operator_urzadzen_przemyslu_spozywczego_827[01].O1.03

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1.

Metale. Właściwości metali i ich stopów

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2.

Tworzywa sztuczne. Materiały kompozytowe

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3.

Materiały ceramiczne i ogniotrwałe. Drewno

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4.

Materiały uszczelniające. Zjawisko korozji

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

Sprawdzian osiągnięć

Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WPROWADZENIE

Poradnik ten pomoŜe Ci poznać zasady stosowania materiałów konstrukcyjnych

w przemyśle spoŜywczym, a takŜe wykształcić podstawowe umiejętności z tego zakresu.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne, czyli wykaz umiejętności, jakie powinieneś opanować przed
przystąpieniem do realizacji jednostki modułowej,

−

cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas jej realizacji,

−

materiał nauczania, który umoŜliwi Ci samodzielne przygotowanie się do wykonywania
ć

wiczeń i zaliczenie sprawdzianów,

−

pytania sprawdzające, które pomogą Ci sprawdzić, czy juŜ opanowałeś zamieszczony
materiał nauczania z zakresu stosowania materiałów konstrukcyjnych w technice,

−

wiczenia, które ułatwią Ci nabycie umiejętności praktycznych,

−

sprawdzian postępów, który pozwoli Ci na samodzielne określenie opanowania
wymaganych umiejętności po zakończeniu kaŜdego rozdziału materiału nauczania,

−

sprawdzian osiągnięć ucznia, czyli przykładowy zestaw zadań testowych, który słuŜy do
oceny poziomu opanowania umiejętności i wiadomości z zakresu całej jednostki.

−

wykaz literatury.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

827[01].O1

Techniczne podstawy zawodu

827[01].O1.03

Stosowanie materiałów konstrukcyjnych

w przemyśle spoŜywczym

827[01].O1.01

Przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy,

ochrony przeciwpoŜarowej i ochrony środowiska

827[01].O1.02

Posługiwanie się dokumentacją techniczną

827[01].O1.05

Analizowanie układów elektrycznych

i sterowania w maszynach i urządzeniach

827[01].O1.04

Rozpoznawanie elementów maszyn,

urządzeń i mechanizmów

827[01].O1.06

Stosowanie podstawowych technik

wytwarzania części maszyn

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

identyfikować zagroŜenia dla zdrowia i Ŝycia człowieka występujące w procesie pracy,

−

ustalać sposoby zapobiegania i likwidacji zagroŜeń występujących w procesie pracy,

−

identyfikować zagroŜenia dla zdrowia i Ŝycia człowieka występujące ze strony
ś

rodowiska pracy,

−

określać zasady bezpieczeństwa i higieny pracy podczas eksploatacji maszyn i urządzeń
stosowanych w przetwórstwie spoŜywczym,

−

stosować sprzęt oraz środki gaśnicze zgodnie z zasadami ochrony przeciwpoŜarowej,

−

wskazywać znaczenie techniki w przetwórstwie spoŜywczym,

−

rozróŜniać rodzaje i przeznaczenie informacji technicznej,

−

wyszukiwać informacje techniczne zawarte w graficznych materiałach informacyjnych,

−

przeanalizować informacje zawarte w tabelach i na wykresach.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

rozróŜnić główne grupy materiałów konstrukcyjnych stosowanych do budowy maszyn
i urządzeń w przemyśle spoŜywczym,

−

określić właściwości wytrzymałościowe materiałów,

−

określić wpływ cech wytrzymałościowych na dobór materiałów konstrukcyjnych,

−

scharakteryzować rodzaje i zastosowanie materiałów niemetalowych wykorzystywanych
w konstrukcjach maszyn i urządzeń,

−

rozróŜnić właściwości materiałów niemetalowych,

−

rozróŜnić materiały ogniotrwałe,

−

uzasadnić dobór materiałów ogniotrwałych i ich zastosowanie w przemyśle spoŜywczym,

−

określić właściwości metali i ich stopów oraz wskazywać na ich zastosowanie
w przemyśle spoŜywczym,

−

sklasyfikować stopy Ŝelaza z węglem,

−

rozróŜnić gatunki, właściwości i zastosowanie stopów Fe-C,

−

określić zastosowanie poszczególnych gatunków stali, Ŝeliwa i staliwa,

−

rozróŜnić gatunki, właściwości i zastosowanie metali nieŜelaznych i ich stopów
stosowanych w przemyśle spoŜywczym,

−

rozpoznać na podstawie oznaczeń: stal, staliwo, Ŝeliwo, metale nieŜelazne i ich stopy,

−

dobrać materiały odpowiednio do środowiska pracy, przetwarzanego materiału,

−

określić sposób zabezpieczania materiałów przed korozją, zuŜyciem,

−

skorzystać z wykresu Ŝelazo-cementyt, PN, katalogów, poradników.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1.

Metale. Właściwości metali i ich stopów

4.1.1.

Materiał nauczania

Prawodawstwo i normy dotyczące materiałów stosowanych w przemyśle spoŜywczym
W Unii Europejskiej obowiązuje szereg norm prawnych, które precyzyjnie regulują

stosowanie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z Ŝywnością. Aktem
o podstawowym znaczeniu jest rozporządzenie nr 1935/2004/WE Parlamentu Europejskiego.
Rozporządzenie to ustala wymagania odnoszące się do materiałów i wyrobów, które:

−

przeznaczone są do kontaktu z Ŝywnością, lub

−

pozostają w kontakcie z Ŝywnością, lub

−

moŜna oczekiwać, iŜ wejdą w kontakt z Ŝywnością albo nastąpi migracja ich składników
do Ŝywności w przypadku ich zastosowania w normalnych lub moŜliwych do
przewidzenia warunkach.
Materiały i wyroby które stykają się z Ŝywnością powinny być tak produkowane, aby

w normalnych lub moŜliwych do przewidzenia warunkach uŜytkowania nie dochodziło do
migracji ich składników do Ŝywności w takich ilościach, które mogłyby:

−

stanowić zagroŜenie dla zdrowia człowieka, lub

−

powodować niemoŜliwe do przyjęcia zmiany w składzie Ŝywności, lub

−

powodować pogorszenie cech organoleptycznych Ŝywności.

