mała reaktywność , a co za tym idzie - duża odporność na działanie czynników chemicznych . Ze wzrostem temperatury odporność chemiczna tworzyw sztucznych z reguły maleje . Rozpuszczalniki powodują często pęcznienie tworzyw .
Większość tworzyw sztucznych jest odporna na działanie wody , niektóre nieco pochłaniają wodę , a tylko nieliczne ( polialkohol winylowy ) ulegają rozpuszczeniu .
Tlen powietrza w obecności światła atakuje tylko niektóre tworzywa sztuczne , czemu zapobiega się przez dodanie antyutleniaczy .
Palność tworzyw sztucznych jest zróżnicowana ; od niepalnych ( silikony ) do łatwo palnych ( nitroceluloza ), lecz z reguły mniejsza niż palność monomerów.
Istnieje kilka rodzajów klasyfikacji tworzyw sztucznych nie wyczerpujących całokształtu zagadnienia i nie całkowicie zadowalających , a dokonanych z różnego punktu widzenia .
SKŁAD TWORZYW SZTUCZNYCH:
Tworzywa sztuczne są materiałami, w których najistotniejszy składnik stanowią związki wielkocząsteczkowe, syntetyczne lub pochodzenia naturalnego.
Oprócz związku wielkocząsteczkowego tworzywo sztuczne zawiera zwykle składniki dodatkowe, które nadają mu korzystne właściwości użytkowe. Składniami tymi mogą być:
a) Barwniki, substancje naturalne lub syntetyczne, używane do barwienia różnorodnych materiałów (tkanin, papieru, skór, drewna, tworzyw sztucznych, żywności, kosmetyków).
W cząsteczkach barwników znajdują się ugrupowania chromoforowe, dzięki którym związki te selektywnie absorbują promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widzialnym, oraz auksochromy, nadające barwnikom powinowactwo do materiałów barwionych.
Ze względu na metodę wykonania barwienia barwniki dzieli się na: bezpośrednie, kwasowe, zasadowe, lodowe, kadziowe, zaprawowe.
b) Pigmenty, substancje barwne, w stanie rozdrobnienia stosowane do wyrobu farb oraz barwienia tworzyw sztucznych, włókien syntetycznych, wyrobów ceramicznych, gumy, papieru.
Pigmenty nieorganiczne, zwane mineralnymi, dzieli się na naturalne (farby ziemne) i sztuczne (sole i tlenki metali otrzymywane sztucznie). Do pigmentów nieorganicznych zalicza się także pigmenty otrzymywane z metali nieżelaznych np. glinu, miedzi i ich stopów.
Pigmenty organiczne, również dzieli się na naturalne i syntetyczne. Naturalne występują w organizmach żywych, np. chlorofil, hemina, sepia, indygo. Natomiast syntetyczne (stanowiące najliczniejszą i najważniejszą grupę pigmentów ze względu na zastosowanie) są najczęściej nierozpuszczalnymi barwnikami: azowymi, antrachinowymi, lakami barwnymi.
c) Stabilizatory, substancje chemiczne zapobiegające lub opóźniające samorzutne i niekorzystne przemiany chemiczne innych substancji, np.: artykułów spożywczych, leków, polimerów, zawiesin i emulsji, do których dodawane są w niewielkich ilościach. Stabilizatory osłabiają działanie czynników termicznych, hydrolitycznych, biologicznych i świetlnych.
d) Napełniacze, wypełniacze, obciążniki, substancje wprowadzane do tworzyw sztucznych, mieszanek gumowych, farb i in. w celu poprawy ich własności mechanicznych, elektroizolacyjnych i przeciwpożarowych oraz obniżenia ich ceny. Najczęściej stosowane napełniacze to: mączka drzewna i kamienna, ziemia okrzemkowa, pył metalowy, sadze, grafit, ścinki, włókna, tkaniny szklane, azbest, miki, a także pigmenty.
e) Zmiękczacze, plastyfikatory, ciecze - na ogół oleiste - o małej lotności.
