plik


MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Marian Nowotnik Rozpoznawanie metali i ich stopw 311[32].O1.03 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji  PaDstwowy Instytut Badawczy Radom 2006  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego Recenzenci: mgr in|. SBawomir Skorupa mgr in|. Leszek Jaszczyk Opracowanie redakcyjne: mgr in|. Joanna Nowotnik Konsultacja: mgr MaBgorzata SoBtysiak Poradnik stanowi obudow dydaktyczn programu jednostki moduBowej 311[32].O1.03 Rozpoznawanie metali i ich stopw zawartego w moduBowym programie nauczania dla zawodu technik technologii drewna. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji  PaDstwowy Instytut Badawczy, Radom 2006  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 1 SPIS TREZCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstpne 5 3. Cele ksztaBcenia 6 4. MateriaB nauczania 7 4.1. Wiadomo[ci oglne o metalach i stopach 7 4.1.1. MateriaB nauczania 7 4.1.2. Pytania sprawdzajce 10 4.1.3. wiczenia 10 4.1.4. Sprawdzian postpw 11 4.2. {elazo i jego stopy 12 4.2.1. MateriaB nauczania 12 4.2.2. Pytania sprawdzajce 16 4.2.3. wiczenia 17 4.2.4. Sprawdzian postpw 19 4.3. Metale nie|elazne i ich stopy 20 4.3.1. MateriaB nauczania 20 4.3.2. Pytania sprawdzajce 28 4.3.3. wiczenia 28 4.3.4. Sprawdzian postpw 30 4.4. Podstawy obliczeD wytrzymaBo[ciowych 31 4.4.1. MateriaB nauczania 31 4.4.2. Pytania sprawdzajce 38 4.4.3. wiczenia 38 4.4.4. Sprawdzian postpw 40 4.5. Obrbka metali 41 4.5.1. MateriaB nauczania 41 4.5.2. Pytania sprawdzajce 44 4.5.3. wiczenia 45 4.5.4. Sprawdzian postpw 46 5. Sprawdzian osigni 47 6. Literatura 52  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 2 1. WPROWADZENIE Poradnik ten bdzie Tobie pomocny w nabywaniu umiejtno[ci z zakresu rozpoznawania metali i ich stopw, okre[lania zastosowania i wBa[ciwo[ci metali i stopw, wykonywania podstawowych obliczeD wytrzymaBo[ciowych materiaBw, a tak|e obrbki metali. Jednostka moduBowa: Rozpoznawanie metali i ich stopw jest trzeci jednostk w module oglnozawodowym dla zawodu technik technologii drewna. W poradniku zamieszczono: 1. Wymagania wstpne, czyli wykaz niezbdnych umiejtno[ci, ktre powiniene[ posiada, aby przystpi do realizacji tej jednostki moduBowej. 2. Cele ksztaBcenia tej jednostki moduBowej, ktre okre[laj umiejtno[ci, jakie opanujesz w wyniku procesu ksztaBcenia. 3. MateriaB nauczania, ktry zawiera informacje niezbdne do realizacji zaplanowanych szczegBowych celw ksztaBcenia, umo|liwia samodzielne przygotowanie si do wykonania wiczeD i zaliczenia sprawdzianw. Wykorzystaj do poszerzenia wiedzy wskazan literatur oraz inne zrdBa informacji. Obejmuje on rwnie|:  pytania sprawdzajce wiedz niezbdn do wykonania wiczeD,  wiczenia z opisem sposobu ich wykonania oraz wyposa|enia stanowiska pracy,  sprawdzian postpw, ktry umo|liwi sprawdzenie poziomu Twojej wiedzy po wykonaniu wiczeD. 4. Sprawdzian osigni w postaci zestawu pytaD sprawdzajcych opanowanie umiejtno[ci z zakresu caBej jednostki. Zaliczenie go jest dowodem umiejtno[ci okre[lonych w tej jednostce moduBowej. 5. Wykaz literatury dotyczcej programu jednostki moduBowej. Je|eli masz trudno[ci ze zrozumieniem tematu lub wiczenia, to popro[ nauczyciela lub instruktora o wyja[nienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz dan czynno[. Po przerobieniu materiaBu sprbuj zaliczy sprawdzian z zakresu jednostki moduBowej. Wykonujc sprawdzian postpw powiniene[ odpowiada na pytania tak lub nie, co oznacza, |e opanowaBe[ materiaB lub nie. BezpieczeDstwo i higiena pracy W czasie pobytu na warsztatach i w pracowni podczas wiczeD praktycznych musisz przestrzega regulaminw, przepisw bezpieczeDstwa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpo|arowych, obowizujcych podczas poszczeglnych rodzajw prac.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 3 ModuB 311[32].O1 ModuB 311[32].O1 Podstawy procesw Podstawy procesw technologicznych technologicznych 311[32].O1.01 311[32].O1.01 Przestrzeganie przepisw Przestrzeganie przepisw bezpieczeDstwa, higieny bezpieczeDstwa, higieny pracy, ochrony pracy, ochrony przeciwpo|arowej oraz przeciwpo|arowej oraz ochrony [rodowiska ochrony [rodowiska 311[32].O1.02 311[32].O1.02 Korzystanie z przepisw Korzystanie z przepisw kodeksu pracy kodeksu pracy 311[32].O1.03 311[32].O1.04 311[32].O1.04 311[32].O1.03 Rozpoznawanie metali Rozpoznawanie Rozpoznawanie Rozpoznawanie metali skBadowanie i ich stopw skBadowanie i ich stopw i zabezpieczanie drewna i zabezpieczanie drewna 311[32].O1.05 311[32].O1.06 311[32].O1.07 311[32].O1.05 311[32].O1.06 311[32].O1.07 Wykonywanie, Rozpoznawanie typowych Wykorzystywanie Wykonywanie, Rozpoznawanie typowych Wykorzystywanie odczytywanie cz[ci i zespoBw maszyn metrologii technicznej odczytywanie cz[ci i zespoBw maszyn metrologii technicznej i interpretowanie szkicw i interpretowanie szkicw schematw i rysunkw schematw i rysunkw 311[32].O1.08 311[32].O1.09 311[32].O1.08 311[32].O1.09 Wykorzystywanie techniki Promowanie i sprzeda| Wykorzystywanie techniki Promowanie i sprzeda| komputerowej i dokumentacji wyrobw drzewnych komputerowej i dokumentacji wyrobw drzewnych techniczno - technologicznej techniczno-technologicznej Schemat ukBadu jednostek moduBowych  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 4 2. WYMAGANIA WSTPNE Przystpujc do realizacji programu jednostki moduBowej powiniene[ umie:  posBugiwa si podstawowymi pojciami technicznymi,  posBugiwa si podstawowymi pojciami budowy materii,  odczytywa ukBad okresowy pierwiastkw,  stosowa narzdzia pomiarowe zgodnie z ich przeznaczeniem,  organizowa stanowisko pracy zgodnie z zasadami bhp,  dobiera przybory i materiaBy do wykonania rysunku,  wykonywa i odczytywa szkice, schematy i rysunki,  korzysta z r|nych zrdeB informacji.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 5 3. CELE KSZTAACENIA W wyniku realizacji programu jednostki moduBowej powiniene[ umie:  rozpozna metale i stopy,  okre[li zastosowanie metali i ich stopw,  okre[li wBa[ciwo[ci metali i ich stopw,  okre[li rodzaje obci|eD, odksztaBceD i napr|eD,  wykona podstawowe obliczenia wytrzymaBo[ci materiaBw.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 6 4. MATERIAA NAUCZANIA 4.1. Wiadomo[ci oglne o metalach i stopach 4.1.1. MateriaB nauczania Metale maj liczne charakterystyczne cechy r|nice je od niemetali. Nale| do nich:  wysoka przewodno[ elektryczna i cieplna (niemetale s dobrymi izolatorami),  wBasno[ci magnetyczne,  rozszerzalno[ cieplna,  plastyczno[ (wikszo[ metali daje si ku, walcowa, cign itp., podczas gdy niemetale przy takich prbach krusz si),  poBysk zwany metalicznym, ktry mo|na zwikszy przez szlifowanie i polerowanie. WBasno[ci metali ma ponad 80 pierwiastkw i du|a liczba ich stopw. Spo[rd tych pierwiastkw tylko nieliczne wykorzystywane s w technice. Nale| do nich gBwnie: glin (aluminium), |elazo, magnez i tytan. W mniejszym rozmiarze ze wzgldu na stosunkowo mniejsze zBo|a miedz, mangan, chrom i wanad oraz cynk, cyna, oBw, nikiel i kobalt. Metale dziel si na dwie podstawowe grupy: metale |elazne (stopy |elaza z wglem) oraz metale nie|elazne. Metale chemicznie czyste, ze wzgldu na swoje niskie wBasno[ci wytrzymaBo[ciowe, stosuje si w technice jedynie z uwagi na ich wBasno[ci fizyczne lub chemiczne. Do budowy maszyn i urzdzeD oraz innych zastosowaD opisanych w kolejnych materiaBach nauczania stosuje si gBwnie stopy r|nych metali, a czsto rwnie| niemetali. Jednymi z wa|niejszych s stopy |elaza (stale o r|nym skBadzie i r|nych wBasno[ciach, staliwa i |eliwa) oraz stopy metali nie|elaznych (miedz, aluminium, cyna, cynk). Metale wystpuj w przyrodzie jako skBadniki r|nych mineraBw lub rud. WBasno[ci metali i stopw WBasno[ci metalu lub stopu okre[la jego struktura. Metal lub stop poddany obrbce cieplnej zmienia swoj struktur, a tym samym i wBasno[ci. WBasno[ci metali i stopw dzieli si na fizyczne, chemiczne, mechaniczne, technologiczne lub specjalne. Do wBasno[ci fizycznych zalicza si takie parametry jak gsto[, temperatur topnienia, rozszerzalno[ i przewodno[ ciepln, przewodno[ elektryczn. Do wBasno[ci chemicznych nale|y odporno[ na dziaBanie [rodowiska zewntrznego (kwasw, zasad, wilgotnego powietrza, gazw, wysokiej temperatury), tj. odporno[ na korozj. Do wBasno[ci mechanicznych metali i stopw zalicza si wytrzymaBo[ materiaBu, spr|ysto[, plastyczno[, twardo[, udarno[, cigliwo[. WBasno[ci technologiczne materiaBu okre[la jego przydatno[ do r|nego rodzaju obrbki, np. kucia, tBoczenia, spawania itp. WBasno[ci specjalne to zachowanie si metali i stopw w specyficznych warunkach u|ytkowania, np. w warunkach podwy|szonej lub obni|onej temperatury, przy podwy|szonych lub obni|onych ci[nieniach itp. Do wBasno[ci specjalnych zalicza si rwnie| i takie, ktrych metale i stopy zwykle nie wykazuj, a ktre stwarza si przez odpowiednie dodatki podczas wytopu. Do metali i stopw o takich wBasno[ciach mo|na zaliczy: stopy o wysokiej oporno[ci omowej, stopy niemagnetyczne, stale |aroodporne, odporne na zu|ycie, korozj.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 7 Tabela 1. GBwne wBasno[ci mechaniczne metali i stopw WytrzymaBo[ materiaBu Graniczna odporno[ materiaBu na dziaBanie siB zewntrznych WytrzymaBo[ na rozciganie Stosunek najwikszej siBy rozcigajcej do przekroju pierwotnego rozrywanej prbki WytrzymaBo[ na [ciskanie Stosunek najwikszej siBy [ciskajcej w chwili rozkruszenia prbki do jej przekroju pocztkowego Spr|ysto[ Zdolno[ materiaBu do odzyskiwania pierwotnego ksztaBtu i wymiarw po zdjciu obci|enia wywoBujcego odksztaBcenie Granica spr|ysto[ci Najwiksza warto[ obci|enia rozcigajcego ([ciskajcego), ktre nie powoduje jeszcze odksztaBceD trwaBych Plastyczno[ Zdolno[ materiaBu do zachowania odksztaBceD (bez pkni) po zdjciu obci|enia Granica plastyczno[ci Napr|enie odpowiadajce rozcigajcemu obci|eniu wywoBujcemu odksztaBcenia trwaBe prbki WydBu|enie i przew|enie Cechy materiaBu charakteryzujce wBasno[ci plastyczne materiaBu WydBu|enie jednostkowe Stosunek przyrostu dBugo[ci rozciganej prbki po zerwaniu do jej pocztkowej dBugo[ci Przew|enie Stosunek zmniejszenia si przekroju w szyjce rozciganej prbki do przekroju pocztkowego Twardo[ WBasno[ materiaBu stawiania oporu odksztaBceniom plastycznym przy miejscowym oddziaBywaniu obcego, twardego ciaBa na jego powierzchni Udarno[ Odporno[ materiaBu na pkanie przy uderzeniach Cigliwo[ Zdolno[ materiaBu do du|ych odksztaBceD pod wpBywem siB zewntrznych Aby mc racjonalnie stosowa metale i stopy nale|y dokBadnie pozna ich wBasno[ci. WBasno[ci te zale| od skBadu chemicznego stopu i jego budowy krystalograficznej. Budowa wewntrzna (struktura) metali i stopw GBwnym wskaznikiem krystalicznej budowy ciaBa nie jest zewntrzna forma, lecz struktura wewntrzna. CiaBo krystaliczne w stanie staBym charakteryzuje si uporzdkowanym, regularnym rozmieszczeniem atomw tworzcych przestrzenn krystaliczn siatk. Siatka skBada si z licznych rwnolegBych krystalograficznych pBaszczyzn, oddalonych od siebie o okre[lona odlegBo[. W wzBach siatki rozmieszczone s atomy. Metale mog znajdowa si w trzech stanach skupienia: staBym, pBynnym i gazowym. Przej[cie z jednego stanu skupienia w drugi nastpuje przy okre[lonych temperaturach i towarzyszcych im zmianach wBasno[ci metali. Metale czyste krzepn w staBej, [ci[le okre[lonej dla danego metalu, temperaturze. W czasie krzepnicia zmienia si objto[ metali. Z reguBy objto[ metalu skrzepBego jest mniejsza od objto[ci metalu ciekBego. Przechodzc ze stanu pBynnego w stan staBy wszystkie metale uzyskuj budow krystaliczn. Ze wzrostem szybko[ci ozibiania wzrasta liczba o[rodkw krystalizacji, a tym samym rozmiary ziaren malej. W niektrych metalach przemiany nastpuj rwnie| w skrzepBym metalu. Przy takich przemianach nastpuje przegrupowanie si atomw z jednego typu siatki przestrzennej w drug. Zjawisko to nazywa si alotropi, a sam proces przemian alotropow. Zmianie budowy krystalicznej towarzysz zmiany wBasno[ci fizycznych, chemicznych i mechanicznych. Przemianom alotropowym poza |elazem podlegaj rwnie|: cyna, kobalt, mangan, tellur, cyrkon i tytan. Zjawisko alotropii jest wykorzystywane w obrbce cieplnej metali. Wady budowy krystalicznej w istotny sposb wpBywaj na wBasno[ci wytrzymaBo[ciowe i plastyczne metali. D|enie do ograniczenia wad budowy krystalicznej jest jednak technicznie bardzo trudne. Osigniciu tego celu sprzyjaj wic procesy technologiczne odlewania, obrbki plastycznej i obrbki cieplnej, omwione w dalszym materiale nauczania.