Do materiałów i wyrobów, które w chwili wprowadzenia do obrotu nie weszły jeszcze

w kontakt z Ŝywnością, powinno dołączać się informację: „do kontaktu z Ŝywnością” lub
szczególne wskazówki dotyczące ich uŜywania (np.: ekspres do kawy, butelka do wina itp.)
lub określony symbol graficzny.

Rys. 1.

Symbol stosowany do oznakowania wyrobu do kontaktu z Ŝywnością [24]

Przepisy karne przewidują grzywnę lub areszt dla kaŜdego, kto wytwarza, przetwarza,

importuje lub wprowadza do obrotu materiały przeznaczone do kontaktu z Ŝywnością, a nie
spełniające wymagań szczegółowo opisanych w odpowiednich przepisach prawnych.

Aktualnie normy europejskie, dotyczące bezpieczeństwa w konstrukcjach maszyn dla

przemysłów  spoŜywczego,  precyzują  zagroŜenia  i  nakazują  stosowanie  bezpiecznych
rozwiązań.  Przepisy  te  dotyczą  zarówno  określenia  reguł  projektowania  i  konstrukcji
urządzeń,  jak  i  składu  chemicznego  uŜywanych  materiałów  konstrukcyjnych  i  środków
eksploatacyjnych.  W  Polsce,  w  tym  zakresie  obowiązuje  norma  europejska  PN-EN  16726.
Norma  ta  precyzuje  zagroŜenia  oraz  niekorzystne  oddziaływania,  jakie  dla  wytwarzanej
Ŝ

ywności mogą stwarzać maszyny stosowane w przemyśle spoŜywczym. NajwyŜsze

wymagania istnieją w stosunku do materiałów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych
znajdujących się w strefie spoŜywczej, czyli tam, gdzie następuje bezpośredni ich kontakt
z produktami spoŜywczymi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W obszarze strefy spoŜywczej są sprecyzowane wymagania dla:

−

materiałów konstrukcyjnych (nie mogą niekorzystnie wpływać na jakość wyrobów),

−

rodzajów powierzchni (powinny być gładkie, łatwe do czyszczenia),

−

elementów konstrukcyjnych (złączy, odpływów, napędów i łoŜysk, osłon, pokryw).

Konstrukcja maszyn
W projektowaniu współczesnych maszyn dla przemysłu spoŜywczego bierze się pod

uwagę typowe kryteria mechaniczne (wynikające z występujących obciąŜeń, ciśnień
w układzie, geometrii styku, prędkości poślizgu lub toczenia się), oraz warunki
ś

rodowiskowe, na które składają się: temperatura, rodzaj środowiska, rodzaj materiałów,

z którymi  urządzenie  ma  kontakt.  Aby  nie  dochodziło  do  moŜliwości  zanieczyszczenia
wyrobu,  zwraca  się  szczególną  uwagę  na  stosowanie  odpowiednich  materiałów
konstrukcyjnych,  które  w  kontakcie  z  surowcami  i wyrobami  nie  wpływają  niekorzystnie  na
jakość wyrobu; nie powinny one nadawać wyrobom obcego zapachu, smaku lub zabarwienia;
powinny  to  być  materiały  odporne  na  korozję,  nie  zanieczyszczające  wyrobu  i  nie
absorbujące,

Metale
Pierwiastki występujące w przyrodzie moŜna ogólnie podzielić na metale i niemetale.

Grupa  metali  odznacza  się  pewnymi  charakterystycznymi  dla  niej  właściwościami.  Są  to
m.in.:  metaliczny  połysk,  spręŜystość,  plastyczność,  nieprzezroczystość,  dobra  przewodność
cieplna i elektryczna, a takŜe pewna mechaniczna wytrzymałość oraz łatwość obróbki. Jednak
okazuje  się,  Ŝe  niektóre  z  tych  cech  mogą  w  pewnych  warunkach  przejawiać  równieŜ
niemetale, a z kolei niektóre metale niekiedy tracą właściwości przypisane metalom. Dlatego
teŜ właściwości metali uwaŜa się raczej za cechy pewnego stanu, a nie za trwałe właściwości
przypisywane określonym pierwiastkom.

Pierwiastki metaliczne występują w przyrodzie przewaŜnie w postaci rud. Na drodze

róŜnych  procesów  metalurgicznych  są  one  przerabiane  na  czyste  metale.  Z  powodu  swoich
bardzo  dobrych  właściwości  mechanicznych  metale  są  powszechnie  wykorzystywane  do
produkcji  maszyn,  urządzeń  i  wielu  innych  wyrobów,  a  takŜe  jako  materiały  konstrukcyjne
w budownictwie.

Właściwości fizyczne metali
Metale charakteryzują niŜej zdefiniowane właściwości fizyczne.
Gęstość (masa właściwa) określa stosunek masy do objętości. WyraŜa się ją w [kg/m

Gęstość jest cechą charakterystyczną kaŜdej substancji, słuŜy m.in. do obliczania masy
i cięŜaru określonej objętości substancji. Przykładem metalu o duŜej gęstości jest platyna
[21,45 g/cm

], natomiast metal o małej gęstości to aluminium [2,7 g/cm

Temperatura topnienia to taka temperatura, przy której kryształy (z których zbudowana

jest substancja) zamieniają się w ciecz. WyraŜana jest w stopniach Kelwina [K] lub
Celsjusza [°C]. Metalem łatwo topliwymi jest ołów [327°C], trudno topliwym wolfram
[3422°C].