TWORZYWA METALOWE
Żelbet (niewłaściwie: żelazobeton) - beton wzmocniony wkładkami stalowymi, materiał stosowany powszechnie w budownictwie. Beton jest materiałem doskonale przenoszącym naprężenia ściskające. Jednak jego wytrzymałość na siły naprężenia rozciągające jest bardzo mała. Wzmocnienie stalą, która znakomicie przenosi siły rozciągające daje materiał, z którego można budować konstrukcje różnego typu. Do wzmacniania betonu stosuje się wkładki w postaci prętów, lin, strun i siatek. Można spotkać także konstrukcje z „sztywnym zbrojeniem”, tzn. takie, w których elementy stalowe o dużych przekrojach (np. dwuteowniki, ceowniki) są wykorzystane jako rdzeń w np. słupie z betonu lub zbrojenie na przebicie w stropie żelbetowym.
Do zalet żelbetu, jako materiału konstrukcyjnego, należą: ogniotrwałość, odporność na znaczne obciążenia statyczne i dynamiczne, swoboda w kształtowaniu elementów, duża odporność na korozję (przy zachowaniu właściwej otuliny wkładek stalowych i poprawnym zagęszczeniu układanej mieszanki betonowej). Odporność na wpływy atmosferyczne można łatwo podnieść wykonując stosunkowo tanie zabezpieczenie powłokowe. Zabezpieczenia te stosuje się przede wszystkim w konstrukcjach mostów i wiaduktów.
Podział
Ze względu na sposób współpracy wkładek stalowych z betonem rozróżnia się:
żelbet - szkielet z prętów stalowych układa się w deskowaniu (szalunku) na miejscu wbudowania elementu (na budowie) lub formie (w wytwórni prefabrykatów) i zalewa mieszanką betonową. Po uzyskaniu przez beton wymaganej wytrzymałości otrzymuje się element, w którym stal przejmuje naprężenia rozciągające a beton ściskające. Współpraca tych materiałów opiera się na przyczepności betonu do stali i bardzo zbliżonej wartości współczynników rozszerzalności termicznej.
siatkobeton - zbrojenie ma postać siatek - tkanych lub zgrzewanych, o kwadratowych oczkach o wymiarach 6-12mm. Charakteryzuje się zwiększoną odpornością na obciążenie dynamiczne, dużą jednorodnością, zwiększonym wydłużeniem względnym i wytrzymałością na rozciąganie, dobrą szczelnością i odpornością na powstawanie rys.
beton sprężony - zbrojenie wykonuje się z stali o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie (stale wysokogatunkowe). Do elementu betonowego wprowadza się wstępne naprężania ściskające przez rozciągnięcie zbrojenia przed zabetonowaniem. Wprowadzone naprężenia są przeciwne do naprężeń powstających od naprężeń użytkowych. Zatem część obciążeń równoważy naprężenia wstępne. Ze względu na sposób wprowadzenia naprężeń sprężających rozróżnia się:
strunobeton - struny (pojedyncze druty lub ich wiązki złożone z kilku strun) napręża się w formie i stabilizuje na naciągu. Po zalaniu formowanego elementu i uzyskaniu przez beton przynajmniej 70% wymaganej wytrzymałości naciąg jest zwalniany. Stal wprowadza do betonu naprężenia ściskające - w ten sposób uzyskujemy beton sprężony.
kablobeton - w deskowaniu (formie) układa się kanały wzdłuż tras przebiegu kabli sprężających. Deskowanie wypełnia się mieszanką betonową. Po uzyskaniu przez beton min. 70% wartości wymaganej wytrzymałości wprowadza się kable do kanałów i naciąga się je. Kable są mocowane na końcach a kanały wypełniane zawiesiną - zaczynem cementowo - wodnym. Po związaniu zaczynu otrzymuje się element monolityczny, w którym beton i stal współpracują ze sobą. Elementy kablobetonowe można sprężać w miejscu ich wbudowania.
Stal - stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i plastycznie obrabialny o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11% co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie (dla stali stopowych zawartość węgla może być dużo wyższa). Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego. Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla cementyt występuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziaren ferrytu.
Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki. Do pożądanych - składników stopowych - zalicza się głównie metale (chrom, nikiel, mangan, wolfram, miedź, molibden, tytan). Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu, zwane są zanieczyszczeniami.