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 8 Rys. 1. Schemat zale|no[ci wBasno[ci wytrzymaBo[ciowych metali od gsto[ci wad budowy krystalicznej [1, s. 38] Metale w postaci chemicznie czystej prawie nie znajduj zastosowania jako materiaBy konstrukcyjne. Czyste metale w stanie ciekBym mo|na miesza z innymi metalami lub niemetalami i po doprowadzeniu do skrzepnicia otrzyma stop posiadajcy |dane wBasno[ci. Stop skBada si zwykle z dwch lub wicej gBwnych skBadnikw. Dobierajc odpowiednio skBadniki i ich procentow zawarto[ w stopie mo|na w szerokim zakresie zmienia jego wBasno[ci. Rys. 2. WpByw skBadnikw stopowych na wBasno[ci mechaniczne stopw [5, s. 308] Podczas przechodzenia ze stanu ciekBego w stan staBy stopy mog tworzy roztwory staBe, zwizki chemiczne lub mieszaniny. Mieszanina jest to takie poBczenie skBadnikw stopu, w ktrym podczas krystalizacji (krzepnicia) skBadniki stopu nie reaguj ze sob i nie rozpuszczaj si jeden w drugim, utrzymuj swoje siatki przestrzenne. Tym samym po skrzepniciu struktura takiego stopu jest mechaniczn mieszanin skBadnikw.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 9 KrysztaBy roztworu staBego r|ni si od mieszaniny tym, |e zostaje w nich zachowana siatka przestrzenna, w ktrej obok atomw rozpuszczalnika rozmieszczaj si atomy skBadnikw stopu (atomy rozpuszczonego skBadnika zamieniaj sob atomy rozpuszczalnika albo rozmieszczaj si midzy nimi). W przypadku poBczeD chemicznych wzajemne powizanie skBadnikw charakteryzuje si wytworzeniem nowej siatki przestrzennej, odmiennej od siatek skBadnikw stopu. Stosunek skBadnikw stopu jest przy tym [ci[le okre[lony. 4.1.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Jakie cechy odr|niaj metale od niemetali? 2. Jakie wyr|niamy rodzaje wBasno[ci metali i stopw? 3. Jakie parametry zalicza si do wBasno[ci fizycznych, chemicznych i mechanicznych? 4. Na czym polega budowa wewntrzna metali i stopw. 5. Jak mo|na przedstawi graficznie zale|no[ wBasno[ci wytrzymaBo[ciowych metali od gsto[ci wad budowy krystalicznej? 6. Jak scharakteryzowa poszczeglne rodzaje poBczeD skBadnikw stopw? 7. Jaki jest wpByw skBadnikw stopowych na wBasno[ci mechaniczne stopw? 4.1.3. wiczenia wiczenie 1 Okre[l podstawowe wBasno[ci metali i stopw. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat wBasno[ci metali i ich stopw, 2) okre[li podstawowe wBasno[ci metali i stopw, 3) scharakteryzowa gBwne wBasno[ci mechaniczne metali i stopw, 4) przedstawi powy|sze w formie opisowej, 5) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  arkusz papieru format A-4,  oBwek/dBugopis,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 2 Scharakteryzuj budow wewntrzn metali. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat budowy wewntrznej metali, 2) scharakteryzowa w formie pisemnej budow wewntrzn metali, 3) przedstawi graficznie schemat zale|no[ci wBasno[ci wytrzymaBo[ciowych metali od gsto[ci wad budowy krystalicznej, 4) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 10 Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  arkusz papieru w kratk format A-4,  oBwek/dBugopis,  przymiar liniowy,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 3 Scharakteryzuj budow wewntrzn stopw. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat budowy wewntrznej stopw, 2) scharakteryzowa w formie pisemnej budow wewntrzn stopw, 3) przedstawi graficznie wpByw skBadnikw stopowych na wBasno[ci mechaniczne stopw, 4) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  arkusz papieru w kratk format A-4,  oBwek/dBugopis,  przymiar liniowy,  literatura z rozdziaBu 6. 4.1.4. Sprawdzian postpw Czy potrafisz: Tak Nie 1) wyja[ni jakie cechy odr|niaj metale od niemetali? 2) okre[li rodzaje wBasno[ci metali i stopw? 3) okre[li parametry zaliczane do wBasno[ci fizycznych, chemicznych i mechanicznych? 4) wyja[ni na czym polega budowa wewntrzna metali i stopw? 5) przedstawi graficznie zale|no[ wBasno[ci wytrzymaBo[ciowych metali od gsto[ci wad budowy krystalicznej? 6) scharakteryzowa poszczeglne rodzaje poBczeD skBadnikw stopw? 7) scharakteryzowa wpByw skBadnikw stopowych na wBasno[ci mechaniczne stopw?  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 11 4.2. {elazo i jego stopy 4.2.1. MateriaB nauczania Stopy |elaza z wglem Wgiel jest podstawowym skBadnikiem wpBywajcym w sposb zasadniczy na wBasno[ci stopu |elazo-wgiel. SkBadnikami strukturalnymi stopw |elazo-wgiel s ziarna ferrytu, cementytu, perlitu, austenitu i ledeburytu. Ferrytem nazywa si prawie czyste chemicznie |elazo. Rozpuszczalno[ wgla w |elazie jest maBa i wynosi 0,006-0,03%. Ferryt jest trwaBy do temperatury 9100C. Twardo[ ferrytu jest niewielka i wynosi 60-100 kG/mm2 w zale|no[ci od grubo[ci ziarna. Plastyczno[ ferrytu jest bardzo du|a. Cementyt jest zwizkiem chemicznym |elaza z wglem. Zawiera 6,67% wgla i stanowi bardzo twardy (twardo[ do 820 kG/mm2) i kruchy materiaB krystaliczny, ktry podczas nagrzewania do wysokich temperatur rozkBada si na ferryt i wolny wgiel. Stal nie obrobiona cieplnie jest tym twardsza, im wicej zawiera cementytu. Perlit stanowi rwnomierna mieszanin ferrytu i cementytu. Mo|e wystpowa w dwch rodzajach: jako pBytkowy i jako ziarnisty. Perlit pBytkowy podczas ogrzewania ulega zmianie w perlit ziarnisty, w ktrym cementyt znajduje si w postaci okrgBych ziaren na tle ferrytu. Perlit ziarnisty charakteryzuje si lepszymi wBa[ciwo[ciami mechanicznymi ni| pBytkowy. Perlit wedBug swoich wBasno[ci zajmuje po[rednie miejsce midzy ferrytem i cementytem. Stal o zawarto[ci wgla 0,80% ma czyst struktur perlityczn. Austenit jest to staBy roztwr wgla w |elazie. Zawarto[ wgla dochodzi w przybli|eniu do 2%. W zwykBych stalach wglowych austenit jest trwaBy do temperatury 7230C. Poni|ej tej temperatury austenit podczas powolnego chBodzenia rozkBada si na ferryt, cementyt i perlit. W temperaturach poni|ej 7230C austenit mo|e si zachowa jedynie w niektrych stalach wysokostopowych, zawierajcych takie skBadniki, jak: nikiel, chrom, mangan. Stale austenityczne odznaczaj si bardzo du| plastyczno[ci i s niemagnetyczne. Ledeburyt jest to eutektyczna mieszanina austenitu i cementytu o zawarto[ci wgla 4,3%. Wydziela si z |elazowglowego stopu w temperaturze 11450C. TrwaBo[ zachowuje tylko w temperaturze 721-11450C. Poni|ej tego zakresu ledeburyt zmienia swoj struktur, poniewa| wchodzcy w jego skBad austenit przemienia si w perlit, wskutek czego ledeburyt skBada si bdzie z perlitu i cementytu. Ledeburyt jest kruchy i ma znaczn twardo[. Struktura stopw |elazowglowych zale|y nie tylko od zawarto[ci wgla i temperatury stopu, lecz rwnie| od szybko[ci, z jak stop jest chBodzony. Przy powolnym chBodzeniu stali nagrzanej do temperatury struktury austenitycznej, austenit przeksztaBca si w perlit, ferryt i cementyt. Przy du|ych szybko[ciach chBodzenia w wyniku rozpadania si austenitu otrzymuje si struktury stali: sorbit, troostyt, bainit i martenzyt. Sorbit jest mieszanin drobnego cementytu i ferrytu. S dwa rodzaje sorbitu: hartowania i odpuszczania. Sorbit hartowania (rozkBad austenitu w temperaturze ok. 6000C) skBada si z pBytek ferrytu i cementytu, z tym |e pBytki cementytu s znacznie cieDsze ni| w perlicie. Sorbit jest bardziej twardy od perlitu, ale ma mniejsz cigliwo[. Sorbit powstajcy przy odpuszczaniu otrzymuje si w wyniku rozpadu martenzytu w stali podczas jej odpuszczania w zakresie temperatur 500-6000C. Troostyt podobnie jak sorbit wystpuje jako troostyt hartowania i odpuszczania. Jest to mieszanina pBytek ferrytu i cementytu, bardziej jednak cienkich ni| w sorbicie. Troostyt jest bardziej twardy ni| sorbit, jednak mniej plastyczny. Troostyt odpuszczany powstaje w temperaturze 350-4500C.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 12 Bainit jest podobnie jak sorbit i troostyt odmiana perlitu, z tym |e cementyt jest w nim bardziej rozdrobniony ni| w troostycie. Otrzymuje si go w wyniku izotermicznego (w temperaturze 300-4000C) rozpadu austenitu. Martenzyt jest staBym roztworem wgla w |elazie. Ma du| twardo[ (600 kG/mm2), jest odporny na zu|ycie, ale jednocze[nie maBo plastyczny i cigliwy. Martenzyt wystpuje w strukturze stali hartowanej po szybkim jej schBodzeniu. Struktura i wBasno[ci stali i |eliwa zmieniaj si podczas ich ogrzewania do temperatur krytycznych, ktrych wysoko[ zale|y od zawarto[ci wgla w tych stopach. Krytyczne temperatury stopw |elazowglowych o r|nej zawarto[ci wgla przedstawia tzw. wykres |elazo-wgiel. Rys. 3. Wykres |elazo-wgiel [5, s. 324] Powy|szy wykres pozwala okre[li dla ka|dego skBadu stali i |eliwa temperatur jego topnienia oraz struktur stopu w dowolnej temperaturze. Stale Stale s to stopy |elaza z wglem i innymi pierwiastkami zawierajce do 2% wgla, otrzymywane w procesach metalurgicznych, zwanych stalowniczymi. MateriaBem wyj[ciowym do wytwarzania stali jest surwka wytopiona w wielkim piecu oraz zBom stalowy. Proces otrzymywania stali polega na wypaleniu z surwki nadmiaru wgla i innych domieszek. Aby otrzyma odpowiednie gatunki stali wprowadza si specjalne dodatki stopowe, jak np. nikiel, chrom, wanad. Otrzymany po wypaleniu produkt przerobiony plastycznie nazywamy stal. Stale Batwo poddaj si kuciu, tBoczeniu, obrbce mechanicznej, cieplnej i chemicznej. Maj du| wytrzymaBo[, s plastyczne i cigliwe. Ze wzgldu na du| liczb gatunkw stale mo|na sklasyfikowa wedBug sposobu wytwarzania, metody przerbki, skBadu chemicznego i zastosowania. Ogln klasyfikacj stali przedstawia tabela 2.