Sposoby określania własności materiałów

Własności materiałów, decydują o ich przydatności technicznej. Dlatego bardzo ważne jest prawidłowe określenie tych własności, które pozwoli dobrać materiał na projektowaną część. Badania możemy podzielić, zależnie od sposobu działania obciążenia na statyczne i dynamiczne. W badaniach statycznych, siły lub momenty wzrastają stopniowo od zera do pewnej wartości. W badaniach dynamicznych, obciążenia wzrastają z dużą prędkością od zera do pewnej wartości. Najczęściej badania przeprowadza się w temperaturze otoczenia ( jeżeli nie to należy podać temperaturę badania, ponieważ ma ona istotny wpływ na własności materiałów).

Próba rozciągania

W tej podstawowej próbie określa się własności wytrzymałościowe większości materiałów konstrukcyjnych. Próbki bada się na maszynach wytrzymałościowych napędzanych mechanicznie lub hydraulicznie. Maszyna taka posiada układ rejestrujący obciążenie oraz wydłużenie próbki. Zwykle otrzymujemy wykres (siła-wydłużenie). Podczas rozciągania próbka zmienia swoje wymiary.

ΔL

ΔL

Rys. Wykres rozciągania, przedstawione są krzywe dla różnych materiałów.

Na wykresie możemy zaobserwować kilka charakterystycznych punktów, którym odpowiadają naprężenia :

R_sp- granica sprężystości jest to maksymalne naprężenie przy, którym próbka nie wykazuje jeszcze odkształceń plastycznych. Wprowadzone zostało pojęcie umowne granicy sprężystości ponieważ trudne jest zmierzenie wyżej wymienionej wartości.

R_e- jest to wyraźna granica plastyczności, wykazują ją tylko niektóre materiały (stale nisko węglowe). Szereg gatunków stali oraz większość innych stopów nie wykazuje wyraźnie granicy plastyczności dlatego mierzymy umowną granicę plastyczności oznaczaną R_0,2. Oznacza to wartość naprężenia wywołującego wydłużenie trwałe 0,2%.

R_m.- jest to wytrzymałość na rozciąganie.

Przeprowadzając próbę rozciągania możemy także określić własności plastyczne, nazywane wydłużeniem A i przewężeniem Z.

Próba zginania

Próbę na zginanie przy obciążeniu statycznym przeprowadzamy wyłącznie dla materiałów kruchych, głównie żeliwa. Badaną próbkę umieszczamy na dwóch podporach i obciążamy w środku siłą F. Wytrzymałość na zginanie oznaczamy R_g. Najczęściej jednak przeprowadza się badanie dynamicznego złamania belki, zwane próbą udarności. Czasami do określenia zachowania materiału podczas eksploatacji nie wystarczą próby statyczne dlatego stosujemy próbę dynamiczną, polegającą na złamaniu próbki z naciętym karbem przez uderzenie. Próbę udarności przeprowadzamy na młotach wahadłowych typu Charpy.

Próba ściskania

Podobne badania i określenia, jak podczas rozciągania, możemy przeprowadzić gdy materiał jest ściskany. Próba ściskania przeprowadzana jest w odniesieniu do stopów metalu, bardzo rzadko (ponieważ materiały plastyczne, do których należą prawie wszystkie stopy metali) podczas ściskania w granicach odkształceń sprężystych zachowują się zupełnie podobnie jak przy rozciąganiu. Próba ściskania przeprowadzana jest na materiałach kruchych, jak żeliwa i niektóre brązy. Wyniki próby podczas ściskania są bardzo zależne od wymiarów oraz kształtu próbki, szczególnie w stosunku pola przekroju do jej długości. Wytrzymałość na ściskanie oznaczamy R_c.

Pomiary twardości

W praktyce materiałoznawczej bardzo często są stosowane próby twardości, umożliwiające w prosty sposób bezpośrednie lub pośrednie określenie niektórych charakterystycznych cech materiału. Twardość jest to własność ciała stałego wyróżniająca się odpornością na odkształcenia plastyczne pod działaniem skupionego nacisku na małą powierzchnię badanego tworzywa. Nacisk jest wywołany za pomocą wciskania wgłębnika (penetratora) o różnym kształcie. W przemyśle często stosujemy pomiary twardości, występuje wiele metod i skal w pomiarach twardości. Niektóre z nich są znormalizowane: metoda Brinella, Rockwella, Vickersa, Poldi. Pomiary wykonywane oparte są na odkształceniach materiału. Wyróżniamy pomiary makro- i mikrotwardości, w zależności od objętości strefy odkształceń w badanym materiale.

Metoda Brinella

Metoda ta polega na wciskaniu kulki stalowej o średnicy d siłą F prostopadle do gładkiej powierzchni metalu. Następnie mierzy się wartość średnią co najmniej dwóch średnic odcisków i liczy się twardość wg wzoru:

Schemat twardoœciomierza Brinella:

Do pomiaru twardości do wartoœci 400 HB stosuje się kulki stalowe, hartowane o średnicach n: równych 10;5;2,5;1 mm. Powyżej tej wartoœci dochodzi do zakłócenia pomiaru powodując powstanie zbyt płytkiego odcisku, ale o większej średnicy co powoduje otrzymywanie zaniżonych twardości. Dla takich próbek stosuje się kulki z węglików spiekalnych, lub przeprowadza się inną metodę.

Podczas wykonywania pomiaru należy pamiętać aby proces przebiegał wolno i bez uderzeń w ciągu nie mniejszym niż 10s a także by odległość środków odcisków nie była mniejsze niż 2d.Ważnym elementem jest także to by średnica odcisku była mniejsza niż 0,2d, i nie większa niż 0,7d, gdyż w tym przedziale odczytywane wartości HB nie ulegną istotnym zmianom.

Zaznaczyć także trzeba , że podczas badania tej samej próbki przy różnych obcążeniach i jednakowej średnicy kulki ,jak również przy stałym obciążeniu i przy różnych średnicach kulek otrzymujemy różne twardości wg Brinella. Oznacza to że twardość wg Brinella zależy od obciążenia.