Stal otrzymuje się z surówki w procesie świeżenia - stary proces, w nowoczesnych instalacjach hutniczych dominują piece konwertorowe, łukowe, próżniowe, pozwalające na uzyskanie najwyższej jakości stali.
Stal dostarczana jest w postaci różnorodnych wyrobów hutniczych - wlewki, pręty okrągłe, kwadratowe, sześciokątne, rury okrągłe, profile zamknięte i otwarte (płaskowniki, kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki), blachy.
Im większa zawartość węgla, a w konsekwencji udział twardego i kruchego cementytu, tym większa twardość stali, węgiel w stalach niskostopowych wpływa na twardość poprzez wpływ na hartowność stali, im większa zawartość węgla tym dłuższy czas jest potrzebny do przemiany perlitycznej - co w konsekwencji prowadzi do przemiany bainitycznej i martenzytycznej. W stalach stopowych wpływ węgla na twardość jest również spowodowany tendencją niektórych metali, głównie chromu, do tworzenia związków z węglem - głównie węglików o bardzo wysokiej twardości.
Właściwości fizyczne stali
gęstość ρ = 7850 kg/m3
współczynnik liniowej rozszerzalności αT = 0,000012 0C-1
współczynnik przewodzenia ciepła λ = 58 W/mK
współczynnik Poissona ν = 0,30
rezystywność (20 oC, 0.37-0.42 %węgla) = 171·10-9 [Ω·m]
Właściwości mechaniczne i technologiczne stali
Są to parametry charakteryzujące przydatność stali w gospodarce. Ich wielkość uzależniona jest od składu stopu i obróbki. Podane poniżej wartości są charakterystyczne dla stali stosowanych w budownictwie.
Granica sprężystości określa maksymalne naprężenia po ustąpieniu których materiał wraca do swoich pierwotnych wymiarów
Wytrzymałość na rozciąganie określana wielkością naprężenia wywołanego w przekroju próbki przez siłę powodującą jej zerwanie. Badane są także inne parametry określające naprężenia w próbkach stali, takie jak wytrzymałość na ściskanie, zginanie, ścinanie i skręcenie. Podczas badania próbki stali na zerwanie określane są także:
naprężenie rozrywające, czyli rzeczywista wartość naprężenia w miejscu przewężenia rozciąganej próbki bezpośrednio przed jej zerwaniem (jest to wartość siły powodującej zerwanie w odniesieniu do przekroju zerwanej próbki w jej najwęższym miejscu);
wydłużenie względne, czyli procentowy przyrost długości zerwanej próbki w stosunku do jej początkowej długości,
przewężenie względne, czyli procentowe zmniejszenie powierzchni przekroju poprzecznego zerwanej próbki w miejscu zerwania do jej przekroju pierwotnego.
Sprężystość rozumiana jako zdolność materiału do odzyskiwania pierwotnej postaci po zaprzestaniu działania na niego sił powodujących odkształcenie. W zakresie naprężeń sprężystych obowiązuje prawo Hooke'a. Sprężystość materiału określa:
współczynnik sprężystości podłużnej (moduł Younga) E, który dla stali ma wartość w granicach od 205 do 210 GPa (Gigapaskali)
współczynnik sprężystości poprzecznej G (moduł Kirchhoffa), który dla stali ma wartość 80GPa
Plastyczność, czyli zdolność materiału do zachowania postaci odkształconej na skutek naprężeń od obciążeń po zaprzestaniu ich działania. Są to odkształcenia trwałe, które powstają po przekroczeniu wartości tzw. granicy plastyczności, po przekroczeniu której następuje znaczny przyrost wydłużenia rozciąganej próbki, nawet bez wzrostu a często przy spadku wartości siły rozciągającej. Umownie przyjmuje się granicę plastyczności dla wartości naprężenia, przy którym trwałe wydłużenie próbki wynosi 0,2%.
Ciągliwość - zdolność materiału pozwalająca na zachowanie jego właściwości podczas obróbki polegającej na jego tłoczeniu, zginaniu lub prostowaniu itp. Właściwość ta wykorzystywana jest podczas produkcji wyrobów (np. blach trapezowych, ościeżnic itp.).