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 13 Tabela 2. Oglna klasyfikacja stali [1, s. 93] Kryterium podziaBu Grupy stali SkBad chemiczny wglowe, stopowe Podstawowe zastosowanie konstrukcyjne, narzdziowe, o szczeglnych wBasno[ciach StopieD czysto[ci zwykBej jako[ci, wy|szej jako[ci, najwy|szej jako[ci Sposb wytwarzania martenowska, elektryczna, konwertorowa Sposb odtleniania uspokojona, pBuspokojona Rodzaj wyrobw blachy, druty, rury, prty Posta lana, kuta, walcowana na gorco, na zimno, cigniona Stan kwalifikacyjny surowy, zmikczony, normalizowany Stale konstrukcyjne stosuje si do wyrobu elementw maszyn, w budownictwie itp. Zalicza si do nich stale wglowe o zawarto[ci wgla do 0,70% i r|ne stale stopowe. Stopowe stale konstrukcyjne dzieli si wedBug przeznaczenia na stale resorowe, spr|ynowe, na Bo|yska toczne itp. Stale narzdziowe s wykorzystywane do produkcji narzdzi tncych, tBocznych, pomiarowych itp. Zalicza si do nich stale wglowe o zawarto[ci wgla powy|ej 0,65% i niektre stale stopowe. Stale narzdziowe dzieli si ponadto w zale|no[ci od warunkw pracy narzdzia na przeznaczone do pracy na zimno (do 2000C) i przeznaczone do pracy na gorco. Wyr|nia si rwnie| stale tzw. szybkotnce. Stale specjalne s to stale stopowe majce szczeglne wBasno[ci, jak np. stale odporne na korozj (nierdzewne), |aroodporne, kwasoodporne, o specjalnych wBasno[ciach magnetycznych. Rys. 4. Zastosowanie stali wglowych [5, s. 333]  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 14 Dominujcy wpByw na struktur i wBasno[ci stali wglowych wywiera wgiel. W miar podwy|szania st|enia tego pierwiastka w stali zmniejszeniu ulega udziaB mikkiego i plastycznego ferrytu w strukturze stali, a zwikszeniu udziaB twardego i kruchego cementytu. Z tego wzgldu stale o wikszej zawarto[ci wgla wykazuj wiksz twardo[, wytrzymaBo[ na rozciganie i granic plastyczno[ci. Zwikszenie st|enia wgla powoduje przy tym jednoczesne zmniejszenie wBasno[ci plastycznych i cigliwo[ci stali, a w szczeglno[ci wydBu|enia, przew|enia i udarno[ci. Rys. 5. WpByw wgla na wBasno[ci mechaniczne stali wglowych [1, s. 94] Zawarto[ wgla decyduje rwnie| o wBasno[ciach technologicznych stali. Przy wikszych st|eniach wgla stal cechuje si wikszym wspBczynnikiem liniowej rozszerzalno[ci cieplnej i mniejsz przewodno[ci ciepln, co zwiksza napr|enia cieplne i skBonno[ do pkni. Zwikszona zawarto[ wgla pogarsza podatno[ stali na obrbk plastyczn na zimno i na gorco. Wgiel o st|eniu powy|ej 0,25% zdecydowanie pogarsza rwnie| spawalno[ stali. Stale niskowglowe z kolei o st|eniu wgla mniejszym od 0,25% ze wzgldu na du| cigliwo[ wykazuj gorsz skrawalno[. Staliwo Staliwem nazywamy stal odlan w formie odlewniczej, nie poddanej obrbce plastycznej. WBasno[ci staliw, podobnie jak stali wglowych, zale| gBwnie od st|enia wgla. Staliwa nisko- i [redniowglowe cechuj si dobr spawalno[ci. Staliwo dzieli si na konstrukcyjne i stopowe  odporne na korozj, |aroodporne, narzdziowe itp. Staliwo stopowe znajduje szerokie zastosowanie w postaci odleww cz[ci o du|ych przekrojach i w specjalnych warunkach pracy. WBasno[ci mechaniczne staliwa s nieco gorsze ni| stali przerobionej plastycznie o tym samym skBadzie. Z kolei staliwa s bardziej plastyczne od |eliw. Podobnie jak stale mo|na poddawa staliwo obrbce cieplnej, co pozwala na podniesienie ich wBasno[ci mechanicznych. Oprcz tego odlewy kokilowe poddaje si wy|arzaniu odpr|ajcemu. Czynnikiem obni|ajcym wBasno[ci odleww jest obecno[ porw, a nawet jam skurczowych, jak rwnie| wzrost grubo[ci [cianek prowadzi do obni|enia wBasno[ci wytrzymaBo[ciowych.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 15 {eliwa {eliwa s to stopy |elaza z wglem, w ktrych zawarto[ wgla wynosi 2-3,8%. Oprcz wgla w |eliwie znajduj si domieszki krzemu, manganu, siarki i fosforu. W |eliwach stopowych zawarte s specjalne dodatki zmieniajce wBasno[ci |eliwa, takie jak chrom, nikiel, molibden i inne. W budowie maszyn s stosowane gBwnie |eliwa szare i wysokojako[ciowe stopowe, sferoidalne, modyfikowane i cigliwe. W |eliwach szarych wgiel wystpuje w postaci grafitu. Grafit w |eliwie mo|na porwna z porami i pkniciami. Im ich wicej, tym ni|sze s mechaniczne wBasno[ci |eliwa. Na struktur |eliwa wywieraj rwnie| wpByw domieszki: mangan, fosfor, siarka, a szczeglnie krzem. {eliwa szare charakteryzuj si dobrymi wBasno[ciami odlewniczymi, dobr obrabialno[ci, du| odporno[ci na zu|ycie i zadowalajcymi wBasno[ciami mechanicznymi. Stosuje si je na takie elementy jak kadBuby cylindrw silnikw, obudowy, tBoki, Bo|yska itp. Cech ujemn |eliwa szarego jest trudna spawalno[. {eliwa zmodyfikowane otrzymuje si przez dodanie do |eliwa szarego o stosunkowo niskiej zawarto[ci wgla (2,7-3,1%), przed odlaniem go do form, specjalnych dodatkw zwanych modyfikatorami (|elazokrzem, wapniokrzem). Modyfikowanie |eliwa znacznie podnosi jego wBasno[ci mechaniczne, np. zwiksza si odporno[ na [cieranie, cechuje si lepsz lejno[ci. Stosuje si je m.in. na waBy korbowe silnikw, koBa zbate, gsienice cignikowe. {eliwa sferoidalne s odmian |eliwa modyfikowanego (po dodaniu np. manganu), co zwiksza wBasno[ci wytrzymaBo[ciowe i plastyczne |eliwa. Zastpuj staliwo, a nawet odkuwki stalowe, Stosuje si je m.in. na koBa zbate, wrzeciona, tBoki silnikw wysokopr|nych i pier[cienie tBokowe. {eliwo cigliwe otrzymuje si przez dBugotrwaBe wy|arzanie odleww z |eliwa biaBego, wskutek czego odlewy uzyskuj wBasno[ci plastyczne i staj si obrabialne. Zastpuje staliwo. Stosuje si na piasty kB, wsporniki, tulejki itp. {eliwa stopowe uzyskuje si dodajc |elazostopy do kadzi przed odlewaniem do form. Dodanie pierwiastkw stopowych powoduje nadanie |eliwom specjalnych wBasno[ci, np. odporno[ci na korozj, |aroodporno[ci, |arowytrzymaBo[ci lub podwy|szenie ich wBasno[ci mechanicznych. {eliwa tego typu stosowane s w przemy[le chemicznym i petrochemicznym, jako |eliwa konstrukcyjne oraz w przemy[le elektrotechnicznym np. jako materiaBy niemagnetyczne lub jako oporniki elektryczne. 4.2.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Jakie znasz skBadniki strukturalne stopw |elaza z wglem? 2. Jak narysowa wykres |elazo-wgiel? 3. Jakie znasz rodzaje stopw |elaza z wglem? 4. Jakie wBa[ciwo[ci posiadaj poszczeglne stopy |elaza z wglem? 5. Czy znasz ogln klasyfikacj stali? 6. W jaki sposb st|enie wgla wpBywa na wytrzymaBo[ na rozciganie, granic plastyczno[ci, twardo[, wydBu|enie i przew|enie? 7. Jakie potrafisz wskaza zastosowania stali wglowych? 8. Czy potrafisz okre[li zastosowania |eliwa?  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 16 4.2.3. wiczenia wiczenie 1 Scharakteryzuj stopy |elaza z wglem. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat stopw |elaza z wglem, 2) okre[li rodzaje stopw |elaza z wglem, 3) wykona wykres |elazo-wgiel, 4) scharakteryzowa stopy |elaza z wglem, 5) przedstawi powy|sze w formie opisowej, 6) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  arkusz papieru w kratk formatu A4,  oBwek/dBugopis,  przymiar liniowy,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 2 Rozpoznaj przykBadowe prbki metali i ich stopw. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z cechami charakterystycznymi poszczeglnych metali i ich stopw, 2) przygotowa prbki metali i stopw metali, 3) okre[li rodzaj metalu lub stopu przy pomocy ogldzin wzrokowych oraz narzdzi, 4) zanotowa wyniki ogldzin, 5) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  prbki metali i stopw metali,  stB warsztatowy,  lupa,  mBotek,  piBa do metalu,  pilnik do metalu,  wiertarka,  wiertBa do metalu,  notatnik,  oBwek/dBugopis,  literatura z rozdziaBu 6.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 17 wiczenie 3 Zgromadz i przedstaw przedmioty, narzdzia ze stali wglowych. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) odszuka w literaturze informacje na ten temat, 2) zgromadzi przykBadowe przedmioty, narzdzia ze stali wglowych, 3) przedstawi i okre[li poszczeglne przedmioty, 4) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  stolik,  przykBadowe przedmioty ze stali wglowych,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 4 Przedstaw graficznie i scharakteryzuj wpByw wgla na wBasno[ci mechaniczne stali wglowych. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na ten temat, 2) przedstawi graficznie krzywe wytrzymaBo[ci na rozciganie, granicy plastyczno[ci, twardo[ci, wydBu|enia i przew|enia w zale|no[ci od masowego st|enia wgla, 3) scharakteryzowa wpByw wgla na wBasno[ci mechaniczne stali wglowych, 4) przedstawi powy|sze w formie opisowej, 5) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  arkusz papieru w kratk formatu A4,  oBwek/dBugopis,  przymiar liniowy,  krzywik,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 5 Scharakteryzuj wBa[ciwo[ci |elaza i jego stopw. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat wBa[ciwo[ci |elaza i jego stopw, 2) scharakteryzowa wBa[ciwo[ci |elaza i jego stopw, 3) przedstawi powy|sze w formie opisowej, 4) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 18 Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  arkusz papieru formatu A4,  oBwek/dBugopis,  literatura z rozdziaBu 6. 4.2.4. Sprawdzian postpw Tak Nie Czy potrafisz: 1) okre[li skBadniki strukturalne stopw |elaza z wglem? 2) narysowa wykres |elazo-wgiel? 3) okre[li rodzaje stopw |elaza z wglem? 4) scharakteryzowa wBa[ciwo[ci poszczeglnych stopw |elaza z wglem? 5) przedstawi ogln klasyfikacj stali? 6) scharakteryzowa wpByw st|enia wgla na wytrzymaBo[ na rozciganie, granic plastyczno[ci, twardo[, wydBu|enie i przew|enie? 7) wskaza zastosowania stali wglowych? 8) okre[li zastosowania |eliwa?  