Nacisk F powinien być odpowiednio dobrany do średnicy kulki i twardości materiału według wzoru F=n*d2

i tak dla kulek o średnicach:

n=30 metali p. twardości HB>100 kg/mm2

n=10 metale o twardości HB=100—35 kg/mm2

Metoda Rockwella

Metoda ta w swoim działaniu jest całkiem podobna do poprzedniej. Tu także wgłębnik jest prostopadle wciskany w próbkę. Jednak jako penetrator zastosowany zostały tu stożek diamentowy (skala C ) ,oraz zastosowano obciążenie wstępne. W metodzie tej nie potrzebne jest także mierzenie odcisku i używanie tablic, gdyż na czujniku odczytuje się bezpośrednio zagłębienie stożka i twardość. Odległość środka odcisku kulki lub stożka od środka sąsiedniego odcisku powinna wynosić minimum 3 mm. Uniedogodnieniem jednak jest to iż tę metodę nie można badać próbek bardzo cienkich lub warstw. W celu unikniącia tych wad przyjęto następujące skale:

-skala C ; w której jako penetratora używa się stożka diamentowego zaokrąglonego promieniem 0,2 mm. Wartość tego promienia określona została jako wartość graniczna zagłębienia, zaś odległość od 0,2 od 0 odpowiada 100 jednostkom HRC. Tak więc jeżeli stożek wnika głębiej niż 0,2 mm to dla takiej próbki nie można odczytać twardości HRC (dla materiałów o twardoœæ mniejsza niż 160 HB ).Normy zalecają stosowaæ skalę C tylko w zakresie 20—67 HRC

-skala B ; stosuje się właśnie wtedy gdy twardość jest mniejsza niż 160 HRC (zmieniamy skalê na B-HRB). Penetratorem tu natomiast jest hartowana kulka stalowa o średnicy 1,59 mm. Przebieg pomiaru przeprowadzany jest zasadniczo tak samo jak wg skali C, przyjęto inna natomiast graniczna wartość HRB która wynosi 0.Głębokość zagłębiania się 0,26 mm , a odległość między 0,26 a 0 odpowiada 130 jednostek HRB.W tym przypadku normy zalecają stosować tę skale w zakresie 35—100 HRB.

-skala A dla cienkich taśm stalowych i spieków

-skala F dla miękkich metali i stopów o twardości mniejszej niż 35 HRB

-skala D, E, G, H, K

Schemat twardościomierza Rockwela przedstawia

Metoda Vickersa

W metodzie tej dokonuje się pomiarów powyżej 400 HB stosując następujące wartości obciążeń 5 kg, 10 kg, 20 kg, 30 kg, 50 kg, 100 kg, 120 kg, przy czym dla materiałów bardzo twardych HV>500 kg/ mm2 obciążenie nie powinno być większe niż 50 kg. Jako penetratora używana jest czworokątna piramida o podstawie kwadratowej, której czas penetracji w materiale powinien wynosić 15s. Pomiar twardości przeprowadzany jest jednak bardzo podobnie do próby Brinella. Wartość liczbową twardości Vickersa obliczamy ze wzoru:

Schemat twardoœciomierza Vickersa przedstawia

STALE

Czyste żelazo nie znajduje większego zastosowania w technice. Do technicznych odmian czystego żelaza Fe zalicza się:

1. Żelazo strefowe topione - 0,001% domieszek

2. Żelazo chemicznie czyste, wytwarzane metodą redukcji tlenków - ok. 0,007% domieszek

3. Żelazo elektrolityczne - ok. 0,02% domieszek

4. Żelazo karbonylowe - ok. 0,03% domieszek

5. Żelazo uzyskiwane na drodze metalurgicznej - typu ARMCO o zawartości 0,1% domieszek

Odmiany alotropowe Fe wykazują zdolność rozpuszczania C zależną od temperatury, przy czym max. rozpuszczalność występuje w temp. przemian:

1. Przemiana perlityczna podczas której powstaje austenit - roztwór stały węgla w żelazie γ. Przemiana ta zachodzi tylko w stopach o zawartości C 0,09% - 0,53%

2. Przemiana eutektyczna podczas której powstaje ledeburyt - mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu. Przemiana ta zachodzi tylko w stopach o zawartości C> 2,11%

3. Przemiana eutektoidalna podczas której perlit - mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu o zawartości 0,77%C. Przemiana ta zachodzi w stopach o zaw. C.0,0218%.

Wykres żelazo-cementyt

- Linia likwidusu układu Fe- Fe₃C przebiega między punktami ABCD

• Linia solidusu - AHJECF oznacza to, że:

1. wzdłuż linii AB wydzielają się z cieczy kryształy ferrytu

2. wzdłuż linii BC wydzielają się kryształy austenitu

3. wzdłuż linii CD wydzielają się kryształy cementytu pierwotnego

• Linia ES określa zmianę rozpuszczalności C w austenicie pozostającym w równowadze z cementytem i jest oznaczana symbolem A_cm . Ponieważ przy chłodzeniu rozpuszczalność C maleje od 2,11% w temp. 1148^oC do 0,77% w temp. 727^oC ,nadmiar węgla wydziela się w postaci cementytu zwanego wtórnym.

• Linia PQ określa zmianę rozpuszczalności C w ferrycie. W temp. 727^oC rozpuszcza się 0,0218%C podczas gdy w temp. pokojowej 0,008% C. Stąd przy chłodzeniu nadmiar węgla wydziela się w postaci cementytu zwanego trzeciorzędowym.

Austenit - roztwór stały C w żelazie γ. Posiada siatkę elementarną w środku której znajduje się jeszcze jeden atom węgla.

Austenit o ile nie zawiera zbyt dużo domieszek stopowych to posiada dość znaczną wytrzymałość na rozciąganie, duże wydłużenie, przewężenie, udarność i odporność na ścieranie, a stosunkowo małą twardość i granicę sprężystości. Jest on składnikiem paramagnetycznym i po ujednorodnieni posiada budowę komórkową.

Cementyt ma strukturę złożoną z Fe i C o zaw. 6,67%C. Cementyt zwany jest także węglikiem krystalizacji w układzie rombowym. Rozmieszczenie atomów Fe w stosunku do siatki utworzonej przez atomy C jest poprzesuwane o różne odległości i z tego powodu Fe₃C jest bardzo twardy i kruchy. Rozróżniamy cementyt pierwotny - wydzielany z fazy ciekłej podczas krzepnięcia surówek oraz wtórny wydzielony z roztworu stałego C w Fe γ na skutek zmniejszenia się rozpuszczalności C podczas obniżania temp. od 1145-721^oC i cementyt trzeciorzędowy wydzielony z roztworu stałego ferrytu na skutek zmniejszenia się rozpuszczalności C w Fe α podczas obniżania temp. od 721^oC do temp. otoczenia.

Ferryt to roztwór C w Fe α, posiada on siatkę żelaza α w którejrej znajduje się jeden atom C. Ferryt posiada siatkę przestrzennie centryczną, ma nieznaczną wytrzymałość na rozciąganie, niską granicę sprężystości i niewielką twardość. Stale o budowie czysto ferrytycznej mają zastosowanie głównie w elektronice - duża przenikalność magnetyczna i niska siła koercji.

Perlit to mieszanina eutektoidalna powstała w stałej temp. 721^oC na skutek rozpadu austenitu. Jest on składnikiem stali węglowych wyżarzanych.

Ledeburyt to eutektyczna mieszanina austenitu i cementytu, powstała poniżej temp. 723^oC przemiany eutektoidalnej występuje ledeburyt przemieniony.

Zasady oznaczania symboli stali, żeliw i staliwa (zastosowania stali węglowej zwykłej i wyższej jakości).

Wszystkie stale dzielimy na węglowe i stopowe. Rozróżniamy gatunki stali, które łączymy w grupy gatunków. Gatunek stali określa : jej skład chemiczny oraz wymagane własności mechaniczne, technologiczne, chemiczne i fizyczne.

Stale węglowe konstrukcyjne zwykłej jakości

Stale te w zależności od wymaganych własności, dzielimy na trzy grupy.