Rozszerzalność cieplna przejawia się w zwiększaniu wymiarów liniowych

i objętościowych pod wpływem wzrostu temperatury i zmniejszaniu się ich przy chłodzeniu,

Przewodność cieplna to zdolność do przewodzenia ciepła. Dzięki tej właściwości metale

szybko się nagrzewają i szybko tracą ciepło.
Przewodność elektryczna to zdolność do przewodzenia prądu. To zjawisko przebiega za
pośrednictwem elektronów. Dobrymi przewodnikami są m.in.: złoto, srebro, miedź,
aluminium.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Właściwości mechaniczne metali
Właściwości mechaniczne mają zasadnicze znaczenie dla trwałości wszelkich konstrukcji

metalowych stosowanych w technice. Określają one zdolność metali do przeciwstawiania się
działaniu na nie sił zewnętrznych.

Właściwości mechaniczne są określane przez niŜej określone cechy.
Wytrzymałość to opór stawiany przez materiał sile, która usiłuje go rozdzielić lub

zmienić jego kształt. W zaleŜności od sposobu działania siły moŜna rozróŜnić wytrzymałość
na rozciąganie (R

), na ściskanie (R

), na zginanie (R

), na skręcanie (R

) oraz na ścinanie

). Miarą wytrzymałości jest stosunek siły do pola powierzchni, na którą ta siła działa.

WyraŜa się ją w [N/mm

Twardość jest to odporność materiału na odkształcenia trwałe, powstające wskutek

wciskania weń wgłębnika. Twardość materiałów jest wartością pozwalającą na określenie
zmian zachodzących od powierzchni w głąb materiału. Twardość moŜna mierzyć róŜnymi
metodami: Brinella, Rockwella, Vickersa, Poldiego i Shore'a.

Metoda Brinella polega na wgniataniu twardej kalibrowanej kulki stalowej o określonej

rednicy w płaską, wygładzoną część przedmiotu. Kulka pozostawia na przedmiocie trwały

lad w postaci wgłębienia (odcisk). Jego wielkość pośrednio słuŜy do określenia twardości

danego materiału. Do pomiaru twardości słuŜy specjalny twardościomierz. Twardość
określoną sposobem Brinella oznacza się HB.

Metoda Rockwella pozwala na badanie przedmiotów cienkościennych i małych. Pomiar

twardości polega na wciskaniu w badany metal stoŜka diamentowego o kącie
wierzchołkowym 120° lub kulki stalowej o średnicy 1/16 cala. Twardość określa się
z głębokości odcisku w badanym metalu. Twardość określoną tą metodą oznacza się [HRC].

Rys. 2. Twardościomierz Rockwella: 1) wieszak, 2) obciąŜniki, 3) wgłębnik, 4) badany materiał,

5) pryzma, 6) śruba, 7) korbka, 8) koło, 9) czujnik, 10) zwalniacz, 11) dźwignia,
12) amortyzator olejowy [8, s. 95]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Udarność to odporność materiału na uderzenie lub nagłe obciąŜenie. Udarność materiału

zaleŜy od składu chemicznego badanego materiału, ale takŜe od obróbki plastycznej i cieplnej
jakiej  ten  materiał  został  poddany.  Na  przykład  stale  zahartowane  wykazują  znacznie
mniejszą  udarność  niŜ  stale  wyŜarzone,  a  stale  twarde  mniejszą  udarność  niŜ  stale  miękkie.
Na  zmniejszenie  udarności  stali  ma  duŜy  wpływ  zawartość  domieszek  fosforu.  Próba
udarności  polega  na  złamaniu  próbki,  specjalnie  przygotowanej  z  karbem,  jednorazowym
uderzeniem młota wahadłowego (najczęściej stosuje się młot Charpy'ego).

Rys. 3.

Młot Charpy’ego [13, s. 313]

Tabela 1. Porównanie właściwości mechanicznych róŜnych materiałów [17]

Właściwości technologiczne
Właściwości technologiczne metali, decydują o wyborze metod ich obróbki. Do

właściwości technologicznych metali zalicza się m.in.: skrawalność, ścieralność, własności
odlewnicze oraz własności plastyczne.

Skrawalność jest to podatność materiałów na obróbkę skrawaniem. Skrawalność zaleŜy

pośrednio od twardości metalu. Metale miękkie mają lepszą skrawalność od metali twardych.

cieralność określa zdolność materiału do zuŜywania się jako skutek tarcia.

Spawalność to podatność metalu do tworzenia złącz spawanych. ZaleŜy ona od składu

chemicznego materiału spawanego, rodzaju spoiwa, rodzaju spawania.

Kowalność to podatność metali na obróbkę kuźniczą.
Plastyczność jest to zdolność do zmiany kształtu pod wpływem kucia, tłoczenia, czy teŜ

walcowania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Metale Ŝelazne i ich stopy
ś

elazo pozyskuje się z rud Ŝelaza w trakcie wytapiania surówek w piecach hutniczych.

Najbardziej  znane  rudy  Ŝelaza  to  magnetyt  (zawiera  60–72%  Ŝelaza),  hematyt  (40–56%),
limonit (20–45%) i syderyt (25–39%). Do tzw. wielkiego pieca oprócz rudy Ŝelaza ładuje się
równieŜ  materiały  wsadowe,  którymi  są  koks  i  topniki.  Koks  pełni  rolę  paliwa,  a  topniki
(kamień  wapienny  i  palone  wapno)  odprowadzają  do  ŜuŜla  w  procesie  wytopu  niepotrzebne
domieszki.  Wydzielanie  czystego  Ŝelaza  z  jego  rud  w  czasie  procesu  wielkopiecowego
głównie polega na odłączeniu tlenu od tlenków Ŝelaza (proces redukcji).