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 19 4.3. Metale nie|elazne i ich stopy 4.3.1. MateriaB nauczania Metale nie|elazne Do metali nie|elaznych zalicza si wszystkie metale oprcz |elaza i jego stopw. Stanowi one gBwne skBadniki stopw przeznaczonych do pracy w wysokich temperaturach, przeciwciernych i r|norodnych stopw w elektrotechnice. Zakres stosowania metali nie|elaznych okre[laj ich wBasno[ci. Tabela 3. Podstawowe wBasno[ci niektrych metali nie|elaznych [5, s. 342] WBasno[ci fizyczne i mechaniczne Symbol Ci|ar Temperatura Przewodno[ WytrzymaBo[ WydBu|enie Metal Twardo[ chemiczny wBa[ciwy topnienia elektryczna na rozciganie jednostkowe [kG/mm2] [kG/cm3] [0C] [om.mm2/m] [kG/mm2] [%] Magnez Mg 1,74 651,0 0,045 25 15 40 Glin (aluminium) Al 2,70 660,0 0,026 28 9 40 Tytan Ti 4,50 1660,0 0,475 105 34 40 Antymon Sb 6,60 630,5 Cynk Zn 7,14 419,5 0,057 36 8 12 Chrom Cr 7,19 1550,0 Mangan Mn 7,20 1260,0 Cyna Sn 7,28 232,0 0,115 5 2 40 Kadm Cd 8,65 321,0 Kobalt Co 8,83 1495,0 Nikiel Ni 8,90 1452,0 0,072 60 45 40 Miedz Cu 8,93 1038,0 0,017 35 22 60 Srebro Ag 10,50 960,8 0,016 OBw Pb 11,34 327,4 0,188 5 2 50 Wolfram W 19,30 3370,0 Krtka charakterystyka podstawowych metali nie|elaznych podana jest poni|ej. Magnez jest metalem najl|ejszym z metali konstrukcyjnych, srebrzystobiaBym, z silnym poByskiem. W powietrzu pokrywa si warstewk tlenku magnezu, matowieje. Ogrzany do temperatury 7000C w atmosferze powietrza ulega samozapBonowi. Jest kowalny i cigliwy. W stanie czystym ma ograniczone zastosowanie, gBwnie w pirotechnice. Jest stosowany gBwnie do produkcji stopw oraz jako odtleniacz, reduktor i modyfikator stopw. Aluminium jest jednym z l|ejszych metali. Jest srebrzystobiaBe, kowalne, bardzo cigliwe, jest dobrym przewodnikiem ciepBa i elektryczno[ci, charakteryzuje si dobr lejno[ci, ma jednak do[ du|y skurcz. Stosowane jest przy wytwarzaniu aparatury chemicznej i folii kondensatorowych, stosuje si rwnie| na powBoki kablowe, na przewody elektryczne, w przemy[le spo|ywczym oraz do aluminiowania dyfuzyjnego stali. Tytan, podobnie jak aluminium i magnez, mo|na zaliczy do metali lekkich. Charakteryzuje si do[ du| wytrzymaBo[ci i plastyczno[ci, maBym ci|arem wBa[ciwym, odporno[ci na korozj atmosferyczn, w wodzie morskiej i kwasach organicznych. Jest stosowany w postaci blach, rur, drutu i prtw, przede wszystkim w przemy[le lotniczym i rakietowym. Cynk jest metalem [rednio twardym, w normalnej temperaturze jest kruchy, w temperaturze 100-1500C staje si kowalny i cigliwy, daje si walcowa na cienkie blachy i drut. Jest metalem o dobrej przewodno[ci cieplnej i elektrycznej, odporny na dziaBanie czynnikw atmosferycznych. Stosowany jest do pokrywania |elaza (gBwnie blach) w celu  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 20 ochrony przed korozj, pokrywania powierzchni elementw, wyrobu takich stopw jak mosidze, brzy, lutowia. Chrom jest twardy, trudno topliwy, odporny na korozj. Szeroko stosowany jest do pokrywania galwanicznego (chromowania) przedmiotw stalowych i mosi|nych w celach dekoracyjnych i antykorozyjnych. Zwizki chromu stosowane s do produkcji garbnikw, farb, elektrolitw do ogniw galwanicznych, materiaBw ogniotrwaBych i innych. Miedz jest metalem o barwie czerwonawo-brzowej, niezbyt twardym, cigliwym i kowalnym. Poza srebrem jest najlepszym przewodnikiem ciepBa i elektryczno[ci. Wyrabia si z niej r|nego rodzaju wymienniki ciepBa, stosowana jest na przewody napowietrzne i trakcyjne, wyroby bimetaliczne, np. rury, druty, a tak|e na pokrycia dachowe itp. OBw stanowi bardzo mikki, ci|ki, plastyczny, Batwo topliwy metal matowoszary, kowalny, o niewielkiej wytrzymaBo[ci. Jest odporny na dziaBanie kwasw siarkowego i solnego. Stosowany jest szeroko w przemy[le chemicznym, sBu|y do wyrobu pByt akumulatorowych. Nadtlenek oBowiu (minia) jest szeroko stosowany jako rdzoochronna powBoka konstrukcji i wyrobw stalowych. Tlenek oBowiu (glejta) u|ywany jest do wulkanizacji kauczuku, do wyrobu szkBa krysztaBowego, kitw, farb itp. Czteroetylek oBowiu u|ywany jest jako skuteczny [rodek przeciwstukowy do benzyny. Stopy metali nie|elaznych Zastosowanie czystych metali nie|elaznych ze wzgldu na ich wBa[ciwo[ci jest ograniczone. Do najwa|niejszych stopw metali nie|elaznych zalicza si stopy: aluminium, magnezu, tytanu, miedzi, niklu, cynku, cyny i oBowiu. Stopy aluminium po odpowiedniej obrbce cieplnej maj wytrzymaBo[ nawet kilkakrotnie wiksz ni| czyste aluminium. Stopy te charakteryzuj si korzystnym parametrem konstrukcyjnym, tzn. stosunkiem wytrzymaBo[ci do ci|aru wBa[ciwego, ktry jest wikszy ni| dla stali. Oprcz tego ich udarno[ w miar obni|ania temperatury nie maleje, dziki czemu w niskich temperaturach maj wiksz udarno[ ni| stal. Stopy aluminium dzieli si na odlewnicze oraz do obrbki plastycznej. Do odlewniczych zalicza si stopy wieloskBadnikowe o wikszej zawarto[ci pierwiastkw stopowych (5-25%), np. z krzemem, z krzemem i magnezem, z krzemem, miedzi, magnezem i manganem, z krzemem, miedzi niklem, magnezem i manganem. Stopy do obrbki plastycznej zawieraj mniejsze ilo[ci dodatkw stopowych, gBwnie miedz (do ok. 5%), magnez (do ok. 6%) i mangan (do 1,5%), rzadziej krzem, cynk, nikiel, chrom tytan. Tabela 4. Wybrane stopy odlewnicze aluminium [4, s. 384]  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 21 Tabela 5. Wybrane stopy aluminium do obrbki plastycznej [4, s. 386] Stopy magnezu cechuj si dobr wytrzymaBo[ci (do 350 MPa) i bardzo maB gsto[ci (ok. 1,8 g/cm3). Jako dodatki stopowe stosuje si aluminium, cynk, mangan, krzem, cer, cyrkon i metale ziem rzadkich. Aluminium w stopach magnezu do zawarto[ci 6% zwiksza wytrzymaBo[ i wydBu|enie stopw w stanie lanym. Rwnie| cynk polepsza lejno[ stopw magnezu, a przy jego zawarto[ci 5% stop ma maksymaln wytrzymaBo[ i wydBu|enie. Z kolei mangan zwiksza wytrzymaBo[ stopw magnezu oraz poprawia odporno[ na korozj, a poza tym umo|liwia ich spawanie. Cyrkon i cer dodawane do stopw do obrbki plastycznej rozdrabniaj ziarno i podnosz wBasno[ci mechaniczne stopw w podwy|szonych temperaturach. Podobnie jak w przypadku stopw aluminium stopy magnezu dzieli si rwnie| na stopy odlewnicze oraz do obrbki plastycznej.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 22 Tabela 6. Stopy odlewnicze magnezu [4, s. 395] Tabela 7. Stopy magnezu do obrbki plastycznej [4, s. 396]  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 23 Stopy miedzi ze wzgldu na ich wy|sze ni| czystej miedzi wBasno[ci wytrzymaBo[ciowe stosuje si przede wszystkim jako tworzywo konstrukcyjne. Pierwiastki stopowe to gBwnie: cynk, cyna, aluminium, beryl, krzem, nikiel, mangan, oBw. Stopy miedzi z cynkiem nazywa si mosidzami, natomiast z cyn lub innymi metalami  brzami. Stopy miedzi z niklem nazywa si miedzioniklami. Tabela 8. Mosidze do obrbki plastycznej [4, s. 405] W brzach cynowych cyna w zasadniczy sposb wpBywa na wBasno[ci brzu, jej zawarto[ w brzach nie przekracza na ogB 20%. Dodatek do ok.8% cyny powoduje wzrost wytrzymaBo[ci i plastyczno[ci. Przy wy|szych zawarto[ciach wydBu|enie gwaBtownie maleje. Spadek wytrzymaBo[ci nastpuje dopiero przy zawarto[ci powy|ej 25%. Brzy dzieli si w zale|no[ci od ich przeznaczenia na odlewnicze i do obrbki plastycznej. Stopy odlewnicze s stosowane cz[ciej i maj wiksze zastosowanie. Cechuj si wyjtkowo maBym skurczem (<1%), nie wystpuje w nich jama usadowa powodujca, |e odlewy z brzu s maBo zwarte. Zawarto[ cyny w brzach odlewniczych wynosi zwykle ok. 10%, przy czym mog rwnie| zawiera dodatek fosforu (do 1,2%) oraz cynku i oBowiu. Fosfor odtlenia stop, powoduje jego utwardzenie, ale obni|a plastyczno[, co sprawia, |e brzy cynowo-fosforowe s stosowane na odlewy, od ktrych wymaga si odporno[ci na [cieranie (np. panewki, koBa [limakowe, spr|yny). OBw w ilo[ci 3-6% polepsza skrawalno[ brzu. Do obrbki plastycznej stosuje si brzy o ni|szej zawarto[ci cyny (4-6%). Przed obrbka plastyczn brzy takie nale|y podda wy|arzaniu ujednorodniajcemu w temperaturze 720-7500C przez kilka godzin, w wyniku czego uzyskuj jednorodn struktur podatn do obrbki plastycznej. Brzy o ni|szej zawarto[ci cyny mo|na obrabia na zimno, o wy|szej zawarto[ci na gorco. Wybrane stopy brzu zestawiono w tabeli 9.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 24 Tabela 9. Brzy odlewnicze [4, s. 412] Stopy niklu wystpuj przede wszystkim z miedzi, z miedzi i cynkiem oraz z chromem. Stopy z miedzi (tzw. monele) s gBwnie stosowane jako stopy odporne na korozj. Mo|na je poddawa obrbce plastycznej na zimno i na gorco. Monele maj wysokie wBasno[ci wytrzymaBo[ciowe (Rm do 700 MPa) i antykorozyjne, ktre zachowuj a| do temperatury 5000C. S stosowane na Bopatki turbin parowych oraz elementy aparatury chemicznej, a tak|e jako druty oporowe i do wytwarzania wyrobw galanteryjnych. Stopy niklu z miedzi i cynkiem znalazBy zastosowanie do wyrobu galanterii, przedmiotw ozdobnych i sztucw. Stopy niklu z chromem s |arowytrzymaBe. S stosowane gBwnie na elementy grzewcze piecw. Stopy cynku najwiksze zastosowanie znalazBy jako stopy z aluminium o zawarto[ci 3,5- 30% Al, tzw. znale. Oprcz aluminium zawieraj one zwykle do 5% miedzi i 0,05% magnezu. Stopy cynku przeznaczone s zarwno do obrbki plastycznej jak i do odlewania. Najwiksze znaczenie maj stopy dwuskBadnikowe o zawarto[ci 4% Al i trjskBadnikowe (4% Al. + 1-3% Cu). Mo|na je stosowa zarwno w postaci odleww jak i obrabia plastycznie. Stopy cynku o wikszej zawarto[ci aluminium s stosowane na odlewy. Obrbk plastyczn znali przeprowadza si w podwy|szonych temperaturach (200-3000C). Obrbk znali z miedzi poni|ej 2400C lub powy|ej 3000C. Stopy cynku stosuje si szeroko w postaci odleww ci[nieniowych, np. korpusy i obudowy r|nych urzdzeD i aparatw, pokrywy, cz[ci maszyn do pisania i licznikw, gazniki, klamki itp. W stanie obrobionym maj wysok wytrzymaBo[ na rozciganie i dobr plastyczno[.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 25 Tabela 10. Wybrane stopy cynku odlewnicze i do obrbki plastycznej [4, s. 423] Stopy cyny i oBowiu znalazBy liczne zastosowania w technice, np. jako stopy Bo|yskowe, lutowia, stopy niskotopliwe, drukarskie. WBasno[ci wytrzymaBo[ciowe cyny i oBowiu s niskie (Rm poni|ej 20 MPa, ok. 4 HB), za to s bardzo plastyczne. Du| rol odgrywaj stopy Bo|yskowe u|ywane do wylewania panewek Bo|ysk [lizgowych w samochodach, wagonach i innych maszynach. Charakteryzuj si du| odporno[ci na [cieranie i odgrywaj jednocze[nie rol no[n. Stopy Bo|yskowe maj dobre wBa[ciwo[ci odlewnicze i niezbyt wysok temperatur topnienia. Najlepsze wBasno[ci maja stopy na osnowie cyny z dodatkiem miedzi i antymonu. Mog one przenosi wysokie naciski powierzchniowe (powy|ej 10 MPa) przy prdko[ci obwodowej ponad 5 m/s. Lutowia dzieli si na mikkie i twarde. Lutowanie ma na celu Bczenie metali bez ich nadtapiania i ten warunek speBniaj lutowia. Stopy niskotopliwe s to stopy wieloskBadnikowe osigajce temperatury topnienia ni|sze od 1000C. Znajduj one zastosowanie na bezpieczniki, czujniki przeciwpo|arowe, odlewy precyzyjne oraz do inkludowania zgBadw metalograficznych. Stopy drukarskie wykorzystuje si w przemy[le poligraficznym. S to stopy oBowiu z dodatkiem antymonu i cyny, niekiedy rwnie| stopy cynku z dodatkiem Al., Cu i Mg. Spieki metaliczne Jedn z metod wytwarzania stopw jest spiekanie proszkw metali. Obecnie wytwarza si t metod r|ne cz[ci maszyn i mechanizmw, w tym rwnie| materiaBy Bo|yskowe i elementy cierne, a tak|e styki elektryczne, metale trudnotopliwe, pBytki skrawajce (ostrza zbw piB do tworzyw drzewnych, frezw, wierteB i innych narzdzi skrawajcych do drewna) i kompozyty metalowo-ceramiczne.