• stale bardzo niskowęglowe (St do St2), stosowane w budownictwie jako stale pomocnicze. Nie nadają się one do hartowania i są bardzo plastyczne.

• stale średniowęglowe (St3 do St5), są typowymi materiałami konstrukcyjnymi. Stosowane są na wałki i są dosyć plastyczne i elastyczne.

• Stale narzędziowe (St6 do St7), do wyrobu narzędzi, twarde i kruche.

Grupa pierwsza podlega przy odbiorze tylko badaniom wytrzymałościowym oraz próbie technologicznej gięcia. Znak tych stali składa się z liter i liczby, np.:St3. Litery St powtarzają się we wszystkich stalach tej grupy i klasy, liczby oznaczają kolejny numer który zawiera się w granicy 0-7. Im wyższa liczba, tym większa zawartość węgla oraz wytrzymałość stali. Numer nie określa zawartości węgla. Stale te stosujemy w budowie samochodów. Dostarcza one są z huty jako blachy grube i uniwersalne, kęsy i pręty oraz inne półwyroby walcowane na gorąco.

Grupa druga to stale, które podczas odbioru technicznego sprawdzane są pod względem składu chemicznego. Znak szczególny stali w tym przypadku składa się z liter St, liczb oraz w niektórych przypadkach, na końcu znaku stawia się dodatkowe litery oznaczające: X-stal nie uspokojona, Y- stal półuspokojona.

Grupa trzecia to stale, które podczas odbioru technicznego są badane na wytrzymałość oraz skład chemiczny. Znak tych stali stworzony jest według systemu dla poprzednich grup lub dla stali wyższej jakości albo wprowadzając na końcu dodatkowe litery S- stale przeznaczone na konstrukcje spawane. Stale konstrukcyjne węglowe zwykłej jakości są stosowane najczęściej na mało odpowiedzialne konstrukcje najczęściej nie podlegające obróbce cieplnej.

Stale węglowe konstrukcyjne wyższej jakości.

Zawartość fosforu i siarki w tych stalach nie może przekraczać 0,04%. Znak stali węglowej konstrukcyjnej wyższej jakości składa się z dwucyfrowej liczby określającej średnie zawartości węgla w setnych częściach procenta. Na końcu znaku często dodajemy literę, która uzupełnia znak. W tym przypadku oznaczają one:

G - stal uspokojona z zawartością krzemu od 0,17 do 0,37% i o

podwyższonej zawartości manganu od 0,7 do 1%.

X - stal uspokojona z maksymalną zawartością krzemu do 0,07%.

Y - stal półuspokojona z zawartością krzemu od 0,05 do 0,17%.

U - stal uspokojona z zawartością krzemu od 0,17 do 0,37%, z wymaganą wysoką udarnością.

Stale najwyższej jakości oznaczamy jak stale węglowe wyższej jakości dodając na końcu literę A lub inne.

Stale stopowe konstrukcyjne.

Stalami stopowymi nazywamy te stale, do których są wprowadzone celowo stopowe pierwiastki w określonych ilościach.

Najczęściej znak stali konstrukcyjnej stopowej zawiera średnią zawartość węgla oraz ważniejsze składniki stopowe z podaniem przybliżonych wartości. Na przykład 30H2N2H jest znakiem stali chromowoniklowomolibdenowej, gdzie 30 określa zawartość węgla w setnych procenta, litery są symbolami głównych składników stopowych , a liczba określa w przybliżeniu zawartość procentową składnika stopowego.

W powyższych stalach obowiązuje symbolika:

G - mangan, S - krzem, H - chrom, N - nikiel,

M - molibden, F - wanad, W - wolfram, K - kobalt,

T - tytan.

Litera A podana na końcu znaku oznacza podwyższoną jakość stali.

Stale konstrukcyjne specjalnego zastosowania.

W technice niektóre produkty są stosowane z olbrzymiej ilości lub wymagają bardzo szczególnych własności. W tych przypadkach produkuje się specjalne stale dostosowane do danych warunków pracy, mogą one mieć bardzo zbliżony skład do stali ogólnego zastosowania, a różnić się przede wszystkim szczególnymi warunkami odbioru albo są to stale specjalne. W tych grupach spotykamy zarówno stale węglowe, jak i stopowe oraz wyższych jakości.

Znak tych stali składa się z liter i cyfr. Literą oznacza się pierwiastki stopowe, a cyfry stojące po literach wyrażają średnią zawartość pierwiastka wyrażoną w procentach. W przypadku gdy gatunki stali różnią się między sobą tylko zawartością węgla, wtedy przed pierwszą literą, którą zawsze jest H, umieszczamy rozróżniającą cyfrę. Produkowane są stale przeznaczone do określonych celów. Najczęściej są to stale bardzo zbliżone składem chemicznym do konstrukcyjnych, a oznaczenia ich są powiększone o dodatkowe litery:

P - dla hutnictwa, A - automatowa, R - drobnoziarnista, N - na nity, D - na druty, Z - zgrzewalna ogniowo i elektrycznie, E - zgrzewalna elektrycznie.

Stale narzędziowe.

Stale narzędziowe są stosowane na przedmioty służące do bezpośredniego nadawania kształtów różnym przedmiotom i materiałom. Od dobrego narzędzia wymaga się, aby było ono przede wszystkim twarde i odporne na ścieranie oraz często odporne również na uderzenia, powinno także odznaczać się odpornością na odkształcenia trwałe.

Oznaczenia stali narzędziowych węglowych

1. litera N na początku,

2. liczba oznaczającą zawartość węgla w dziesiętnych procenta,

3. na końcu litera oznaczającą , E - płytko hartująca się, bez litery - głęboko hartująca się, Z - zgrzewalna.

Oznaczenia stali narzędziowej stopowej

1. na początku jest litera, która oznacza :

W - do pracy na gorąco,

N - do pracy na zimno,

S - stal szybkotnąca,

2. dalsze litery oznaczają ważniejsze składniki stopowe:

W - wolfram, V - wanad, N - nikiel, M. - mangan, S - krzem, K - kobalt, C - chrom, L - molibden, Z - grupa pierwiastków Si-Cr-W, P - oznacza grupę pierwiastków Cr-Ni-V.

3. cyfry odróżniają gatunki stali o takich samych składnikach ( w stalach szybko tnących liczba oznacza procent składnika stopowego).

Staliwo.

Stal o zawartości węgla w granicach 0,1 - 0,6% odlana w formie nazywa się staliwem. Rozróżniamy staliwa węglowe konstrukcyjne i staliwa stopowe konstrukcyjne. Staliwa węglowe oznaczamy podobnie jak stale węglowe wyższej jakości np.: 15L,25L, ..... ,55L, dodając na końcu literę L. Rozróżniamy trzy klasy staliwa węglowego: 15L I - zwykłej jakości, 15L II - wyższej jakości, 15L III - najwyższej jakości. Dla staliwa stopowego dodajemy literę L do znaku stali stopowej na początku oznaczenia np.: L35G, L30H, L35HGS. Znak ten oznacza staliwo o zawartości węgla 0,35% z dodatkiem stopowym chromu, manganu i krzemu. (pierwiastki są oznaczane tymi samymi literami, jak w stalach stopowych).