Stop Ŝelaza z węglem jest to taki stop, w którym węgiel jest rozpuszczony w Ŝelazie.

Węgiel w tym stopie moŜe występować w dwóch postaciach:
–

węgla czystego czyli grafitu,

–

węglika Ŝelaza zwanego cementytem.
Z wielkiego pieca otrzymuje się surówkę. Jej nazwa pochodzi stąd, Ŝe jest to dopiero

surowiec  przewidziany  do  dalszej  przeróbki.  Surówka  hutnicza  odlewana  jest  w  postaci
bloczków  zwanych  gąskami.  Bezpośredni  wpływ  na  budowę  surówki  mają  jej  skład
chemiczny  i  szybkość  chłodzenia.  Ze  względu  na  budowę  (strukturę)  rozróŜnia  się
następujące surówki:

−

białą, (o białym przełomie), zawierająca węgiel wyłącznie w stanie związanym w postaci
cementytu, charakteryzuje się duŜą twardością i kruchością, jest produktem wyjściowym
do wytwarzania stali i staliwa,

−

szarą, (o szarym przełomie), zawierająca węgiel w stanie wolnym, w postaci grafitu, jest
miękka, charakteryzuje się duŜą lejnością, jest wyjściowym produktem do produkcji
Ŝ

eliwa,

−

pstrą (tzw. połowiczną), zawierająca węgiel zarówno w stanie związanym, jak i wolnym.

Cementyt – związek chemiczny węgla z
Ŝ

elazem Fe

C. Topi się w temperaturze

1600

C. Oznacza się duŜą twardością, i

niewielką plastycznością.
Ferryt – roztwór stały węgla w Ŝelazie

Jest to prawie czyste Ŝelazo. Największa
rozpuszczalność węgla w Ŝelazie

wynosi

0,02% C.
Austenit – roztwór stały węgla w Ŝelazie γ.
Nie  występuje  w  temperaturze  otoczenia.
Austenit jest bardzo plastyczny.
Perlit  –  mieszanina  etektoidalna  ferrytu
i  cementytu  zawierająca  0,8%C.  Powstaje
wskutek

rozpadu

austenitu

podczas

przemiany

eutektoidalnej

zachodzącej

w temperaturze 723

Ledeburyt

–

mieszanina

eutektyczna

austenitu i cementytu zawierająca 4,3%C.
Cieplnej.

Rys. 4.

Uproszczony wykres układu Ŝelazo cementyt [14, s. 70]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Klasyfikacja stali
Stalą nazywa się stop Ŝelaza z węglem, w którym zawartość węgla nie przekracza

wartości  2 %.  Stal  moŜna  otrzymywać  w  procesie  tzw.  świeŜenia  surówki  białej  (proces
Simensa-Martina  w  piecu  martenowskim).  Pierwotnie  w  surówce  znajduje  się  4,5%  węgla,
oraz  liczne  zanieczyszczenia.  ŚwieŜenie  oznacza  wypalanie  szkodliwych  domieszek
i obniŜenie  zawartości  węgla.  Stal  w  nowoczesnych  hutach  uzyskuje  się  w  piecach
konwertorowych, łukowych lub próŜniowych. Pozwalają one uzyskać stal wysokiej jakości.

Rys. 5. Schemat procesu produkcji stali [http://home.agh.edu.pl]

W celu uzyskania specjalnych właściwości stali wprowadza się do jej składu domieszki

dodatkowych  pierwiastków  (tzw.  składniki  stopowe).  Do  składników  stopowych
podnoszących  jakość  stali  naleŜą  następujące  pierwiastki:  chrom,  nikiel,  mangan,  wolfram,
miedź,  molibden,  tytan,  wanad.  Pierwiastki  takie  jak  tlen,  azot,  siarka  oraz  wtrącenia
niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu zanieczyszczają stal i obniŜają jej jakość.

Wyroby stalowe dostępne są w postaci znormalizowanych i róŜnorodnych wyrobów

hutniczych: wlewek, prętów okrągłych, kwadratowych, sześciokątnych, rur okrągłych, profili
zamkniętych i otwartych (płaskowniki, kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki), a takŜe
blach. Uwzględniając przeznaczenie stali, dzieli się ją na:
–

stale konstrukcyjne (węglowe i stopowe),

–

stale narzędziowe (węglowe, stopowe do pracy na zimno, stopowe do pracy na gorąco,
szybkotnące),

–

stale specjalne (nierdzewne, kwasoodporne, Ŝaroodporne).
Stali konstrukcyjnej uŜywa się do budowy konstrukcji stalowych oraz części urządzeń

i maszyn o typowym przeznaczeniu. Gdy konstrukcja lub element urządzenia pracuje
w trudnych lub ekstremalnych warunkach atmosferycznych, wytrzymałościowych lub
cieplnych, stosuje się stale specjalne (stale resorowe, spręŜynowe, łoŜyskowe itp.).

Stal narzędziowa słuŜy do produkcji narzędzi, elementów przyrządów pomiarowych oraz

odpowiedzialnych  uchwytów.  Stale  narzędziowe  charakteryzują  się  wysoką  twardością,
odpornością  na  ścieranie,  niewielką  odkształcalnością  i  niewraŜliwością  na  przegrzanie.
Cechy  te  gwarantuje  wysoka  zawartość  węgla  i  odpowiednia  obróbka  cieplna,  oraz  uŜycie
odpowiednich  dodatków  stopowych.  W  zaleŜności  od  warunków  pracy  narzędzia  wyróŜnia
się  stale  narzędziowe  do  pracy  na  zimno  (do  200°C)  i  do  pracy  na  gorąco.  Specjalną  grupę
tworzą tzw. stale szybkotnące.