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 26 Proces wytwarzania spiekw skBada si z dwch podstawowych operacji technologicznych: formowania ksztaBtek z proszkw metali przez prasowanie w matrycach, i spiekania, polegajcego na wygrzewaniu ksztaBtek w atmosferze ochronnej poni|ej temperatury topnienia przewa|ajcego skBadnika. Metalurgia proszkw posiada nastpujce zalety:  mo|liwo[ formowania gotowych elementw bez potrzeby kosztownej obrbki mechanicznej (np. koBa zbate, krzywki, sitka do maszynek do misa),  niewielki koszt produkcji przy jej masowym charakterze,  mo|liwo[ wytwarzania tworzyw o skBadzie i strukturze nieosigalnych innymi metodami (np. wolfram-srebro na styki, brz-grafit na Bo|yska, wglik wolframu-kobalt na pBytki skrawajce, materiaBy metalowo-ceramiczne),  mo|liwo[ automatyzacji procesu wytwarzania,  maBe zu|ycie materiaBw i energii. Wyroby wytwarzane metod metalurgii proszkw mo|na podzieli na trzy grupy:  spieki na bazie |elaza (spiekane stale),  spieki na bazie metali nie|elaznych (Bo|yska, styki),  spieki metalowo-ceramiczne (kompozyty, materiaBy cierne). W spiekach na bazie |elaza znaczny udziaB stanowi spiekane stale wglowe lub stopowe. Stale wglowe otrzymuje si drog spiekania mieszanek proszku |elaza i grafitu. Stale stopowe wytwarza si jako spieki Fe-Cu lub Fe-Cu-C, o zawarto[ci miedzi do kilku procent. Spieki te mog by poddawane utwardzaniu wydzieleniowemu. Spieki Fe-Ni cechuje wy|sza wytrzymaBo[, a ponadto w odr|nieniu od spiekw Fe-Cu do[ dobra cigliwo[. Spiekane stale nadaj si do obrbki cieplno-chemicznej, najkorzystniejsze jest wgloazotowanie. Spieki na bazie metali nie|elaznych to najcz[ciej spieki na bazie miedzi  brzy, mosidze cynkowe i niklowe. Ze spiekanej miedzi wykonuje si cz[ci maszyn elektrycznych (komutatory, pier[cienie, styki). Wiksz wytrzymaBo[ wykazuj spieki z brzu lub mosidzu, wykonywane z proszkw stopowych. Ze spiekw tych wyrabia si cz[ci u|ytkowe do maszyn i mechanizmw. Samosmarujce tuleje Bo|ysk [lizgowych produkuje si zarwno ze spiekw na osnowie |elaza jak i brzu. Do oddzielnej grupy materiaBw Bo|yskowych nale| warstwy [lizgowe napiekane na ta[m stalow. Ta[my z napieczon warstw [lizgow tnie si na cz[ci i wygina, wytwarzajc pBpanewki Bo|ysk [lizgowych, stosowane w silnikach spalinowych. Spieki metalowo-ceramiczne zalicza si do materiaBw kompozytowych. Celem ich wytwarzania jest uzyskanie optymalnych wBasno[ci w grupie materiaBw ciernych lub |arowytrzymaBych. Cech szczegln spiekanych materiaBw ciernych jest du|y udziaB porw zwikszajcych dynamiczny wspBczynnik tarcia. GBwne zastosowanie materiaBw ciernych to hamulce i sprzgBa. W materiaBach kompozytowych |arowytrzymaBych czstki ceramiczne zawarte w osnowie metalowej powoduj powstrzymywanie procesw osBabiajcych zachodzcych w wysokiej temperaturze. Drog spiekania wytwarza si rwnie| materiaB przeznaczony na wBkna lamp. Dodatek tlenku toru do wolframu wydBu|a znacznie czas eksploatacji |arwek, ograniczajc odksztaBcenia wBkien pod wBasnym ci|arem. Obecnie wytwarza si spieki nazywane cermetalami, skBadajce si z tlenku metalu i osnowy metalowej. Cermetale znalazBy zastosowanie na kokile, osBony termopar, w przemy[le rakietowym i energetyce jdrowej. Do materiaBw |aroodpornych zalicza si rwnie| SAP (ang. Sintered Aluminium Powder  spiekany proszek aluminium). Jest on prasowany na gorco, a nastpnie wciskany na gorco. Mo|e pracowa w temperaturze do 4500C nie tracc wBasno[ci wytrzymaBo[ciowych. Jest stosowany na tBoki silnikw spalinowych i osBony prtw paliwowych reaktorw.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 27 4.3.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Jakie znasz gBwne metale nie|elazne? 2. Jak mo|na scharakteryzowa podstawowe wBasno[ci metali nie|elaznych? 3. Jakie potrafisz wskaza zastosowania metali nie|elaznych? 4. Jakie znasz stopy metali nie|elaznych? 5. Jakie wBa[ciwo[ci posiadaj poszczeglne stopy metali nie|elaznych? 6. Jakie zastosowanie maj poszczeglne stopy metali nie|elaznych? 7. Jak mo|emy przedstawi w formie tabelarycznej skBad chemiczny wybranych stopw? 8. Jak mo|na scharakteryzowa metalurgi proszkw? 9. Jakie potrafisz wskaza zastosowania wyrobw wytwarzanych metod metalurgii proszkw? 4.3.3. wiczenia wiczenie 1 Scharakteryzuj stopy metali nie|elaznych. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat stopw metali nie|elaznych, 2) okre[li rodzaje stopw metali nie|elaznych, 3) scharakteryzowa poszczeglne stopy metali nie|elaznych, 4) przedstawi powy|sze w formie opisowej, 5) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  arkusz papieru formatu A4,  oBwek/dBugopis,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 2 Rozpoznaj przykBadowe prbki metali nie|elaznych i ich stopw. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z cechami charakterystycznymi poszczeglnych metali nie|elaznych i ich stopw, 2) przygotowa prbki metali nie|elaznych i stopw metali nie|elaznych, 3) okre[li rodzaj metalu lub stopu przy pomocy ogldzin wzrokowych oraz narzdzi, 4) zanotowa wyniki ogldzin, 5) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 28 Wyposa|enie stanowiska pracy:  prbki metali nie|elaznych i stopw metali nie|elaznych,  stB warsztatowy,  lupa,  mBotek,  piBa do metalu,  pilnik do metalu,  wiertarka,  wiertBa do metalu,  notatnik,  oBwek/dBugopis,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 3 Zgromadz i przedstaw przedmioty, narzdzia, elementy maszyn i urzdzeD wykonane z metali nie|elaznych lub ich stopw. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) odszuka w literaturze informacje na ten temat, 2) zgromadzi przykBadowe przedmioty, narzdzia elementy maszyn i urzdzeD wykonane z metali nie|elaznych lub ich stopw, 3) przedstawi i okre[li poszczeglne przedmioty, 4) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  stolik,  przykBadowe przedmioty wykonane z metali nie|elaznych lub ich stopw,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 4 Okre[l wBasno[ci i zastosowanie wybranych stopw metali nie|elaznych. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat wBasno[ci i zastosowania stopw metali nie|elaznych, 2) okre[li wBasno[ci wybranych stopw metali nie|elaznych, 3) okre[li zastosowanie wybranych stopw metali nie|elaznych, 4) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  arkusz papieru formatu A4,  oBwek/dBugopis,  literatura z rozdziaBu 6.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 29 wiczenie 5 Scharakteryzuj metod wytwarzania stopw poprzez spiekanie. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat metalurgii proszkw, 2) scharakteryzowa metod wytwarzania stopw poprzez spiekanie, 3) przedstawi powy|sze w formie opisowej, 4) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  arkusz papieru formatu A4,  oBwek/dBugopis,  literatura z rozdziaBu 6. 4.3.4. Sprawdzian postpw Tak Nie Czy potrafisz: 1) okre[li gBwne metale nie|elazne? 2) scharakteryzowa podstawowe wBasno[ci metali nie|elaznych? 3) wskaza zastosowania metali nie|elaznych? 4) okre[li stopy metali nie|elaznych? 5) scharakteryzowa wBa[ciwo[ci poszczeglnych stopw metali nie|elaznych? 6) okre[li zastosowanie poszczeglnych stopw metali nie|elaznych? 7) zestawi w formie tabelarycznej skBad chemiczny wybranych stopw metali nie|elaznych? 8) scharakteryzowa metalurgi proszkw? 9) wskaza zastosowanie wyrobw wytwarzanych metod metalurgii proszkw?  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 30 4.4. Podstawy obliczeD wytrzymaBo[ciowych materiaBw 4.4.1. MateriaB nauczania WytrzymaBo[ materiaBw jest nauk zajmujc si zachowaniem ciaB staBych pod wpBywem dziaBajcych na nie siB i momentw siB. Okre[la si zale|no[ci midzy siBami zewntrznymi (obci|eniami) a siBami wewntrznymi (midzyczsteczkowymi) ciaBa staBego. Metalowe materiaBy konstrukcyjne maj budow krystaliczn charakteryzujc si niejednorodno[ci ziaren. Przy obliczaniu wytrzymaBo[ci elementw konstrukcyjnych przyjmuje si, |e rozpatrywane materiaBy s o[rodkiem cigBym (jednolitym) i jednorodnym, czyli maj jednakowe wBa[ciwo[ci wytrzymaBo[ciowe we wszystkich kierunkach. W nauce wytrzymaBo[ci materiaBw metalowe elementy konstrukcyjne nie s ciaBami doskonale sztywnymi, lecz posiadaj nastpujce wBa[ciwo[ci:  odksztaBcalno[, tj, zdolno[ do zmiany postaci geometrycznej pod wpBywem siBy zewntrznej (obci|enia) lub zmiany temperatury,  spr|ysto[ (elastyczno[), tj. zdolno[ powrotu do postaci pierwotnej po usuniciu obci|enia, ktre spowodowaBo odksztaBcenie,  plastyczno[, tj. zdolno[ do odksztaBceD trwaBych, tzn. takich, ktre nie znikaj po usuniciu obci|eD je wywoBujcych,  wytrzymaBo[, tj. najwiksz warto[ obci|enia, po przekroczeniu ktrej nastpuje utrata spjno[ci czsteczek materiaBu powodujca zniszczenie (rozerwanie, zgniecenie, zBamanie, ukrcenie) cz[ci konstrukcyjnej. Na element konstrukcyjny mog dziaBa siBy zewntrzne skupione, obci|enia rwnomiernie rozBo|one oraz pary siB. Rozpatrywany element mo|e by w pewnych miejscach zawieszony, podparty lub ustalony. W spr|ystym ciele staBym na skutek dziaBania siBy zewntrznej midzy ssiednimi czsteczkami ciaBa wystpuj siBy wewntrzne, ktre nazywamy napr|eniami. S one najcz[ciej skierowane uko[nie do powierzchni pomy[lanego przekroju. SkBadow napr|enia prostopadB do przekroju nazywa si napr|eniem normalnym , natomiast skBadow styczn napr|eniem stycznym . Napr|enia normalne wywoBuj zmiany dBugo[ci (wydBu|enia lub skrcenia), natomiast napr|enia styczne zmiany kta. Rozciganie i [ciskanie Napr|enia tnce wystpuj nie tylko wtedy, gdy zewntrzne siBy dziaBaj przesuwajco lub tnco, ale rwnie| przy prostym rozciganiu i [ciskaniu w przekrojach uko[nych (nie prostopadBych do osi prta). Napr|enia rozcigajce uwa|a si za dodatnie, natomiast [ciskajce za ujemne. Przeprowadzajc uko[ny przekrj 2-2 pod ktem  wzgldem przekroju 1-1 otrzymamy skBadowe siBy P: siB normaln PN = P cos  oraz siB styczn PT = P sin . Rys. 6. Jednoosiowy stan napr|eD [2, s. 149]  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 31 Pole powierzchni uko[nej wynosi F1 = F/ cos . Napr|enia przypadajce na 1 cm2 powierzchni 2-2 wynosz: PN P cos2  napr|enia normalne:  = = =  cos2  F1 F PT P sin  cos   napr|enia styczne:  = = =  sin  cos  = sin 2  F1 F 2 Zale|no[ci wyra|one powy|szymi rwnaniami mo|na przedstawi za pomoc koBa napr|eD Mohra, ktrego [rednica jest rwna . Rys. 7. KoBo napr|eD Mohra [2, s. 150] W uko[nych przekrojach przy prostym rozciganiu lub [ciskaniu wystpuj napr|enia tnce, ktrych warto[ osiga poBow warto[ci napr|enia normalnego. Zauwa|y to mo|na na prbkach poddanych rozciganiu lub [ciskaniu, ktrych materiaB ma maB wytrzymaBo[ na [cinanie. W prbkach tych nastpuje niszczenie nie w pBaszczyznie prostopadBej do osi dziaBania, ale w pBaszczyznie uko[nej, prawie pod ktem 450. Obliczenia warto[ci odksztaBceD spr|ystych elementw dokonuje si na podstawie prawa Hooke a, ktre brzmi: przy odksztaBceniach spr|ystych wydBu|enie (skrcenie) prta rozciganego ([ciskanego) jest wprost proporcjonalne do warto[ci siBy rozcigajcej ([ciskajcej) F i do jego dBugo[ci pocztkowej l0, a odwrotnie proporcjonalne do pola powierzchni przekroju S0 i moduBu spr|ysto[ci Younga E. Prawo to mo|na wyrazi wzorem: F l0 l - l0 = ES0 gdzie: l  koDcowa dBugo[ prbki, l0  pocztkowa dBugo[ prbki, F  siBa dziaBajca na materiaB, E  moduB spr|ysto[ci Younga, ktry ma warto[ staB dla danych materiaBw i dla stali wynosi 21000 kG/mm2, S0  pole przekroju poprzecznego prbki.