Staliwo niskowęglowe stosuje się na odlewy części maszyn: podstawy, pokrywy, kadłuby, koła i części taboru kolejowego. Staliwo można poddać utwardzeniu powierzchniowemu przez nawęglanie i hartowanie oraz można je spawać. Staliwa średniowęglowe (od 0,25 do 0,6%) stosuje się na koła biegowe, łańcuchowe, liniowe, zębate oraz na podstawy maszyn i inne części. Są one utwardzane za pomocą hartowania. Stosuje się staliwa najczęściej w budowie maszyn na części wymagające dużej wytrzymałości i spajalnych cech.

Żeliwa

Żeliwami węglowymi nazywa się odlewnicze stopy żelaza z węglem zawierające praktycznie 2,5 - 4,5% C oraz określone ilości krzemu (Si), manganu (Mn), fosforu (P), siarki (S).

Żeliwa szare oznaczamy symbolem Zl. Cyfry następujące po nich od 15 do 40 oznaczają wytrzymałość na rozerwanie R_m. w MN/m.. Tak więc żeliwo szare Zl 20 będzie miało wytrzymałość na rozerwanie R_m. = 200 MN/m. Stosujemy także oznaczenia, które określają zawartość krzemu, niklu i aluminium w celu rozróżnienia z jakimi dodatkami do żeliwa mamy do czynienia.

Żeliwa sferoidalne oznacza się jako Zs. Mają one zbliżone własności do staliwa i znajdują bardzo szerokie zastosowanie w budowie maszyn. Następne cyfry występujące po literach (zazwyczaj cztery) odpowiadają odporności na rozerwanie (R_m.), oraz minimalne wydłużenie A₅ w procentach. Tak więc Zs5002 jest to żeliwo sferoidalne o wytrzymałości na rozerwanie 500 MN/m. i wydłużenie 2%.

Żeliwo ciągliwe oznaczamy symbolem Zc. Następna litera oznacza z jakim żeliwem mamy do czynienia :

B - żeliwo białe,

C - żeliwo czarne,

P - żeliwo perlityczne.

Następnie podobne jak w powyższych przypadkach cztery cyfry odpowiadają wytrzymałości na rozerwanie oraz minimalnemu wydłużeniu w procentach.

Stopy metali kolorowych i tworzywa sztuczne (oznaczenia i klasyfikacja)

Metale kolorowe i ich stopy oznaczamy podając symbol chemiczny i liczbę całkowitą, wyrażającą procentową zawartość składników podstawowych. Składnik, którego jest najwięcej umieszczany jest na początku bez podania liczby określającej jego zawartość procentową. Dla przykładu oznaczenie CuZn40Pb1 jest znakiem stopu zawierającego 59% miedzi, 40% cynku oraz 1% ołowiu. Oprócz tego metale kolorowe i ich stopy oznaczamy za pomocą cechy, która jest tworzona w różny sposób.

ALUMINIUM - inna nazwa glin to srebrzystobiały, kowalny, lekki metal o temperaturze topnienia 660,37°C, temperaturze wrzenia 2467°C, gęstość 2,699 g/cm3. Dobry przewodnik ciepła i elektryczności. Pokrywa się ochronną warstewką tlenku (pasywacja), co powoduje jego odporność na czynniki atmosferyczne i kwasy utleniające (np. stężony kwas azotowy). Ma właściwości amfoteryczne, z przewagą zasadowych, roztwarza się w niektórych kwasach (tworzy sole glinowe) i w mocnych zasadach (tworzy hydroksygliniany). Bezpośrednio reaguje z tlenem, fluorowcami, w temperaturze powyżej 700°C - także z azotem, węglem i siarką. W związkach przyjmuje stopień utlenienia III; najważniejsze związki glinu: tlenek Al₂O₃, wodorotlenki (np. Al(OH)₃), siarczan Al₂(SO₄)₃, azotek AlN, ałuny, gliniany, glinokrzemiany. Surowcami do otrzymywania glinu technicznego (zw. aluminium) są gł. boksyt i lateryt. Produkcja odbywa się w 2 etapach: 1) otrzymywanie czystego tlenku glinu, 2) otrzymywanie aluminium przez elektrolizę tlenku rozpuszczonego w stopionym kriolicie. Uzyskane aluminium hutnicze (zanieczyszczenia 0,3-1%) poddaje się oczyszczaniu. Glin ma szerokie zastosowanie. W postaci stopów stanowi lekki materiał konstrukcyjny (gł. w przemyśle lotniczym i samochodowym). Jest używany m.in. do platerowania (aluminiowanie), do wyrobu naczyń kuchennych, przewodów elektrycznych, w postaci folii do produkcji opakowań i kondensatorów elektrycznych, w stanie sproszkowanym do wydzielania niektórych metali z ich tlenków lub wytwarzania wysokiej temperatury (aluminotermia) i odtleniania stali, jako farba ochronna oraz do wyrobu materiałów wybuchowych i ogni sztucznych.

Obróbka cieplna stopów Al-Cu

W temperaturze pokojowej w Al rozpuszcza się ok. 0,5 % Cu. W temperaturze eutektycznej 548°C rozpuszczalność Cu w aluminium jest największa i wynosi 5,7%. Stop do zawartości 5,7 % Cu można nagrzać a następnie wygrzać oraz odpowiednio wystudzić, aby wtórne kryształy związku CuAl₂ rozpuściły się i przeszły do roztworu α. Ostudzony roztwór nosi nazwę roztworu przesyconego. Otrzymaliśmy układ niezgodny z wykresem równowagi Al-Cu. W takim przesyconym roztworze zachodzą zmiany w kierunku zgodności z układem równowagi, co powoduje wydzielanie fazy CuAl₂ i zatrzymanie w roztworze tylko 0,5 % Cu.

Obróbka cieplna stopów miedzi z aluminium polega na zabiegach:

Przesycania- polega na zatrzymaniu rozpuszczonego składnika w roztworze stałym przesyconym( temperatura 548°C, 5,7% Cu rozpuszczone w α )i w tym celu stosujemy szybkie chłodzenie; w układzie przesyconym w wyjściowym stadium jest 5,7 % Cu w α( temperatura pokojowa ), zaczynają się procesy wydzieleniowe, które ten nietrwały układ starają się doprowadzić do zgodności z wykresem równowagi.

Starzenia-powoduje znaczne zmiany własności stopu po przesyceniu. Przy starzeniu samorzutnym w temp. ok.20°C stop uzyskuje wysoką wytrzymałość po upływie 3-5 dni a maksymalną po 7 dniach.

Podwyższenie temp. starzenia przyspieszas czas uzyskania lepszych własności wytrzymałościowych lecz własności te są nieco niższe niż w przypadku starzenia samorzutnego. Stan stopu osiągnięty w wyniku starzenia nie jest trwały i podgrzanie stopu do temp.ok.230°C powoduje po kilku minutach zanik wytrzymałości( odpowiadający granicy wyżarzania stopu ). Po okresie 7dni stop poprzez starzenie samorzutnie nabywa ponownie wysokiej wytrzymałości (wytrzymałość uzyskana w wyniku starzenia samorzutnego jest ok. dwa razy większa od wytrzymałości dla stanu wyżarzonego). Zjawisko to może się powtarzać kilka razy i nosi nazwę nawrotu.