Stal specjalna – to rodzaj stali przeznaczonej do specjalnych zastosowań. Stale specjalne

są bardzo drogie, gdyŜ zawierają duŜą ilość dodatków stopowych, wymagają skomplikowanej
obróbki cieplnej oraz wysokiego reŜimu obróbki. Stalami specjalnymi są m.in. stale

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

nierdzewne, kwasoodporne, Ŝaroodporne, o specjalnych właściwościach magnetycznych,
odporne na zuŜycie.

Uwzględniając skład chemiczny stali, dzieli się je na:

–

stale węglowe,

–

stale stopowe.

Rys. 6. Zastosowanie stali węglowych w zaleŜności od procentowej zawartości węgla [13, s. 333]

Stale węglowe to takie, w których głównym składnikiem wywierającym wpływ na

własności  mechaniczne  stali  jest  węgiel.  ZaleŜność  jest  następująca,  im  większa  zawartość
węgla w stali, tym większa jest jej wytrzymałość, twardość, zaś mniejsza plastyczność. Stale
węglowe  dzieli  się  na  niskowęglowe  (zawartość  węgla  do  0,25%),  średniowęglowe
(0,25–0,60%)  i  wysokowęglowe  (0,60–2%).  Pod  względem  jakości  stale  wśród  stali
węglowych wyróŜnia się stale pospolitej jakości (z duŜą ilością szkodliwych domieszek siarki
i fosforu), zwykłej i podwyŜszonej jakości.

Stale stopowe od stali węglowych róŜnią się tym, Ŝe celowo do ich składu wprowadza

się  róŜne  pierwiastki  (nieŜelazne  metale,  krzem),  które  pozwalają  nadać  stali  specjalne
właściwości.  Nazwy  poszczególnych  stali  tworzy  się  od  nazw  głównych  składników
stopowych  np.:  stal  chromowa,  stal  chromowo-niklowa,  stal  wanadowa  itp.  Dzięki
składnikom  stopowym  nim  moŜna  uzyskać  stal:  o  zwiększonej  wytrzymałości,  odporną  na
korozję, Ŝaroodporną itp.

Oznaczanie stali
Sposób oznaczania poszczególnych stali został szczegółowo ustalony w Polskich

Normach. Gatunki i rodzaje stali są umownie oznaczane literami i cyframi.

Stale konstrukcyjne węglowe zwykłej jakości w zaleŜności od składu chemicznego

i właściwości mechanicznych oznacza się literami „St” z cyfrą od 0 do 7 oznaczającej kolejny
gatunek stali (np. St0, St1, St2 itd., do St7).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stale konstrukcyjne węglowe zwykłej jakości o określonym składzie chemicznym

oznacza się MSt9, MSt1, do MSt7. Symbol stali konstrukcyjnych węglowych zwykłej
jakości, przydatnych do spawania zakończony jest literą „S” (np.: St3S). Stale konstrukcyjne
wyŜszej jakości oznacza się liczbą dwucyfrową, która określa średnią zawartość węgla w stali
(np.: stal 08 zawiera 0,05 do 0,11% węgla, a stal 25 zawiera 0,22 do 0,30% węgla).

Stale konstrukcyjne stopowe do nawęglania składa się z cyfr i liter. Pierwsze dwie cyfry

oznaczają  średnią  zawartość  węgla  w  stali,  natomiast  litery  określają  rodzaj  pierwiastków
stopowych  według  następującego  porządku:  G  –  mangan,  H  –  chrom,  J  –  aluminium,
N  –  nikiel,  B  –  bor,  M  –  molibden,  T  –  tytan,  F  –  wanad,  W  –  wolfram,  D  –  miedź,
Z – krzemochromowolfram, P – chromonikiel.

Oznaczenie stali narzędziowych rozpoczyna się duŜą literą „N”. Po niej następuje

dwucyfrowa liczba określająca średnią zawartość węgla w stali. JeŜeli na końcu symbolu
pojawia się litera E, oznacza to stal płytko hartującą się. Stale głęboko hartujące się nie mają
na końcu symbolu Ŝadnej litery (np.: N12E stal narzędziowa, płytko hartująca się, o średniej
zawartości węgla 1,2% – zwykle uŜywana do wyrobu pilników, noŜy, N9 – stal narzędziowa,
głęboko hartująca się, o zawartości węgla 0,9% uŜywana do wyrabiania gwintowników,
przebijaków).

Oznaczenie stali narzędziowych stopowych do pracy na zimno składa się z liter; „N”

i liter  oznaczających  zawarte  w  stali  najwaŜniejsze  pierwiastki  stopowe  (np.:  NV  –  stal
narzędziowa,  stopowa  do  pracy  na  zimno  –  wanadowa).  Oznaczenie  stali  narzędziowych
stopowych  do  pracy  na  gorąco  składa  się  z  liter;  „W”  i liter  oznaczających  zawarte  w  stali
najwaŜniejsze pierwiastki stopowe (np.: WV – stal narzędziowa, stopowa do pracy na gorąco
–  wanadowa).  Oznaczenie  stali  narzędziowych  stopowych  szybkotnących  rozpoczyna  się
literą „S” (np.: SW stal szybkotnąca wolframowa, SV stal szybkotnąca wanadowa).