Udarowość, czyli odporność na obciążenia dynamiczne.
Twardość, czyli zdolność przeciwstawienia się materiału przy próbie wciskania przedmiotów twardszych. Twardość stali związana jest z zawartością węgla, manganu, chromu itp.
Spawalność, to cecha stali pozwalająca na wykonanie trwałych połączeń przez spawanie
Odporność na działanie środowiska:
odporność na działanie podwyższonych i niskich temperatur
odporność na działanie czynników powodujących korozję chemiczną i atmosferyczną
Stop metali - jest mieszaniną dwóch lub większej ilości metali lub metalu z innymi pierwiastkami niemetalicznymi, doprowadzoną do temperatury powyżej temperatury topnienia, a następnie schłodzoną. Stop najczęściej posiada odmienne charakterystyki od jego elementów składowych.
Ich właściwości i zastosowanie
Większość metali nie jest używana przez nas w postaci czystej, lecz jako stopy, których co najmniej jednym składnikiem jest metal. Dzieje się tak, ponieważ czyste metale rzadko mają właściwości dostosowane do potrzeb, a można je łatwo poprawić, stosując różnorakie dodatki.
Własności fizyczne metalu, takie na przykład jak wytrzymałość, twardość, temperatura topnienia czy przewodność elektryczna i cieplna, zależą od jego struktury krystalicznej. Ta zmienia się zaś, gdy dodajemy doń domieszki. Powstały w procesie mieszania stop ma strukturę różną od struktur swoich składników, różne są także jego własności fizyczne. Niektóre stopy zawierają substancje niemetaliczne, jak węgiel, krzem czy fosfor, lecz większość składa się wyłącznie z metali. Jednym z najbardziej popularnych stopów jest stal - stop żelaza i węgla. Stale stopowe natomiast są stopami stali z innymi pierwiastkami, przykładowo chromem, niklem, krzemem czy manganem. Zmieniają one strukturę stali tak, że możliwe jest poddawanie jej różnym procesom pozwalającym nadać jej pożądaną twardość, sprężystość i wytrzymałość.
Obecnie stale stopowe wytwarzane są w wielkiej różnorodności gatunków. Zmienia się nie tylko substancje dodawane do stali, ale także sposoby obróbki cieplnej, by uzyskać materiał o pożądanych własnościach. Stal manganowa zawiera na przykład około 1% węgla i 11 do 14% manganu. Używa się jej do wytwarzania elementów narażonych na wzmożone ścieranie, przykładowo zębów do łyżek koparek.
Typowa stal nierdzewna, znana jako 18-8, składa się z żelaza oraz 18% chromu, 8% niklu oraz 0,08% węgla. Inne odmiany stali nierdzewnej zawierają od 12 do 30% chromu, często wraz z mniejszymi ilościami innych metali, jak nikiel, molibden czy miedź. Stopy te są szeroko stosowane w przemyśle oraz w wyrobach codziennego użytku. Wykonuje się z nich łożyska kulkowe, instalacje w fabrykach chemicznych, łopatki turbin, zlewozmywaki i sztućce.
Kolejną grupę stanowią stopy na bazie miedzi, które obejmują brąz, mosiądz oraz stopy miedziowo-niklowe. Brąz jest najstarszym znanym stopem. Pierwotnie składał się z 75% miedzi oraz 25% cyny. Dzisiaj nazwa brąz odnosi się do szerokiej gamy stopów na bazie miedzi, zawierających różne dodatki, a niekiedy zupełnie nie zawierających cyny. Spośród najważniejszych odmian brązu należy wymienić fosforobrązy, wytwarzane przez dodanie do 0,5% fosforu do brązu o zawartości 85-90% miedzi. Przy zawartości fosforu nie większej niż 0,3% stop jest sprężysty i niemagnetyczny. Te własności decydują o jego szerokim zastosowaniu w przekaźnikach elektromagnetycznych. Styki wykonane z takiego stopu łatwo złączyć, a jako że nie ulegają namagnesowaniu, po ustaniu działania siły ściskającej łatwo się rozłączają, przerywając przepływ prądu w obwodzie. Gdy zawartość fosforu jest wyższa od 0,3% to stop staje się znacznie twardszy, wskutek powstawania w nim fosforku miedzi. Ta twarda forma fosforobrązu jest z kolei używana do wytwarzania łożysk w silnikach.