Zmiany zachodzące w strukturze podczas starzenia samorzutnego.

W początkowym okresie starzenia atomy miedzi będące w roztworze stałym przesyconym, rozmieszczone przypadkowo, zaczynają się skupiać w określonych miejscach sieci krystalicznej. W wyniku tego wewnątrz kryształu pojawiają się strefy o zwiększonej zawartości składnika rozpuszczanego( miedzi ) zwane strefami GP ( Guiniera-Prostona ), atomy miedzi nie wydzieliły się jeszcze z roztworu jednak zmiana ich położenia w roztworze powoduje znaczne naprężenia własne w krysztale w wyniku czego wzrasta twardość stopu. Strefy GP to cienkie płytkowe układy atomów o grubości kilkudziesięciu warstw atomowych. IM wyższa temp. starzenia tym grubsze i większe płytki.

Drugie stadium odbywa się w temp. 150-200°C; zawartość Cu w strefach GP odpowiada związkowi CuAl₂ i powstaje nowa faza tzw. faza teta θ (Wasermana). Powstała faza posiada odrębną sieć krystaliczną sprzężoną z siecią macierzystą roztworu. Dalsze podwyższanie temp. powoduje tylko koagulację CuAl₂.

Trzecie stadium- po wygrzaniu w temp. 200°C lub wyższej, sieć krystaliczna fazy teta odrywa się od sieci macierzystej roztworu nasyconego i przekształca się w odrębną sieć związku CuAl₂. Maksymalne umocnienie stopu odpowiada jednak stadium początkowym: pierwszemu i drugiemu. Przy niskich temp. zachodzi tylko pierwsze stadium ze względu na małą ruchliwość atomu, natomiast przy intensywnym nagrzewaniu występuje drugie i trzecie stadium, bez pierwszego.

Do najważniejszych stopów aluminium zaliczamy:

Durale - Są to stopy na bazie Al.—Cu—Mg przeznaczone do przeróbki plastycznej. Mają małą odporność na korozję , z tego powodu często produkowane są blachy duralowe platerowane jedno—lub dwustronne aluminium. Durale podlegają utwardzaniu dyspersyjnemu przez starzenie samorzutne lub przyspieszone powodujące znaczne powiększenie wytrzymałości, zwłaszcza po przeróbce plastycznej. Najczęściej stosuje się na silnie obciążone elementy konstrukcji budowlanych, pojazdów i samolotów.

Siluminy - stopy odlewnicze aluminium z krzemem. Posiadają bardzo dobrą lejność, mały skurcz odlewniczy, małą skłonność do pęknięć na gorąco oraz mały współczynnik rozszerzalności liniowej. Są odporne na korozję.

MIEDŹ - (Cu , cuprum,) metal półszlachetny, dość miękki, kowalny, ciągliwy, o budowie krystalicznej i układzie płasko-centrycznym. Temperatura topnienia 1083°C, temperatura wrzenia 2567°C, gęstość 8,96 g/cm3. Spośród pierwiastków czysta miedź jest najlepszym - po srebrze - przewodnikiem ciepła i elektryczności, w temperaturze. pokojowej odporna na działanie suchego tlenu, także wodoru, azotu i węgla. W wilgotnym powietrzu pokrywa się tzw. patyną (zasadowy węglan miedzi CuCO₃Cu(OH)₂ ), która jest jej warstwą ochronna przed dalszą korozją. Nie jest ona odporna na działanie chloru, chlorku amonu, chlorku glinu, chlorku żelaza, fluorku amonu, kwasu siarkowego, siarkowodorów i acetylenu, chlorku sodowego, chlorku wapnia, kwasu solnego, siarczku sodowego i zaprawy murarskiej. Ogrzewana reaguje z tlenem. Roztwarza się w kwasach utleniających, a w obecności tlenu także w kwasach nieutleniających; przyjmuje stopnie utlenienia: gł. II (związki trwałe) oraz I i niekiedy III (związki nietrwałe). Tworzy liczne związki koordynacyjne, wodne roztwory związków miedzi mają barwę niebieską, rozpuszczalne związki miedzi są na ogół trujące, do najważniejszych związków należą: tlenki (krystaliczne ciała stałe, m.in. Cu₂O, czerwony, CuO, czarny), siarczan (CuSO₄, higroskopijny biały proszek), azotan (Cu(NO₃)₂. Rudy miedzi przerabia się metodami pirometalurgicznymi oraz hydrometalurgicznymi. Bardziej uniwersalna (stosowana zarówno w przypadku bogatych, jak i uboższych rud miedzi) metoda pirometalurgiczna polega na wytopie z rud z dodatkiem koksu i topników kamienia miedziowego -stopu siarczków miedzi(I) i żelaza(II); z roztopionego kamienia uzyskuje się w konwertorze miedź surową, którą poddaje się oczyszczaniu, gł. rafinacji elektrolitycznej. Rudy polimetaliczne poddaje się przeróbce w zautomatyzowanych piecach o specjalnej konstrukcji, w których w sposób ciągły przebiegają procesy prażenia, topienia, konwertorowania. Miedź jest stosowana m.in. do wyrobu przewodów elektrycznych (obecnie często zastępowana przez aluminium), obwodów drukowanych i części maszyn elektrycznych, do budowy aparatury dla przemysłu chemicznego i spożywczego (np. chłodnice, aparaty destylacyjne, kolumny rektyfikacyjne, kotły parowe) oraz w technologii materiałów mikro- i optoelektronicznych (wykorzystywanych m.in. w bateriach słonecznych, przekaźnikach elektroakustycznych), a także do krycia dachów. Szerokie zastosowanie mają również stopy miedzi.

MOSIĄDZE - stopy miedzi, w których głównym dodatkiem stopowym jest cynk (2-45%). Rozróżnia się mosiądze odlewnicze (zwykle wieloskładnikowe) i do przeróbki plastycznej, a wśród nich: dwuskładnikowe (3-41% Zn), ołowiowe (32-43%Zn, 0,7-3,7% Pb), specjalne (wieloskładnikowe, nie zawierające ołowiu), wysokoniklowe, tzw. nowe srebro, dawniej alpaka lub argentan (20-29%Zn, 10-22% Ni, 0,05-0,5%Mn). Mosiądze są odporne na korozję i stosowane na części aparatury chemicznej i pomiarowej, wyroby jubilerskie, w przemyśle okrętowym, samochodowym i innych.

Techniczne zastosowanie mają mosiądze z zakresu α i α+β nie przekraczające 45% cynku. Mosiądze wykazują dużą podatność do obróbki plastycznej. Zakres maksymalnej plastyczności jest w obszarze od 15 do 30% cynku. Mosiądze o zawartości cynku 32 - 40% są mniej plastyczne, możliwe jest jeszcze walcowanie. W zakresie α+β przeróbka plastyczna powinna się odbywać na gorąco w temp. 780 - 820°. Następnie zalecane jest wyżarzanie rekrystalizujące (700 - 770° ).