Stale do produkcji rur są oznaczone symbolami „R” (np.: R35, R45)
Przykłady stali o podwyŜszonej wytrzymałości 18G2, 18G2A i 18G2AV. Stale

trudnordzewiejące są oznaczone symbolami 10HA, 10H, 12HIJA, 12PJA.

Nowe oznaczanie stali wg norm PN-EN
W normach PN-EN stosowane są dwa systemy oznaczania stali:

–

system literowo-cyfrowy (PN-EN 10027–1:1994),

–

system cyfrowy (PN-EN 10027-2:1994).
KaŜdy gatunek stali ma nadany znak i numer, który jednoznacznie identyfikuje tylko

jeden materiał. W przypadku systemu literowo  cyfrowego symbole literowe są odpowiednio
dobrane  tak,  Ŝe  wskazują  na  główne  cechy  stali  np.  zastosowanie,  własności  mechaniczne,
skład  chemiczny.  UmoŜliwia  to  łatwe  identyfikowanie  poszczególnych  gatunków  stali.
W przypadku  oznaczania  stali  w  systemie  cyfrowym  kaŜdy  gatunek  stali  ma  nadany  numer
składający się z pięciu cyfr, który moŜna stosować zamiast znaku stali. Numer gatunku stali
nadaje Europejskie biuro rejestracyjne. Pierwsza cyfra w numerze „1” oznacza, Ŝe jest to stal,
dwie  następne  oznaczają  grupę  stali,  a  dwie  końcowe  wyróŜniają  konkretny  gatunek
w grupie.(Przykład: „1.4541” oznacza stal odporną na korozję ze specjalnymi dodatkami).

Stale oznaczane wg ich zastosowania i właściwości mechanicznych i fizycznych
W tym przypadku znak zawiera symbole główne np: S stale konstrukcyjne, P stale

pracujące pod ciśnieniem, E stale maszynowe. (Przykład: stal S185 zastosowanie: konstrukcje
nitowane i łączone śrubami pracujące w temperaturze otoczenia).

Stale niestopowe. Znak stali składa się z następujących symboli: litery C, liczby

określającej 100-krotną wartość wymaganej zawartości procentowej węgla. (Przykład: stal
C45U zastosowanie: proste narzędzia ręczne, młotki zwykłe i kowalskie, kowadła,
pomocnicze narzędzia kowalskie itp.)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stale stopowe. Znak stali składa się z następujących symboli literowych i liczbowych:

litery  X,  liczby  określającej  100-krotną  wartość  wymaganej  zawartości  procentowej  węgla,
symboli  chemicznych  oznaczających  składniki  stopowe  stali,  liczb  oznaczających  średni
procent  zawartości  pierwiastków  stopowych.  (Przykład:  stal  X5CrNi18–10  zastosowanie:
w przemyśle chemicznym, przetwórstwa spoŜywczego, zbiorniki, pompy, rurociągi, implanty
medyczne, naczynia)

Rys. 7.

Fragment cyfrowego systemu oznaczania stali wg norm europejskich [http://home.agh.edu.pl]

Stale szybkotnące. Znak stali składa się z: liter HS, liczby oznaczającą średnie

procentowe zawartości pierwiastków stopowych, zaokrąglone do liczby całkowitej
i oddzielone kreska poziomą w następującym porządku: wolfram (W)-molibden (Mo)-wanad
(v)-kobalt (Co)

(Przykład: stal HS2–9–2 zastosowanie: wiertła spiralne, frezy, narzynki i gwintowniki,

narzędzia do obróbki kół zębatych)

Staliwo
Jest to stal w postaci lanej, o zawartości węgla od 0,1 do 0,6%, odlana w formie

o określonym kształcie. Odlew po zakrzepnięciu moŜe być poddany dalszej obróbce
skrawaniem lub cieplnej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rozpoznawanie jakości stali metodami warsztatowymi.
W warunkach warsztatowych w pewnym przybliŜeniu moŜna określić jakość stali jaką

dysponujemy.  Jednym  ze  sposobów  jest  obserwacja  barwy  i  kształtu  iskier  powstających
podczas  szlifowania.  Podczas  szlifowania  stali  miękkiej  powstają  iskry  białe  i  długie.
W przypadku  szlifowania  stali  o  zwartości  węgla  do  0,6%  powstają  iskry  jasnoŜółte
o niewielkiej  ilości  gwiazdek.  Ze  stali  o  zawartości  węgla  ponad  0,6%  podczas  szlifowania
powstaje  duŜy  snop  iskier  w  kształcie  gwiazdek  o  Ŝółtym  kolorze.  JeŜeli  szlifujemy  stal
specjalną, powstają iskry kolorowe. W przypadku stali wolframowej czerwone, a chromowo-
wolframowej  biało-czerwone  z  Ŝółtymi  punktami.  Inna  metoda  określenia  zawartości  węgla
w stali  polega  na  wnikliwym  obejrzeniu  przełomu  próbki.  Stal  o  małej  zawartości  węgla
będzie miała przełom włóknisty i barwę srebrzystoszarą.

Badanie twardości metalu w warunkach warsztatowych polega na nacięciu próbki

materiału pilnikiem.