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 32 Stosunek siBy F do przekroju elementu S0 nazywa si napr|eniem. W czasie rozcigania wydBu|enie elementu zmienia si nierwnomiernie i rwnocze[nie zmniejsza si jego przekrj. SiBa rozcigajca i wydBu|enie przedstawia poni|szy wykres, na ktrym na osi odcitych zarejestrowano wydBu|enie prbki l, a na osi rzdnych siB rozcigajc P. Rys. 8. Wykres rozcigania stali niskowglowej [2, s. 151] Przebieg krzywej rozcigania od punktu O do H jest prostoliniowy, co wskazuje proporcjonalno[ midzy siB a wydBu|eniem. Punkt H (z prawa Hooke a) wyznacza granic proporcjonalno[ci. Przy wzro[cie obci|enia od punktu H do s nastpuje szybszy przyrost wydBu|enia i linia lekko si zagina. Granica, przy ktrej odksztaBcenie trwaBe po odci|eniu bdzie mniejsze od 0,02% i element powrci do pierwotnej dBugo[ci (punkt s), nazywa si granic spr|ysto[ci. W przedziale od punktu s do e zaczyna wystpowa trwaBa zmiana dBugo[ci. Od punktu e do e1 zaczyna si nagBe obni|enie warto[ci siBy, element wydBu|a si trwale (pBynie). Punkt e wyznacza grn granic plastyczno[ci, a punkt e1 doln. Przy dalszym wzro[cie wydBu|enia krzywa ro[nie do punktu m i koDczy si w punkcie z zerwaniem elementu. Przebieg [ciskania elementu ze stali mikkiej przedstawiaj poni|sze rysunki. Rys. 9. Wykres [ciskania dla Rys. 10. Skrcenie podBu|ne i poszerzenie stali mikkiej [2, s. 155] poprzeczne przy [ciskaniu [2, s. 155] Na pocztku [ciskania  do punktu H  napr|enia s proporcjonalne do odksztaBcenia podBu|nego. Rwnocze[nie nastpuje zwikszenie przekroju elementu przy zmniejszeniu objto[ci i tej samej warto[ci odksztaBcenia wzgldnego poprzecznego, podobnie jak przy rozciganiu. Punkt e okre[la granic zgniecenia elementu.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 33 Zcinanie SiBy styczne dziaBajce na element powoduj rwnolegBe przesunicie jego przekrojw. Miar tego przesunicia (lub po[lizgu) jest zmiana kta odksztaBcenia postaciowego wyra|ona w mierze Bukowej: f  = = tg  x gdzie:   kt odksztaBcenia postaciowego (odksztaBcenie ktowe poprzeczne). Rys. 11. OdksztaBcenie rwnolegBo[cianu pod wpBywem napr|eD stycznych [2, s. 161] Przy napr|eniach normalnych wystpuje proporcjonalna zale|no[ midzy napr|eniem  a wspBczynnikiem spr|ysto[ci podBu|nym , lub moduBem spr|ysto[ci podBu|nej E, wyra|ona wydBu|eniem wzgldnym: 1  =   =  E 1 gdzie: E = .  Podobnie wystpuje zale|no[ proporcjonalna przy przesuniciu f midzy wywoBanym napr|eniem stycznym  a wspBczynnikiem spr|ysto[ci poprzecznej  lub moduBem spr|ysto[ci poprzecznej G wyra|ona ktem odksztaBcenia postaciowego: 1  =   =  G 1 gdzie: G = MPa.  Midzy wspBczynnikiem spr|ysto[ci podBu|nej  a wspBczynnikiem spr|ysto[ci poprzecznej  wystpuje nastpujca zale|no[ wynikajca z uzale|nienia podBu|nych wydBu|eD od poprzecznych przesuni za pomoc wspBczynnika Poissona:  = 1/m  m 1 = =  2 (m+1) 2 (1+ )  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 34 1 std  = 2 (1+ )  lub  =  2 (1+ ) Dla liczby Poissona m = 3 4, czyli  = 1/m = 0,33 0,25  = (2,67 do 2,5)   = (0,375 do 0,4)  Z powy|szych wzorw otrzymujemy: E E G = ; E = 2 (1+ ) G oraz  = - 1 2 (1+ ) 2 G Napr|enia [cinajce (tnce) wystpuj przy poBczeniach nitowanych, sworzniowych, spawanych i [rubowych. Cechy wytrzymaBo[ciowe elementw konstrukcyjnych WBasno[ci wytrzymaBo[ciowe materiaBw, z ktrych wykonane s elementy konstrukcyjne, nie zale| od samego materiaBu, ale rwnie| od jego jednorodno[ci, ksztaBtu i wielko[ci elementu oraz charakteru obci|enia. Rozr|nia si nastpujce rodzaje obci|eD:  statyczne (trwaBe), tzn. staBe lub powoli narastajce i ustpujce,  dynamiczne (udarowe), tzn. narastajce i ustpujce z du| prdko[ci,  zmienne powtarzalne,  pochodzce od drgaD. Rwnomierny rozkBad napr|eD wystpuje tylko w prtach pryzmatycznych lub prtach o Bagodnie zmieniajcym si przekroju. W miejscach nagle zmieniajcego si przekroju, powstaBego przez nawiercenie, podtoczenie, nacicie, rysy powierzchniowe, pory, wtrcenia, korozj, napr|enie nie rozkBada si rwnomiernie na caBym przekroju, lecz wystpuje spitrzenie lub koncentracja napr|eD. Stosunek napr|enia maksymalnego do [redniego wystpujcego w rozpatrywanym przekroju nosi nazw wspBczynnika ksztaBtu. WpByw nierwnomiernie rozBo|onych napr|eD nale|y uwzgldni przy stosowaniu materiaBw cigliwych i kruchych. Dla materiaBw cigliwych, np. mikkiej stali, napr|enie maksymalne powinno by mniejsze od granicy spr|ysto[ci, poniewa| przy dalszym bezudarowym wzro[cie obci|enia mo|na przekroczy granic plastyczno[ci, co przy osBabionym przekroju i zmniejszonym obszarze mo|liwo[ci przew|enia powoduje szybkie zerwanie prta. Przy obci|eniu udarowym, a szczeglnie przy cigBym obci|eniu zmiennym, nale|y uwzgldni wzrost napr|enia lub unika nagBej zmiany przekroju. W przypadku materiaBw kruchych (|eliwo, brz, twarda stal) oraz przy nierwnomiernym rozkBadzie napr|eD nale|y si stara, aby napr|enie maksymalne byBo mniejsze od dopuszczalnego napr|enia na rozerwanie dla danego przypadku obci|enia. Dla prtw zwisajcych napr|enie rozcigajce okre[la si uwzgldniajc ich ci|ar wBasny: P  g l r = + d" kr MPa F 10 000 gdzie: P  siBa obci|ajca prt [daN], F  pole przekroju [cm2],   gsto[ [g/cm3],  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 35 g  przyspieszenie ziemskie 9,81 m/s2, l  dBugo[ prta [cm]. Zginanie prta prostego Schematycznie przedstawiono poni|ej belk pryzmatyczn ustawion na dwch podporach w skrajnych miejscach, ktrych reakcje A i B oraz siBa obci|ajca P le| w jednej pBaszczyznie i s prostopadBe do osi belki. Rys. 12. Belka na podporach [2, s. 166] Osi belki (prta) nazywa si prost przechodzc przez [rodki ci|ko[ci pl przekrojw poprzecznych. Na skutek zginania belki siB P o[ belki przeksztaBca si w lini krzyw. Je|eli ta linia le|y w pBaszczyznie momentw zginajcych, mamy do czynienia ze zginaniem prostym, natomiast gdy odksztaBcona linia nie pozostaje w tej pBaszczyznie, to zginanie nazywamy uko[nym. SiBa poprzeczna Q jest rwna i rwnolegBa do wypadkowej wszystkich siB zewntrznych prostopadBych do osi belki znajdujcych si po lewej stronie danego przekroju. Nazywa si j dodatni, gdy| skierowana jest w gr, natomiast dla prawej cz[ci belki jest ujemn, gdy| dziaBa w dB. Moment zginajcy (gncy) Mgz = " Qz z = Qz z, std siBa poprzeczna Qz = Mgz/z. Moment zginajcy Mg mo|na obliczy od wypadkowej siB lub jako algebraiczn sum momentw siB skBadowych znajdujcych si po lewej stronie danego przekroju, wzgldem jego [rodka ci|ko[ci. Wykres momentu zginajcego rysuje si po stronie napr|eD rozcigajcych. Skrcanie Skrcanie ma miejsce gdy na prt jednostronnie zamocowany dziaBa para siB wywoBujca zewntrzny moment obrotowy Mo = Pa. Na poni|szym rysunku poszczeglne ssiednie przekroje na skutek dziaBania momentu Mo obracaj si stycznie wzgldem siebie tak, |e na  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 36 caBkowitej dBugo[ci prta l prosta OB. obracajc si o kt  przyjmuje poBo|enie OB1, natomiast tworzca walca AB przechodzi w lini [rubow AB1 o wzniosie 900-. Rys. 13. OdksztaBcenia przy skrcaniu [2, s. 197] Przyjmujc, |e 0 jest napr|eniem stycznym dziaBajcym na promieniu jednostkowym  = 1, oraz proporcjonalno[ zachodzc midzy wydBu|eniami a napr|eniami  mo|na obliczy warto[ napr|enia dziaBajcego na promieniu .   = ;  =  0 0 l Napr|enie to dziaBajc na elementarn pier[cieniow powierzchni F = 2    powoduje powstanie elementarnej siBy P = F = F  0 oraz elementarnego momentu wewntrznego M = P . Dla zachowania rwnowagi moment siB zewntrznych Mo musi by mniejszy lub rwny momentowi siB wewntrznych Ms: Mo d" Ms =  P  =  F   =  F 0 2 Ms = 0  2 F = 0 I0 gdzie: I0 =  2 F jest biegunowym momentem bezwBadno[ci przekroju. max I0 Ms = 0 I0 = r I0 Wielko[ = W0 nazywa si biegunowym wskaznikiem wytrzymaBo[ci przekroju. r Dla okre[lenia wymiarw waBu miarodajny jest najwikszy moment obrotowy Mo, ktry mo|na podobnie przedstawi jak moment zginajcy wzdBu| osi waBu. Jednostkowy kt skrcenia waBu przypadajcy na 1 cm jego dBugo[ci wyznacza si z zale|no[ci: Mo max 2 max  = = = G I0 G r G d a caBkowity kt skrcenia waBu  =  l. SzczegBowy opis obliczeD wytrzymaBo[ciowych wraz z przykBadami znajdziesz w literaturze pod pozycj 2.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 37 4.4.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Jakie wBa[ciwo[ci posiadaj elementy konstrukcyjne? 2. Jak mo|na scharakteryzowa jednoosiowy stan napr|eD? 3. Jak brzmi prawo Hooke a i jaki wzr je wyra|a? 4. Jakie s poszczeglne etapy rozcigania stali niskowglowej? 5. Jaki jest rozkBad siB przy odksztaBceniu rwnolegBo[cianu pod wpBywem napr|eD stycznych? 6. Jakie znasz rodzaje obci|eD? 7. Jaki wzr okre[la napr|enia rozcigajce dla prtw zwisajcych? 8. Jak okre[lamy ukBad siB i momentw siB dla r|nych ukBadw belek na podporach? 9. Jak wykonujemy przykBadowe obliczenia wytrzymaBo[ciowe materiaBw na rozciganie, [ciskanie, [cinanie, zginanie i skrcanie? 4.4.3. wiczenia wiczenie 1 Oblicz przekrj F, napr|enie , odksztaBcenie wzgldne  i wydBu|enie l dla prta ze stali spr|ynowej E = 220 000 MPa, o [rednicy d = 2 cm, dBugo[ci l = 159 cm, obci|onego siB P = 23 562 daN. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat obliczeD przy rozciganiu materiaBw, 2) okre[li wzory dla wymaganych obliczeD, 3) dokona koniecznych przeksztaBceD wzorw, 4) podstawi dane w odpowiednich jednostkach miary, 5) wykona obliczenia, 6) przedstawi graficznie napr|enia, 7) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  oBwek/dBugopis,  kalkulator,  linijka,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 2 Podaj wzrost napr|enia w stalowej [rubie mocujcej korpus obudowy wykonany z duraluminium wywoBany przekrceniem nakrtki o pB obrotu przy skoku [ruby h = 3 mm, je|eli przekrj trzpienia [ruby F1 = 4 cm2, tulei duraluminiowej F2 = 8 cm2, moduBy spr|ysto[ci E1 = 210 000 MPa, E2 = 72 000 MPa, l1 = 800 mm oraz l2 = 850 mm.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 38 Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat obliczeD przy [ciskaniu i rozciganiu materiaBw, 2) okre[li wzory dla wymaganych obliczeD, 3) dokona koniecznych przeksztaBceD wzorw, 4) podstawi dane w odpowiednich jednostkach miary, 5) wykona obliczenia, 6) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  oBwek/dBugopis,  kalkulator,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 3 Oblicz [rednic nita d Bczcego dwa pBaskowniki o grubo[ci g = 8 mm obci|one siB rozcigajc P = 2 500 daN, je|eli dopuszczalne napr|enie na [cinanie kt = 90 MPa, dopuszczalne napr|enie na rozciganie kr = 120 MPa. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z zasadami obliczeD przy [cinaniu, 2) narysowa schemat poBczenia pBaskownikw nitem, 3) okre[li wzory dla wymaganych obliczeD, 4) dokona koniecznych przeksztaBceD wzorw, 5) podstawi dane w odpowiednich jednostkach miary, 6) wykona obliczenia, 7) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  oBwek/dBugopis,  kalkulator,  linijka,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 4 Sporzdz wykres momentu zginajcego dla belki obci|onej siBami P1 = 300 daN, P2 = 700 daN oraz P3 = 1200 daN, rozmieszczonymi w rwnych odlegBo[ciach od brzegw belki i midzy sob wynoszcych 40 cm, przy zaBo|eniu, |e belka podparta jest w skrajnych punktach. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat zginania prta prostego, 2) sporzdzi schemat obci|enia belki z uwzgldnieniem dziaBajcych siB i reakcji podpr,  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 39 3) obliczy momenty wzgldem ustalonego punktu, 4) wykona wykres momentu zginajcego, 5) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  oBwek/dBugopis,  linijka,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 5 Oblicz max i  dla waBu o [rednicy d = 20 mm, dBugo[ci l = 1 000 mm, skrcanego momentem obrotowym Mo = 942,5 daN cm, przyjmujc G = 800 000 daN/cm2 = 80 000 MPa. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat skrcania materiaBw, 2) okre[li wzory dla wymaganych obliczeD, 3) dokona koniecznych przeksztaBceD wzorw, 4) podstawi dane w odpowiednich jednostkach miary, 5) wykona obliczenia, 6) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  oBwek/dBugopis,  kalkulator,  literatura z rozdziaBu 6. 4.4.4. Sprawdzian postpw Tak Nie Czy potrafisz: 1) okre[li wBa[ciwo[ci elementw konstrukcyjnych? 2) scharakteryzowa jednoosiowy stan napr|eD? 3) sprecyzowa prawo Hooke a? 4) scharakteryzowa poszczeglne etapy rozcigania stali niskowglowej? 5) okre[li rozkBad siB przy odksztaBceniu rwnolegBo[cianu pod wpBywem napr|eD stycznych? 6) okre[li rodzaje obci|eD? 7) przedstawi wzr okre[lajcy napr|enia rozcigajce dla prtw zwisajcych? 8) okre[li ukBad siB i momentw siB dla r|nych ukBadw belek na podporach? 9) wykona przykBadowe obliczenia wytrzymaBo[ciowe materiaBw na rozciganie, [ciskanie, [cinanie, zginanie i skrcanie?  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 40 4.5. Obrbka metali 4.5.1. MateriaB nauczania Obrbka cieplna Obrbka cieplna polega na zabiegach zmierzajcych do zmiany struktury metalu, a tym samym jego wBasno[ci zarwno mechanicznych (wytrzymaBo[, cigliwo[, spr|ysto[, twardo[ itp.), jak i fizycznych czy technologicznych (np. skrawalno[) pod wpBywem ciepBa. PrawidBowy przebieg obrbki cieplnej zale|y od temperatury nagrzania przedmiotu, czasu nagrzewania, szybko[ci ogrzewania i szybko[ci chBodzenia. Do obrbki cieplnej zalicza si zabiegi wywoBujce zmiany strukturalne materiaBu w stanie staBym, takie jak:  wy|arzanie,  ulepszanie cieplne,  utwardzanie dyspersyjne. Wy|arzanie mo|e przebiega bez przemiany fazowej (ujednorodnianie, rekrystalizowanie, odpr|anie) lub z przemian fazow (zupeBne, normalizowane, izotermiczne, zmikczanie, perlityzowanie, przegrzewanie). Ulepszanie cieplne to: hartowanie, odpuszczanie, wymra|anie i stabilizowanie. W ramach utwardzania dyspersyjnego wykonuje si przesycanie i starzenie. Nagrzewanie podczas zabiegw obrbki cieplnej nie powinno wywoBywa napr|eD (odksztaBceD) oraz zmian powierzchniowych (utlenienie, odwglenie stali) przedmiotu. SpeBnienie pierwszego warunku wymaga rwnomiernego nagrzewania z szybko[ci dostosowana do gatunku stali i ksztaBtu przedmiotu. Stale zwykBe nisko- i [redniowglowe mo|na nagrzewa z dowoln szybko[ci, natomiast stale wysokowglowe i stopowe nale|y nagrzewa wolno. Jednym z gBwnych procesw obrbki cieplnej metali jest hartowanie. Hartowanie zwiksza twardo[, wytrzymaBo[ i granic plastyczno[ci stali. Wyr|nia si hartowanie zwykBe, stopniowe, izotermiczne i powierzchniowe. Hartowanie zwykBe polega na nagrzaniu materiaBu w odpowiedniej temperaturze i nastpnie szybkim bezpo[rednim schBodzeniu do temperatury czynnika chBodzcego. Hartowanie stopniowe polega na nagrzaniu materiaBu do takiej samej temperatury jak przy hartowaniu zwykBym, wygrzaniu w tej temperaturze, a nastpnie stopniowym chBodzeniu: najpierw w kpieli po[redniej do temperatury tej kpieli, a nastpnie w powietrzu do temperatury otoczenia. Hartowanie stopniowe zmniejsza napr|enia wewntrzne i odksztaBcenia. Hartowanie izotermiczne polega na nagrzaniu przedmiotu do temperatury jak przy hartowaniu zwykBym, wygrzaniu w tej temperaturze, a nastpnie chBodzeniu w kpieli po[redniej, lecz o temperaturze wy|szej ni| przy hartowaniu stopniowym, wytrzymaniu w tej kpieli, a nastpnie studzeniu na powietrzu. Hartowanie powierzchniowe polega na bardzo szybkim nagrzaniu powierzchniowej warstwy materiaBu do temperatury jak przy hartowaniu zwykBym i nastpnie szybkim chBodzeniu. Dziki temu zabiegowi na powierzchni przedmiotu tworzy si twarda i odporna na [cieranie powBoka grubo[ci od kilku dziesitnych milimetra do kilku milimetrw. Kolejnym z procesw obrbki cieplnej jest odpuszczanie. Polega on na ogrzaniu uprzednio zahartowanej stali do odpowiedniej temperatury (poni|ej 7230C) i nastpnie jej ochBodzeniu. Odpuszczanie usuwa napr|enia hartownicze, a ponadto zmniejsza krucho[ stali i jej twardo[, zwiksza natomiast jej cigliwo[. W zale|no[ci od temperatury odpuszczania rozr|nia si trzy jego rodzaje: niskie, [rednie i wysokie.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 41 Odpuszczanie niskie, prowadzone w temperaturze 150-2500C, ma na celu zmniejszenie napr|eD hartowniczych przy zachowaniu twardo[ci stali. Odpuszczanie [rednie odbywa si w temperaturze 400-5000C i ma na celu uzyskanie du|ej wytrzymaBo[ci i spr|ysto[ci stali przy jednoczesnym zmniejszeniu jej krucho[ci. Odpuszczanie wysokie odbywa si w temperaturze 500-6000C. Ma na celu uzyskanie korzystnych wBasno[ci wytrzymaBo[ciowych przy niewiele tylko pogorszonych wBasno[ciach plastycznych. Ulepszanie cieplne jest to poBczenie zabiegw hartowania i wysokiego odpuszczania. Powoduje ono silne zwikszenie plastyczno[ci stali. Wy|arzanie jest to zabieg cieplny polegajcy na nagrzaniu stali do odpowiedniej temperatury, wygrzaniu jej w tej temperaturze przez dBu|szy czas i nastpnie powolnym studzeniu do temperatury otoczenia. Temperatura, od ktrej nagrzewa si stal przy wy|arzaniu, zale|y od celu, ktry nale|y osign. Jest nim zwykle polepszenie obrabialno[ci skrawaniem przez nadanie stali mikko[ci (tzw. wy|arzanie zupeBne) lub przywrcenie stali plastyczno[ci (wy|arzanie rekrystalizujce), ktr utraciBa przez zgniot krysztaBw w czasie obrbki przez kucie, walcowanie lub tBoczenie. Celem wy|arzania mo|e by rwnie| zmniejszenie miejscowych niejednorodno[ci skBadu chemicznego (wy|arzanie ujednorodniajce), albo uzyskanie struktury drobnoziarnistej w stalach przegrzanych (wy|arzanie normalizujce) lub wreszcie usunicie napr|eD wewntrznych (wy|arzanie odpr|ajce). Obrbka cieplno-chemiczna Obrbka cieplno-chemiczna jest procesem technologicznym polegajcym na zmianie skBadu i struktury warstwy powierzchniowej materiaBu pod wpBywem ciepBa i [rodowiska aktywnego chemicznie. Polega ona na wprowadzeniu drog przenikania (tzw. dyfuzji) w podwy|szonej temperaturze do wierzchniej warstwy wyrobu dodatkowego skBadnika. Ten rodzaj obrbki cieplnej zwiksza twardo[ powierzchniow stali i jest stosowany w tych przypadkach, gdy chodzi o zwikszone wymagania co do odporno[ci na zu|ycie trcych si powierzchni, odporno[ci na dziaBanie czynnikw chemicznych (korozja), przy zachowaniu cigliwego i dostatecznie elastycznego rdzenia. Do zabiegw obrbki cieplno-chemicznej nale|: nawglanie, azotowanie, cyjanowanie, aluminiowanie, nachromowywanie, szerardyzacja, odwglanie, nakrzemowywanie, nasiarczanianie, naborowywanie. Nawglanie polega na wprowadzeniu wgla w zewntrzn warstw przedmiotu stalowego. Nawglanie stali postpuje stopniowo, przy czym gBboko[ warstwy nawglonej wynosi 0,2-2,5 mm. Nawglanie umo|liwia po pzniejszym zahartowaniu przedmiotu uzyskanie twardej i odpornej na [cieranie warstwy, przy zachowaniu mikkiego rdzenia przedmiotu. Rozr|nia si nawglanie w [rodowiskach staBych (w proszkach), gazowych i ciekBych. Azotowanie polega na tym, |e powierzchniowa warstwa stali lub |eliwa zostaje nasycona w podwy|szonej temperaturze (500-8500C) azotem, dziki czemu ulega silnemu utwardzeniu, staje si odporna na [cieranie i korozj. Cyjanowanie polega na nasyceniu powierzchni przedmiotw stalowych jednocze[nie wglem i azotem przez wygrzewanie w odpowiednio wysokiej temperaturze (500-9500C) w o[rodku wydzielajcym wgiel i azot. Warstwa cyjanowana ma po zahartowaniu wiksz twardo[ i odporno[ na [cieranie ni| zahartowana warstwa nawglana. Nachromowywanie dyfuzyjne polega na nasyceniu powierzchniowej warstwy stali chromem. W warstwie powierzchniowej ze stali niskowglowej tworzy si staBy roztwr chromu w |elazie, a wysokowglowych dodatkowo wgliki chromu. Nachromowana warstwa jest odporna na zu|ycie i korozj.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 42 Nasiarczanianie stali zmniejsza wspBczynnik tarcia, czas docierania i chroni przed zatarciem. Proces mo|e by poBczony z rwnoczesnym nawglaniem lub azotowaniem. Naborowywanie (nasycanie warstwy wierzchniej borem) daje warstw o du|ej twardo[ci, przewy|szajcej twardo[ zahartowanej stali 1,5-2 razy. Proces odbywa si w temperaturze 930-9600C, elektrolitycznie. Nakrzemowywanie polega na wprowadzeniu w warstw powierzchniow krzemu. Mo|e odbywa si w o[rodku gazowym lub staBym i w zale|no[ci od czasu i temperatury pozwala na uzyskanie nakrzemowanej warstwy o grubo[ci 0,2-0,6 mm. Obrbka plastyczna metali Obrbka plastyczna metali jest to proces otrzymywania wyrobw przez plastyczne odksztaBcanie materiaBu pod wpBywem dziaBania siB zewntrznych, bez naruszenia spjno[ci materiaBu (bez pkni). Miar odksztaBceD plastycznych jest zgniot. Plastyczno[ materiaBu zale|y od jego skBadu chemicznego, struktury, temperatury nagrzania, szybko[ci i stopnia odksztaBcenia, kierunku i wielko[ci siB zewntrznych dziaBajcych na metal itp., przy czym metale czyste charakteryzuje wiksza plastyczno[ ni| ich stopy. Ze wzrostem temperatury plastyczno[ metalu wzrasta i odporno[ na zgniot i odksztaBcalno[ zmniejszaj si. W wyniku plastycznego odksztaBcenia na zimno niektre metale i stopy (np. stal, miedz, brz) zmieniaj korzystnie wBasno[ci mechaniczne (zwiksza si twardo[ i wytrzymaBo[). Jednak ze wzrostem stopnia zgniotu pogarsza si plastyczno[ materiaBu (obni|a si cigliwo[), a wic i jego przydatno[ do dalszej obrbki plastycznej. Zarwno umocnienie materiaBu jak i odksztaBcenia krysztaBw metalu s trwaBe tylko do pewnej temperatury i zostaj usunite przez wy|arzanie. Zale|nie od temperatury wy|arzanie prowadzi si w celu usunicia napr|eD wBasnych (odpr|anie), przywrcenia wBasno[ci (nawrot) lub struktury przed zgniotem (rekrystalizacja) zgniecionego ziarna. Wy|arzanie prowadzi si rwnie| w celu zwikszenia odporno[ci metalu na korozj. Rys. 14. Schemat przebiegu zmian zachodzcych podczas wy|arzania zgniecionego materiaBu [5, s. 372]  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 43 Obrbk plastyczn prowadzi si w celu:  nadania przedmiotowi wymaganych ksztaBtw i wymiarw (walcowanie, kucie, tBoczenie, cignienie),  polepszenia wBasno[ci mechanicznych materiaBu (dogniatanie),  osignicia powierzchni o po|danych wBasno[ciach (kr|kowanie, kuleczkowanie, przepychanie),  wywoBania napr|eD zwikszajcych jego wytrzymaBo[. W zale|no[ci od temperatury obrabianego materiaBu rozr|nia si obrbk plastyczn na zimno (temperatura metalu poni|ej temperatury rekrystalizacji) i na gorco (powy|ej temperatury rekrystalizacji). W zale|no[ci od wzgldnego ruchu