BRĄZY - są to stopy miedzi z innymi pierwiastkami niż cynk. Należą do nich przede wszystkim układy Cu-Sn, Cu-Al, Cu-Si, Cu-Mn, Cu-Ni, Cu-Pb, Cu-Be. W większości przypadków brązy zawierają dalsze składniki stopowe jak: Zn, Sn, Pb, Ni, P, Si, Mn, Al., Fe. Przeznaczone zarówno na odlewy, jak i do przeróbki plastycznej, zależnie od gatunku odznaczają się dobrą skrawalnością, odpornością na korozję, ścieranie i działanie podwyższonej temperatury. Stosowane do produkcji części maszyn, wyrobów artystycznych, aparatury chemicznej, rezystorów. SPIŻE - dawna nazwa brązów zawierających 4-11% cyny, 2-7% cynku, 2-6% ołowiu (reszta miedź). Odporne na korozję, o dużej wytrzymałości mechanicznej, stosowane do wyrobu silnie obciążonych (narażonych na ścieranie) części maszyn, dawniej do odlewania dział, dzwonów itp.

Jednym z najstarszych i najbardziej rozpowszechnionym brązem jest układ podwójny miedź - cyna, nazywamy go brązem cynowym.

Praktyczne zastosowanie znalazły brązy o zawartości cyny 3-32%

• 3-10% cyny stopy przeznaczone częściowo do przeróbki plastycznej.

• 10-32% cyny stopy odlewnicze

Brązy posiadają bardzo dobre własności odlewnicze, skurcz poniżej 1%. Dla mosiądzów i żeliwa 1,5%, dla mosiądzu i stali 2%. Fosfor wprowadzamy do brązu cynowego 0,02-0,05% -działa odtleniająco. Dodatki Fe i Ni wpływają na rozdrobnienie struktury.

Struktura brązów cynowych zależy od następujących czynników:

• składu chemicznego,

• warunków topnienia i odlewania,

• warunków krzepnięcia i chłodzenia,

• obróbki cieplnej

• rodzaju przeróbki plastycznej.

• Odlewy wykazują na ogół strukturę dendrytyczną i wymagają ujednorodnienia.

W praktyce najczęściej spotykamy brązy wieloskładnikowe. W tych przypadkach nazwy tworzymy od głównych składników na przykład brąz cynowo-ołowiowy. Dodatek ołowiu zwiększa odporność na ścieranie polepsza lejność brązu, pogarsza własności wytrzymałościowe.

Składniki szkodliwe w brązach: antymon, arsen, kadm, magnez, krzem, selen, tellur, bizmut.

Fosfor wprowadzony do brązu cynowego 0,02 - 0,05% działa odtleniająco. Natomiast w celu polepszenia własności na ścieranie wprowadza się go około 0,5%. Większe zawartości fosforu powodują kruchość. Dodatki Fe i Ni wpływają na rozdrobienie struktury. Oprócz brązu cynowego występują także brązy: cynowo fosforowe, aluminiowe (zwane dawniej brązalami) i niklowe.

Obróbka cieplna brązów jest różna w zależności od ich rodzajów. Brązy cynowe, cynowo-cynkowe, ołowiowe i niektóre bezcynowe są obrabiane cieplnie, podobnie jak mosiądze. Natomiast brązy krzemowoniklowe, niklowomanganowo-krzemowe i berylowe, poza obróbką cieplną taką samą jak dla mosiądzów, mogą być utwardzane dyspersyjne (przesycanie i następujące po nim starzenie stopu).

Tworzywa sztuczne to takie materiały, których podstawowym składnikiem są naturalne lub syntetyczne polimery, a więc związki wielocząsteczkowe zbudowane z regularnie lub nieregularnie powtarzających się atomów o jednakowej budowie. Ostatnimi czasy tworzywa sztuczne coraz częściej wkraczają w nasze życie. Spotkać je możemy również w coraz to większej ilości dziedzin. Stosowane są one zarówno przy wytwarzaniu farb i lakierów, produktów ropopochodnych, ale również i w przemyśle spożywczym i wiele innych. Dlatego też klasyfikacja tworzyw sztucznych nie jest zbyt łatwą rzeczą gdyż występują one w powiązaniu z innym tworzywami, aby lepiej spełniać swą funkcję.

Klasyfikację tworzyw przeprowadzić możemy: w zależności od pochodzenia

1. czy jest ono pochodzenia naturalnego np. celuloza, wełna, kauczuk naturalny,

2. lub też jest otrzymane syntetycznie na drodze łączenia merów lub obróbce chemicznej tworzyw naturalnych np. jedwab sztuczny, ebonit.

Ogólnie tworzywa sztuczne podzielić możemy na

Elastomery - są to takie związki, które charakteryzuje duża rozciągliwość - wydłużenie jest kilkusetprocentowe.

Plastomery - szeroka grupa związków nie będąca elastomerami. Cechami charakterystycznymi są w większości cechy przeciwne do elastomerów, czyli np. w temperaturze pokojowej ulegają niewielkim odkształceniom, a przy dużych obciążeniach odkształcają się plastycznie lub ulegają zniszczeniu.

Plastomery dzielimy również na trzy podgrupy:

1. Termoplastyczne - są to takie, które podczas ogrzewania miękną, a po ostygnięciu twardnieją. Zabieg ten można powtarzać wielokrotnie.

2. Termoutwardzalne - tworzywa, które podczas ogrzewania początkowo miękną, a po podwyższeniu temperatury twardnieją. Zabiegu tego nie można powtarzać, gdyż wówczas materiał ulegnie spaleniu.

3. Chemoutwardzalne - to takie tworzywa, które zachowują się tak samo jak termoutwardzalne tyle, że pod wpływem substancji chemicznych - utwardzaczy.

Klasyfikacja według zastosowania

Jest ona niezależna od innych i jest całkowicie umowna. Podział ten robi się w zależności od przydatności , a więc od cech tworzywa , a prawie każde tworzywo sztuczne za pomocą poddania go modyfikacji chemicznej lub napełnieniu odpowiednimi substancjami pomocniczymi można doprowadzić do takiej postaci , że jego własności będą odpowiednie do danego konkretnego zastosowania . Rozróżniamy tworzywa konstrukcyjne , impregnacyjne , adhezyjne ( kleje , cementy , kity ), powłokowe (lakiery, farby ) , smary , oleje , włóknotwórcze i inne .

Kilka tworzyw sztucznych otrzymanych z surowców naturalnych .

a) makrocząsteczki liniowe

2. makrocząsteczki rozgałęzione

3. makrocząsteczki usieciowane

Własności tworzyw sztucznych

Cechy pozytywne.

• Mały ciężar ( 1 - 1,5 ) 9806,65 N/m³

• Mała przewodność cieplna .

• Dobre lub bardzo dobre własności elektroizolacyjne .

• Duża łatwość modyfikowania.

• Odporność na działanie atmosfery .

• Łatwość barwienia prawie na dowolny kolor .

• Gładkość i elastyczność powierzchni.