Rys. 8. Badanie składu chemicznego stali przez iskrzenie a) stal niskowęglowa,

b) średniowęglowa, c) narzędziowa, d) Ŝeliwo, e) szybkotnąca, f) manganowa
[13, s. 316]

eliwo

Jest to stop odlewniczy Ŝelaza z węglem, krzemem, manganem, fosforem, siarką i innymi

składnikami  zawierający  od  2%  do  3,6%  węgla  w  postaci  cementytu  lub  grafitu.
Występowanie  konkretnej  postaci  węgla  zaleŜy  od  szybkości  chłodzenia.  śeliwo  otrzymuje
się  przez  przetapianie  surówki  z  dodatkami  złomu  stalowego  lub  Ŝeliwnego  w  piecach
zwanych Ŝeliwniakami. Tak powstały materiał stosuje się do wykonywania odlewów. śeliwo
charakteryzuje  się  niewielkim  skurczem  odlewniczym,  łatwością  wypełniania  form,  a  po
zastygnięciu  dość  dobrą  obrabialnością.  W  celu  usunięcia  ewentualnych  ostrych  krawędzi
i pozostałości  formy  odlewniczej  wyroby  odlewnicze  po  zastygnięciu  poddaje  się  obróbce
mechanicznej  przez  szlifowanie.  Odlew  poddaje  się  takŜe  procesowi  sezonowania,  którego
celem  jest  zmniejszenie  wewnętrznych  napręŜeń.  Bez  tego  zabiegu  wewnętrzne  napręŜenia
mogłyby  doprowadzić  do  odkształceń  wyrobu  lub  nawet  jego  uszkodzenia.  śeliwo  dzięki
wysokiej zawartości węgla posiada wysoką odporność na korozję.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W technice stosuje się róŜne rodzaje Ŝeliwa.
ś

eliwo szare to rodzaj Ŝeliwa w którym węgiel występuje w postaci grafitu. Nazwa jego

pochodzi od faktu, iŜ jego przełom ma szary kolor. Uznawane za Ŝeliwo wyŜszej jakości, jest
bardziej ciągliwe, łatwiej obrabialne, charakteryzuje się dobrą lejnością i posiada mniejszy
skurcz odlewniczy niŜ Ŝeliwo białe.

eliwo białe to Ŝeliwo w którym węgiel występuje w postaci kruchego cementytu. Nazwa

jego pochodzi od faktu, iŜ jego przełom ma jasnoszary kolor. Uznawane za Ŝeliwo niŜszej
jakości, jest mniej ciągliwe, gorzej obrabialne, charakteryzuje się nie najlepszą lejnością
i posiada większy skurcz odlewniczy, niŜ Ŝeliwo szare. Jest to Ŝeliwo kruche i nieobrabialne,
nie nadaje się na części konstrukcyjne. Jest materiałem wyjściowym do otrzymywania Ŝeliwa
ciągliwego.

eliwo ciągliwe to Ŝeliwo otrzymane w wyniku długotrwałego wyŜarzania Ŝeliwa

białego. śeliwo takie posiada bardzo dobre własności wytrzymałościowe, porównywalne do
stali.

eliwo stopowe to takie Ŝeliwo, do którego w celu modyfikacji jego własności

fizycznych i chemicznych dodawane są dodatki stopowe takie jak krzem, nikiel, chrom,
molibden, aluminium i inne. Istnieją następujące typy Ŝeliw stopowych: Ŝeliwo odporne na
korozję, Ŝeliwo kwasoodporne, Ŝeliwo Ŝaroodporne.

Przykłady Ŝeliw stopowych:

–

silal – przeznaczone na odlewane elementy do pracy w temperaturach dochodzących do
600–800°C, wadą silalu jest wysoka kruchość,

–

nicrosilal – podobne do silalu z większym dodatkiem niklu. Charakteryzuje się większą
Ŝ

aroodopornością i lepszymi charakterystykami wytrzymałościowymi,

–

niresist – cechuje się wysoką Ŝaroodpornością, a zarazem odpornością na korozję.

Metale nieŜelazne i ich stopy
W technice najczęściej wykorzystuje się metale nieŜelazne takie jak: cyna, miedź,

aluminium, ołów, nikiel, cynk. PoniewaŜ metale nieŜelazne są dość drogie, często zastępuje
się je ich stopami.

Aluminium (Al) zwane równieŜ glinem, jest lekkim metalem o barwie srebrzystobiałej.

Jest  odporny  na  wpływy  atmosferyczne,  a  takŜe  działanie  słabych  kwasów,  alkoholi
i tłuszczów.  Charakteryzuje  się  dobrą  przewodnością  elektryczną  i  cieplną,  a  takŜe  dobrą
kowalnością i lejnością. Stosuje się go do wyrobu przewodów elektrycznych, róŜnego rodzaju
zbiorników,  armatury,  naczyń  mleczarskich.  Ma  takŜe  duŜe  zastosowanie  jako  składnik
stopów  z  innymi  metalami.  Zastosowanie  aluminium  w  stanie  czystym:  w  przemyśle
chemicznym i spoŜywczym na zbiorniki, przewody, armaturę, naczynia i sprzęt gospodarstwa
domowego,  folie  i opakowania,  w  przemyśle  elektrotechnicznym  na  przewody  elektryczne
zwłaszcza wysokiego napięcia, elementy konstrukcyjne kaset, pulpitów, obudów itp.

Cyna (Sn) jest bardzo miękkim metalem o barwie szarej. Cyna poprzez zabieg cynowania

lub bielenia stosowana jest do pokrywania warstwą ochronną stali i miedzi. Dokonuje się tego
przez zanurzenie części pobielanej w roztopionej cynie. Cyna jest składnikiem stopowym
brązu i spiŜu. Jest takŜe wykorzystywana w stopach łoŜyskowych i stopach do lutowania.

Cynk (Zn) jest metalem o barwie srebrzystej z odcieniem błękitnym. Jest bardzo odporny

na działanie powietrza i wilgoci, daje się łatwo przerabiać na blachy, pręty, folie i drut. Cynk
wykorzystuje się do tworzenia warstw ochronnych na wyrobach Ŝelaznych (cynkowanie).
Stosuje się go równieŜ jako składnik w stopach.