Brąz aluminiowy, czyli brązal, jest stopem miedzi i aluminium, często z niewielkim dodatkiem innych metali, na przykład niklu, żelaza lub manganu. Mimo że nazywany brązem, stop ten zwykle nie zawiera w ogóle cyny. Brązal jest tak wytrzymały, jak miękka stal i cechuje się doskonałą odpornością na korozję, w tym także na działanie rozcieńczonych kwasów. Wytwarza się zeń śruby okrętowe, elementy hydrauliki siłowej oraz elementy instalacji przemysłu chemicznego, jak kwasoodporne zbiorniki i pompy.
Następnym, dzisiaj często zastępowanym stopem jest mosiądz, czyli stop miedzi i cynku, łączonych ze sobą w różnych proporcjach. Do tego podstawowego składu dodaje się często inne metale, przykładowo cynę, ołów i aluminium. Dawniej instrumenty pomiarowe, wagi, odważniki i tym podobne wykonywano z mosiądzu, często lakierując powierzchnię w celu zapobiegania matowieniu. Dziś mosiądz został zastąpiony stalą nierdzewną i innymi stopami.
Ostatnimi, najmłodszymi stopami, są stopy aluminium. Ich wytwarzanie zaczęto w XX wieku. Nadające się do odlewania stopy aluminium zawierają do 15% krzemu oraz niewielkie dodatki metali, takich jak cynk, miedź, żelazo, nikiel i mangan. Z tych lekkich stopów odlewane są bloki cylindrów, inne elementy silników spalinowych, a także elementy kadłubów samolotów.
Stopy aluminium nadające się do kształtowania w trakcie takich procesów jak kucie, walcowanie lub ciągnięcie zawierają około 7% magnezu i około 1% manganu. Bardzo wytrzymałe stopy z tej grupy, używane w przemyśle lotniczym zawierają 5% cynku i mniejsze ilości miedzi, magnezu i manganu.
Jednym z najistotniejszych odkryć w metalurgii stopów aluminium było wynalezienie procesu utwardzania wydzieleniowego. Po raz pierwszy zwrócił nań uwagę niemiecki metalurg dr Alfred Wilm. W roku 1909 przeprowadza! on eksperymenty ze stopem aluminium zawierającym 3,5% miedzi oraz 0,5% magnezu. Próbował zwiększyć twardość stopu, poddając go różnym formom obróbki cieplnej, między innymi podgrzewając go w temperaturze około 500°C i zanurzając do wody w celu szybkiego ostudzenia.
Działania te nie dały efektów natychmiastowych, lecz kilka dni później dr Wilm stwierdził, że metal stał się dużo twardszy, mimo że nie poddawano go później żadnym procesom. Na wytłumaczenie tego zjawiska trzeba było trochę poczekać, lecz technologia produkcji w końcu została opracowana i będący jej owocem lekki i wytrzymały stop, znany jako duraluminium, został szybko zastosowany przy produkcji sterowców i samolotów. Dziś stopy tego rodzaju używane są również w przemyśle kosmicznym. Skład ich zmienia się, ale zwykle zawierają one, oprócz aluminium, 3,5-4,5% miedzi, po 0,4-0,7% magnezu i manganu oraz do 0,7% krzemu.
Naukowcy nieustannie badają różne tworzywa w poszukiwaniu nowych, i bardziej wytrzymałych materiałów. Dzisiejszy rozwój w przemyśle metalurgicznym doprowadził do powstania wielu pożytecznych tworzyw, których właściwości i zastosowanie wymieniłem wyżej. Dzięki takim odkryciom możliwy jest rozwój wielu innych dziedzin nauki i przemysłu, który, mam nadzieję, będzie rozwijał się w przyszłości i doprowadzi do poprawienia naszego komfortu życia.