• Duża wytrzymałość.

• Bardzo duży zakres zmian współczynnika tarcia .

• Łatwość łączenia się za pomocą spawania lub klejenia.

• Możliwość otrzymania produktu spienionego.

• Odporność na korozję , wodę , niskie temperatury.

• Duży zakres możliwości regulacji twardości i kruchości.

• Łatwość kształtowania w stanie zmiękczonym.

Cechy negatywne.

• Mało odporne na wysokie temperatury. Miękną ok. 100^oC , a tylko niektóre wytrzymują temperaturę ( 200 - 300 )^oC.

• Rozszerzalność cieplna jest dużo większa niż metali .

• Wysoka cena

• Tworzywa sztuczne powstają w wyniku trzech rodzajów przemian chemicznych:

Polimeryzacji - jest to proces łączenia się cząsteczek monomeru w łańcuch, któremu nie towarzyszy powstanie żadnych produktów ubocznych. W wyniku tej reakcji powstaje np. polietylen;

Polikondensacji - jest to reakcja polimeryzacji charakteryzująca się powstawaniem w niej prostych produktów ubocznych jak np. woda. Przebiega ona w sposób stopniowy;

Poliaddycji - jest to reakcja polimeryzacji, w której stopniowo łączy się wiele monomerów o, co najmniej dwóch grupach funkcyjnych w jeden polimer bez powstawania substancji ubocznych.

Składniki tworzyw sztucznych i ich znaczenie

Aby nadać pewne właściwości tworzywom sztucznym dodaje się do nich wiele substancji pomocniczych, których zadaniem jest zmiana niektórych własności. I są to:

Wypełniacze (napełniacze) -są to substancje chemicznie obojętne dodawane w celu zapewnienia odpowiednich własności tworzywa: polepszenia własności mechanicznych, przewodnictwa cieplnego lub elektrycznego, odporności na ścieranie Pod względem postaci wyróżnia się wypełniacze.

• proszkowe - proszki metali, grafit, sadze, mika, mączka kamienna i drewna oraz ziemia okrzemkowa

• włókniste - druty metalowe, włókna szklane, azbestowe, syntetyczne, bawełniane

• arkuszowe - folie lub siatki metalowe, tkaniny szklane, syntetyczne, bawełniane

Plastifikatory (zmiękczacze)- w zależności od rodzaju i zastosowanej ilości powodują zmiękczenie tworzywa, a tym samym nadają mu odpowiednią elastyczność, udarność i wydłużenie przy zerwaniu. Jako zmiękczacze używa się najczęściej takich substancji jak: fosforan trójkrezylowy, estry kwasu adypinowego i sebacynowego oraz ftalan butylowy.

Stabilizatory - są to substancje zapewniające trwałość związków wysokopolimerycznych w przypadku takich czynników jak: temperatura, promieniowanie świetlne lub nadfioletowe itp.

Przyspieszacze - stosuje się je jako katalizatory utwardzania.

Barwniki - w celu otrzymania żądanych kolorów.

Barwniki naturalne lub syntetyczne barwne związki chemiczne (czyli selektywnie absorbujące promieniowanie widzialne) wykazujące zdolność do trwałego łączenia się z barwionym materiałem: włóknem chemicznym, skórą, tworzywem sztucznym, papierem.

Pigmenty, chem. stałe, trudno rozpuszczalne substancje barwne stosowane do wyrobu farb, barwienia tworzyw sztucznych, wyrobów ceramicznych; pigmenty nieorganiczne to m.in. ochry, cynober, minia, sproszkowane metale, pigmenty organiczne to gł. syntetyczne barwniki azowe i antrachinonowe

Przebieg ćwiczenia

Celem było zapoznanie się z właściwościami materiałów i dobór odpowiedniego na zadane części maszynowe.

Część 1

Koło zębate.

Koła zębate charakteryzują się stałymi położeniami w urządzeniach, przekładniach i możliwością przenoszenia dużych mocy rzędu 18,5 MW, dużą sprawnością ( w przekładniach) rzędu 90-98% i prędkością obwodową (kątową) do 200m/s.

Na takie wymagania potrzebne są odpowiednie materiały. Koła zębate pracujące z dużymi prędkościami wykonuje się ze stali konstrukcyjnej węglowej ogólnego przeznaczenia (stale niskowęglowe, gatunki 10—20 oraz gatunki średniowęglowe 50—65 w stanie normalizowanym z wymaganą odpornością na ścieranie) lub stopowe chromowe np. 30H do 50H, oraz st. stopowe chromowo-niklowe Koła zębate wytwarza się również ze stali do nawęglania i ze staliw wysokowęglowych 0,4%--0,6%C (L60..,L65..) Koła zębate wykonuje się także z żeliw, jest to żeliwo sferoidalne. Także do wyrobu kół używa się również brązu czy tworzyw sztucznych. Z brązów najczęściej stosowane są brązy cynowe(CuSn10), brązy aluminiowe, brązy krzemowe odlewnicze (CuSi3Zn3Mn). Materiały na koła zębate muszą charakteryzować się dużą twardością, odpornością na ścieranie- w tym celu stosuje się hartowanie zębów kół zębatych. Proces produkcyjny koła zębatego walcowatego przeprowadza się poprzez dłutowanie lub frezowanie.

Na otrzymane koło zębate wybrałbym stal stopową 40H w której zawartość składników wynosi:

C 0,36-0,44% , Mn 0,5-0,8%, Si 0,17-0,37%,

Cr 0,8-1,1%,

Własności mechaniczne wynoszą: w stanie ulepszonym

Re=784 MPa A5=10% U2=588 kj/m2

Rm=980 MPa HB=217—w stanie wyżarzonym

Stal tą hartuje się w temp. 850⁰C w środowisku olejowym. Przy odpuszczaniu nagrzewa się ją do temperatury 500⁰C i chłodzi w wodzie lub oleju .

Stal ta używana jest w stanie utwardzonym powierzchniowo przez hartowanie powierzchniowe, nawęglanie lub azotowanie. Przed hartowaniem powierzchniowym i azotowaniem stosuje się normalizowanie lub ulepszanie zapewniające znaczne polepszenie własności mechanicznych w całym przekroju. Hartowanie powierzchniowe wpływa szczególnie na trwałość elementów pracujących na ścieranie przy zmiennych obciążeniach.

Część 2

Głowica bloku silnika samochodu spalinowego..

Głowice w samochodach pracują w wysokich temperaturach, pod wysokim ciśnieniem, w środowisku agresywnym działającym niszcząco na powierzchnie bloku. W czasie pracy powstają silnie toksyczne gazy które powodują zniszczenie części. Aby zapewnić dobre odprowadzanie ciepła głowica musi być odpowiednio zaprojektowana i dobrze przemyślana zarówno pod kątem konstrukcji jak i materiałów użytych na jej wyrób.

Głowice odlewa się głównie ze stopów aluminium lub żeliwa. Starsze konstrukcje wykorzystywały żeliwo jako materiał wyjściowy, a w nowszych stosuje się coraz częściej aluminium.