narzdzia i przedmiotu rozr|nia si nastpujce metody obrbki plastycznej:  walcowanie: zgniatanie metalu przez obracajce si walce, ktre wywieraj nacisk na materiaB, powodujc jego odksztaBcenie; na gorco walcuje si prty, ksztaBtowniki, blachy, rury itp.; walcowaniu na zimno poddaje si r|ne metale nie|elazne i ich stopy (miedz, mosidze, brzy, aluminium itp.), a tak|e stale niskowglowe,  przeciganie (cignienie): stopniowe zmniejszanie przekroju materiaBu najcz[ciej na zimno,  kucie swobodne: proces stopniowego ksztaBtowania metalu pod wpBywem uderzeD mBota lub nacisku prasy o ruchu postpowo-zwrotnym; za pomoc swobodnego kucia wykonuje si pBwyroby jak np. waBy, koBa zbate itp. w warunkach produkcji maBoseryjnej,  kucie matrycowe: jest procesem ksztaBtowania przedmiotu w matrycach, gdzie ksztaBt i wymiary matrycy odwzorowuj wymiary otrzymywanej odkuwki; kucie matrycowe stosuje si w produkcji wielkoseryjnej,  tBoczenie: wykonywane najcz[ciej na prasach na zimno lub na gorco za pomoc tBocznikw, cigownikw itp. Dodatkowo stosuje si rwnie| wykaDczajc obrbk elementw przez plastyczne dogniatanie wygBadzajce powierzchniowej warstwy metalu. Do gBwnych sposobw takiej obrbki nale|:  rolkowanie: zgniatanie obrabianego elementu midzy rolkami,  kr|kowanie (kulkowanie): wygBadzanie wewntrzne lub zewntrzne przez swobodnie obracajce si rolki (kulki),  wygBadzanie otworw poprzez przepychanie lub przeciganie nie obracajcej si rolki,  kalibrowanie powierzchni prze przepychanie kulki,  kulowanie: silne i szybkie uderzanie kuleczek metalowych ([rutu) o powierzchni, wyrzucanych z wyrzutnika pneumatycznego. Powierzchniowa obrbka zgniotem zwiksza wytrzymaBo[ na uderzenia (udarno[) o 50-100%, a odporno[ na zu|ycie nawet kilka razy. 4.5.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Na czym polega obrbka cieplna metali? 2. Jakie znasz zabiegi obrbki cieplnej? 3. Jak mo|na scharakteryzowa poszczeglne zabiegi obrbki cieplnej? 4. Na czym polega obrbka cieplno-chemiczna metali? 5. Jakie zabiegi wchodz w skBad obrbki cieplno-chemicznej? 6. Na czym polegaj poszczeglne zabiegi obrbki cieplno-chemicznej? 7. Na czym polega obrbka plastyczna metali? 8. Jakie rozr|nia si metody obrbki plastycznej metali?  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 44 4.5.3. wiczenia wiczenie 1 Opisz obrbk ciepln metali. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat obrbki cieplnej metali, 2) okre[li zabiegi wchodzce w skBad obrbki cieplnej metali, 3) scharakteryzowa poszczeglne zabiegi, 4) przedstawi powy|sze w formie opisowej, 5) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  arkusz papieru format A-4,  oBwek/dBugopis,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 2 Scharakteryzuj obrbk cieplno-chemiczn metali. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat obrbki cieplno-chemicznej metali, 2) okre[li zabiegi wchodzce w skBad obrbki cieplno-chemicznej metali, 3) scharakteryzowa poszczeglne zabiegi, 4) przedstawi powy|sze w formie opisowej, 5) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  arkusz papieru format A-4,  oBwek/dBugopis,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 3 Opisz obrbk plastyczn metali. Sposb wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene[: 1) zapozna si z literatur na temat obrbki plastycznej metali, 2) okre[li metody obrbki plastycznej metali, 3) scharakteryzowa poszczeglne metody, 4) wykona schemat przebiegu zmian zachodzcych podczas wy|arzania zgniecionego materiaBu, 5) przedstawi powy|sze w formie opisowej, 6) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 45 Wyposa|enie stanowiska pracy:  notatnik,  arkusz papieru format A-4,  oBwek/dBugopis,  linijka,  literatura z rozdziaBu 6. 4.5.4. Sprawdzian postpw Czy potrafisz: Tak Nie 1) zdefiniowa obrbk cieplna metali? 2) okre[li zabiegi obrbki cieplnej? 3) scharakteryzowa poszczeglne zabiegi obrbki cieplnej? 4) zdefiniowa obrbk cieplno-chemiczn metali? 5) okre[li zabiegi wchodzce w skBad obrbki cieplno-chemicznej? 6) scharakteryzowa poszczeglne zabiegi obrbki cieplno-chemicznej? 7) scharakteryzowa obrbk plastyczn metali? 8) okre[li metody obrbki plastycznej metali?  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 46 5. SPRAWDZIAN OSIGNI INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1. Przeczytaj uwa|nie instrukcj. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kart odpowiedzi. 3. Zapoznaj si z zestawem pytaD testowych. 4. Test zawiera 20 zadaD o r|nym stopniu trudno[ci. S to zadania wielokrotnego wyboru. Do ka|dego pytania doBczone s cztery mo|liwo[ci odpowiedzi, tylko jedna jest prawidBowa. 5. Udzielaj odpowiedzi tylko na zaBczonej karcie odpowiedzi, stawiajc w odpowiedniej rubryce znak X. W przypadku pomyBki nale|y bBdn odpowiedz zaznaczy kBkiem, a nastpnie ponownie zakre[li odpowiedz prawidBow. 6. Test skBada si z dwch cz[ci o r|nym stopniu trudno[ci: I cz[  poziom podstawowy, II cz[ - poziom ponadpodstawowy. 7. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy bdziesz miaB satysfakcj z wykonanego zadania. 8. Kiedy udzielenie odpowiedzi bdzie sprawiaBo trudno[, wtedy odB| jego rozwizanie na pzniej i wr do niego, gdy zostanie czas wolny. 9. Na rozwizanie testu masz 45 minut. Powodzenia !  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 47 ZESTAW ZADAC TESTOWYCH 1. Do wBasno[ci fizycznych metali zalicza si m.in.: a) odporno[ na dziaBanie [rodowiska zewntrznego, b) gsto[ i temperatur topnienia, c) wytrzymaBo[ materiaBu, d) przydatno[ do spawania. 2. Przydatno[ metalu do kucia to wBasno[: a) chemiczna, b) mechaniczna, c) fizyczna, d) technologiczna. 3. Zdolno[ materiaBu do zachowania odksztaBceD po zdjciu obci|enia to: a) plastyczno[, b) twardo[, c) spr|ysto[, d) udarno[. 4. Jaki pierwiastek jest podstawowym skBadnikiem wpBywajcym w zasadniczy sposb na wBasno[ci stopu |elazo-wgiel? a) glin, b) krzem, c) wgiel, d) wanad. 5. Jak zawarto[ wgla posiada cementyt? a) 8,67%, b) 6,67%, c) 4,67%, d) 2,67%. 6. Jaka jest maksymalna zawarto[ wgla w stalach? a) do 2%, b) 2,1-3,0%, c) 3,1-4,0%, d) 4,1-5,0%. 7. WedBug jakiego kryterium podziaBu klasyfikuje si stale na walcowane i cignione? a) skBadu chemicznego, b) stopnia czysto[ci, c) rodzaju wyrobw, d) postaci. 8. Minimalna zawarto[ wgla w stalach narzdziowych wynosi: a) 0,25%, b) 0,45%, c) 0,65%, d) 0,85%.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 48 9. W jaki sposb zwikszenie st|enia wgla w stali wpBywa na jej wBasno[ci technologiczne? a) polepsza si podatno[ stali na obrbk, b) zmniejsza si wspBczynnik liniowej rozszerzalno[ci cieplnej, c) zwiksza si wspBczynnik liniowej rozszerzalno[ci cieplnej, d) zwiksza si przewodno[ cieplna. 10. {eliwa s to stopy |elaza z wglem o zawarto[ci wgla: a) 2,0-3,8%, b) 3,9-4,2%, c) 4,3-4,6%, d) 4,7-5,0%. 11. Ktry z konstrukcyjnych metali nie|elaznych jest najl|ejszy? a) chrom, b) magnez, c) aluminium, d) cyna. 12. Mosidze to stopy: a) miedzi z cynkiem, b) miedzi z cyn, c) miedzi z manganem, d) miedzi z magnezem. 13. Obrbk plastyczn stopw cynku z aluminium (tzw. znali) przeprowadza si w temperaturze: a) 50-1000C, b) 110-1500C, c) 160-1900C, d) 200-3000C. 14. Hartowanie zalicza si do obrbki metali: a) cieplnej, b) cieplno-chemicznej, c) mechanicznej, d) plastycznej. 15. Jak zachowuje si ledeburyt poni|ej temperatury 7210C? a) zmienia swoj struktur poniewa| austenit przemienia si w perlit, b) zmienia swoj struktur poniewa| perlit pBytkowy zamienia si w ziarnisty, c) nie zmienia struktury ze wzgldu na du| zawarto[ wgla, d) zmienia struktur na charakteryzujc si maB twardo[ci. 16. Czym r|ni si bainit od sorbitu i troostytu? a) poniewa| cementyt jest w nim bardziej skoncentrowany, b) poniewa| cementyt jest w nim bardziej rozdrobniony, c) poniewa| austenit ma budow pBytkow, d) poniewa| jako odmiana perlitu uzyskuje si go w temperaturze powy|ej 6000C.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 49 17. Przy wzro[cie masowego st|enia wgla w stali nastpuje: a) wzrost twardo[ci i spadek wydBu|enia, b) wzrost twardo[ci i spadek granicy plastyczno[ci, c) spadek twardo[ci i spadek wytrzymaBo[ci na rozciganie, d) spadek twardo[ci i wzrost wydBu|enia. 18. W jaki sposb wpBywa na wBasno[ci |eliwa dodanie |elazokrzemu lub wapniokrzemu? a) obni|a jego plastyczno[, b) poprawia jego przewodno[ elektryczn, c) zwiksza odporno[ na [cieranie, d) poprawia podatno[ na zginanie. 19. Jakie gBwne cechy posiadaj spieki metalowo-ceramiczne? a) wytrzymaBo[ na zginanie i [cinanie, b) dobra cigliwo[ i plastyczno[, c) odporno[ na [cieranie i |arowytrzymaBo[, d) wysoka przewodno[ elektryczna. 20. Prawo Hooke a mwi, |e: a) odksztaBcenie materiaBu pod wpBywem siBy rozcigajcej jest odwrotnie proporcjonalne do tej siBy, b) odksztaBcenie materiaBu pod wpBywem siBy rozcigajcej jest wprost proporcjonalne do tej siBy, c) odksztaBcenie materiaBu pod wpBywem siBy [ciskajcej jest odwrotnie proporcjonalne do tej siBy, d) odksztaBcenie materiaBu pod wpBywem siBy [ciskajcej nie wystpuje.  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 50 KARTA ODPOWIEDZI Imi i nazwisko ............................................................................................................................ Rozpoznawanie metali i ich stopw Zakre[l poprawn odpowiedz Nr Odpowiedz Punktacja zadania 1. a b c d 2. a b c d 3. a b c d 4. a b c d 5. a b c d 6. a b c d 7. a b c d 8. a b c d 9. a b c d 10. a b c d 11. a b c d 12. a b c d 13. a b c d 14. a b c d 15. a b c d 16. a b c d 17. a b c d 18. a b c d 19. a b c d 20. a b c d Razem:  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 51 6. LITERATURA 1. DobrzaDski L.: Metaloznawstwo i obrbka cieplna. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1986 2. Praca zbiorowa: Poradnik Warsztatowca Mechanika. Wydawnictwa Naukowo- Techniczne, Warszawa 1981 3. Prowans S.: Metaloznawstwo. PaDstwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1988 4. PrzybyBowicz K.: Metaloznawstwo. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1994 5. StawiszyDski F.: Poradnik mechanika samochodowego. Wydawnictwa Komunikacji i Aczno[ci, Warszawa 1977  Projekt wspBfinansowany ze [rodkw Europejskiego Funduszu SpoBecznego 52

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Zwyczaje żywieniowe dziewcząt z rozpoznaniem anoreksji i ich matek
03 Rozpoznawanie nitekidD69
Budowa metali i stopów oraz ich właściwości
Ćwiczenie 4 Właściwości magnetyczne metali i stopów
Jak rozpoznac klamce Dlaczego ludzie nie mowia prawdy i jak ich na tym przylapac
Gdy ich oczy zostały otwarte, rozpoznali God0212
ZESTAW APARATUROWY DO BADAŃ WŁAŚCIWOŚCI CIEKŁYCH METALI I STOPÓW W WYSOKIEJ TEMPERATURZE
03 TRANSFORMACJE DANYCH I METODY ICH PREZENTACJI
4 Budowa stopow metali
Rozpoznawanie podstawowych materiałów kowalskich i stopów technicznych
Analiza termiczna stopów metali
Sharpe Isabel Blaski i cienie Hollywood 03 Ich noce
Ćwiczenie 3 Przewodnictwo elektryczne metali i stopów
4 Materiałoznawstwo Budowa stopów metali

więcej podobnych podstron