W silnikach stacjonarnych na głowice stosuje się żeliwo ZL250 lub ZL200. Natomiast w silnikach trakcyjnych, a w szczególności w tych z doładowaniem, używa się stopów zawierających dodatki Mo, Cr, Ni. Spośród stopów lekkich na głowice chłodzone cieczą stosuje się najczęściej stopy AK9 lub AK52( silniki z zapłonem iskrowym) oraz stopy AlSi10Mg, AlSi9Mg (jest to aluminium tzw. siluminy przedeutektyczne o zawartości krzemu 4—10% oraz 0,5% manganu stosowane na silniki z zapłonem samoczynnym).Właściwości takiego stopu to:

-- wartości minimalne

Rm=200-240 N/m2 A10=1-1% HB=60-85

R0,2=110-200 N/m2 Zgo=70-100 N/m2

Ze względu na konieczność intensywnego odbierania ciepła głowice silnika chłodzonego powietrzem odlewane są ze stopu AK52. Głowica może być również wykonana ze stopów AlSi5Cu2 lub AlSi5Cu1 które dzięki zawartości miedzi łatwiej poddają się obróbce cieplnej. Stop AlSi6Cu stosowany jest na odlewy cienkościenne.

Sposób wytwarzania takiej głowicy polega na odlewaniu w kokilach pod wysokim ciśnieniem. Następnie na cieplnej polepszającej własności materiału takich jak twardość, odporność na ścieranie, a na końcu na obróbce kosmetycznej tzn. usuwaniu ewentualnych skaz powierzchniowych. Obróbka skrawaniem przeprowadzana jest w celu ukształtowania otworów tłokowych . Nawierca się także otwory które ze względów technologicznych nie mogły być od razu wykonane. Przy takiej obróbce trzeba zwrócić uwagę na jakość wykonania. Otwór musi wytrzymać ciśnienie jakie panuje w komorze.

Część 3

Śruba okrętowa

Dopasowując materiał z którego na powstać śruba okrętowa należy oczywiście kierować się odpornością na korozje. Niewątpliwie najlepszymi materiałami będą mosiądze cynowe, aluminiowe, manganowe które dzięki odporności na korozję wody morskiej stosowane są w przemyśle okrętowym. Dokładniej na śruby okrętowe najlepszy materiał to CuZn50Mn3Fe. Skład Cu-55,5 , Fe-3 , Mn-3 , Zn- reszta

Własności tego stopu miedzi to:

Rm=450—650 MN/m2 A5=18—20%

HB=100—130 LP

110—150 LK

Obecnie coraz częściej stosowane są mosiądze stopowe, zawierające dodatki Pb, Fe, P, Mn, Al., Ni, Si. Dodatki te po za modyfikacją podczas krystalizacji przesuwają także graniczną rozpuszczalność Zn. Na powiększenie odporności na ścieranie odpowiedzialny jest fosfir, żelazo natomiast działa modyfikująco oraz umożliwia poddawanie stopu utwardzaniu dyspersyjnemu. Działania modyfikujące posiada także mangan, a wraz z niklem polepszają własności mechaniczne, zwłaszcza w podwyższonej temperaturze. Cyna i aluminium powiększają odporność na korozję oraz wytrzymałość i twardość, ale pogarszają nieco plastyczność.

W przemyśle okrętowym na śruby wykorzystuje się także dwa inne materiały. Pierwszym z nich jest wysokostopowe staliwo odporne na korozję, odznaczające się małą zawartością węgla(<0.25%). Fachowa nazwa tego stopu to staliwo frrytyczno chromowe(15%Cr i 1,5%Ni). Drugim materiałem jest brąz aluminiowy, z zasady wieloskładnikowy mający zawartość ok. 9% Al. Odznacza się dużą wytrzymałością statyczną, odpornością na podwyższone temperatury i na ścieranie oraz odpornością na korozję. Właśnie te właściwości sprawiły że stop ten posiada ok.4-krotnie większą odporność na erozję kawitacyjną od mosiądzu.

Część 4

Szyba w śmigłowcu

Szyba śmigłowcowa jak zarówno samolotowa powinna odznaczać się specyficznymi własnościami. W doborze materiału kierowałem się właśnie takimi własnościami jak:

• doskonała przepuszczalność światła

• odporność na działanie atmosfery

• dobre własności mechaniczne

• łatwo obrabialny, w podwyższonej temperaturze można kształtować plastycznie

Takie własności posiada następujący materiał:

Metapleks gatunek I, II, III

Jak widać na załączonym rysunku szyba helikoptera posiada specyficzny kształt. Właśnie własności metapleksy umożliwiają nadanie szybie odpowiedniego kształtu(zaokrąglonego). Odporność na działanie atmosfery i doskonała przepuszczalność światła zapewniają bezpieczeństwo. Niestety metapleks jest nieodporny na ścieranie i zarysowania. Dlatego też na szyby nie powinny działać żadne naprężenia powodujące odpryski.

Część 5

Szyba przednia samochodu osobowego

Szkło jest materiałem o wielu zaletach. Jest ono przezroczyste, bezbarwne, ma naturalny połysk i gładką powierzchnie, jest nieprzenikalne dla gazów i cieczy, nie wymaga zabezpieczeń przed korozją , jest odporne na działanie czynników chemicznych, niepalne i wytrzymałe na podwyższoną temperaturę. Ponadto w stanie plastycznym daje się łatwo kształtować. Najważniejszymi wadami szkła są: kruchość i łamliwość oraz mała odporność na gwałtowne zmiany temperatury.

Szkło jest produkowane drogą stopienia trzech odrębnych rodzajów podstawowych surowców. Są to: surowce kwaśne (minerały i produkty chemiczne zawierające tlenek krzemowy, tlenek glinu , tlenek borowy i niekiedy tlenki cynkowe 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 ołowiowy). Zadaniem topników jest stopienie trudno topliwych składników szkła na jednorodną przezroczysta masę. Stabilizatory są wprowadzane do szkła w celu nadania mu odporności na działanie czynników chemicznych.

Szyby samochodowe są wykonane ze szkła bezpiecznego hartowanego jednowarstwowo , szkła bezpiecznego wielowarstwowego lub szkła specjalnego. Ze względu na omówione wady szkła, na szyby nie powinno działać duże naprężenia rozciągające, zginające i ściskające, należy unikać otworów i ostrych przejść, a między metalem i szybą stosować przekładki gumowe.

Hartowanie polega na nagrzaniu szkła w specjalnym piecu elektrycznym do temperatury zależnej od jego rodzaju, a następnie równomiernym studzeniu strumieniem sprężonego powietrza o temperaturze pokojowej. Studzenie takie powoduje powstanie silnych naprężeń ściskających , które decydują o wytrzymałości mechanicznej, a naprężenia rozciągające powodują przy naruszeniu struktury (uderzenie) rozpadnięcie się szkła na drobne kilumilimetrowe kawałeczki, pozbawione ostrych krawędzi.

Na wykonanie szyby samochodu osobowego wybrałem szkło płaskie hartowane polerowane—HP

14

Stal lepszana cieplnie

Re

Stal miękka

miedź

Rm

Rsp

D1

Siła P

D2

D1

D2

---