Chrom (Cr) jest metalem o barwie srebrzystej z niebieskawym odcieniem. Jest twardy,

trudno topliwy. Dzięki niewidocznej powłoce tlenku którym się pokrywa jest odporny na
korozję. Stosowany jest jako składnik stopowy, a takŜe do ozdobnego pokrywania
galwanicznego (chromowania) wyrobów stalowych i mosięŜnych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kadm (Cd) o własnościach podobnych do własności cynku. Jest uŜywany jako składnik

stopowy.

Kobalt (Co) metal srebrzystobiały, o niebieskawym połysku, kowalny, ciągliwy,

ferromagnetyczny, trudnotopliwy. Odporny na działanie czynników atmosferycznych.

Nikiel (Ni) jest metalem o srebrzystobiałej barwie z lekkim Ŝółtawym odcieniem. Jest

odporny na korozję i niektóre kwasy. Nikiel jest ciągliwy i plastyczny. Stosowany jest do
galwanicznego pokrywania (niklowania) innych metali. Ma szerokie zastosowanie jako
składnik stali stopowych, brązów i mosiądzów.

Miedź (Cu) jest plastycznym metalem o jasnoczerwonej barwie. Po długotrwałym

działaniu  warunków  atmosferycznych  pokrywa  się  zielonym  nalotem.  Miedź  jest  dobrym
przewodnikiem  prądu  elektrycznego  i  ciepła.  UŜywana  jest  do  wyrobu  przewodów
elektrycznych,  uzwojeń  silników  elektrycznych  i  prądnic.  Miedź  znajduje  równieŜ  duŜe
zastosowanie

pokrywania

przedmiotów

stalowych,

cynkowych,

cynowych

i aluminiowych, przed chromowaniem lub niklowaniem. Z miedzi wykonuje się elementy
urządzeń grzewczych, chłodniczych itp. Miedź jest głównym składnikiem stopowym takich
stopów jak: mosiądze, brązy, spiŜe.

Ołów jest metalem o barwie szarej, miękkim i odpornym na działanie kwasów i zasad.

Jest składnikiem wielu stopów. Stosuje się go w przemyśle chemicznym do sporządzania
naczyń i armatury do kwasów, w przemyśle elektrotechnicznym do wykonywania płyt
akumulatorowych. Bywa równieŜ stosowany w formie róŜnego rodzaju obciąŜników.

Stopy metali nieŜelaznych
Stopy aluminium ze względu na małą masę właściwą noszą nazwę stopów lekkich.

Z tego względu oraz dzięki dobrym właściwościom wytrzymałościowym znajdują szerokie
zastosowanie w przemyśle maszynowym. Najbardziej znanymi stopami aluminiowymi są
duraluminium i silumin.
–

Duraluminium  (dural)  jest  stopem  aluminium,  miedzi,  magnezu  i  manganu
z domieszkami  Ŝelaza  i krzemu.  Odznacza  się  duŜą  twardością,  wytrzymałością  i  małą
masą  właściwą.  Duraluminium  jest  stopem,  który  znalazł  szerokie  zastosowanie
w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.

–

Silumin  jest  odmianą  stopu  aluminiowego,  która  oprócz  aluminium  zawiera  duŜe  ilości
krzemu  oraz  niewielkie  ilości  miedzi,  magnezu  i  manganu.  Silumin  jest  stopem
stosowanym  do  wyrobu  elementów  silników  spalinowych  (tłoków),  części  pomp
i armatury chemicznej.
Elementy  i  konstrukcje  ze  stopów  aluminium  wykonuje  się  poprzez  walcowanie,

wyciskanie, kucie lub ciągnienie. Wyroby te nie mogą być przeznaczone do kontaktu
z Ŝywnością.

Stopy miedzi
Najbardziej znanymi stopami miedzi są brązy i mosiądze.

–

Brąz to stop miedzi z cyną (brązy cynowe), miedzi z ołowiem (brązy ołowiowe) lub
miedzi z aluminium (brązy aluminiowe). Brązy są odporne na ścieranie oraz na działanie
związków chemicznych. Stosowane są na tulejki, panewki łoŜysk ślizgowych, części
armatury, zawory pomp itp.

–

Mosiądz  jest  stopem  miedzi  z  cynkiem.  Barwa  mosiądzu  zaleŜnie  od  zawartości  miedzi
zmienia  się  od  Ŝółtej  do  czerwono-Ŝółtej.  Stosowany  jest  do  wyrobu  armatury
wodociągowej,  przewodów  paliwowych,  części  elektrotechnicznych,  przyrządów
optycznych i instrumentów muzycznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stopy łoŜyskowe
Są to stopy słuŜące do wylewania panewek łoŜyskowych. Stopy te powinny

charakteryzować

się

odpowiednimi

właściwościami

mechanicznymi

pracy

w podwyŜszonej temperaturze łoŜyska, małym współczynnikiem tarcia, duŜą odpornością na
ś

cieranie, odpornością na kwasy znajdujące się w smarach. Najczęściej stosowanymi stopami

łoŜyskowymi są:
–

stopy cynowe (stosowane w łoŜyskach samochodów, ciągników i innych łoŜyskach
mocno obciąŜonych),

–

stopy cynowo-ołowiowe, (uŜywane w łoŜyskach mniej obciąŜonych, np. w maszynach
rolniczych),

–

brązy cynowe (stosowane na odlewy panewek),

–

brązy ołowiowe (stosowane do łoŜysk pracujących pod duŜym obciąŜeniem).
Stopy tytanu
Lekkie stopy, bardzo wytrzymałe optymalne do produkcji samolotów. Przeznaczenie:

powłoki silników rakietowych, części silników turbinowych, tarcze, pierścienie, łopatki,
okucia lotnicze, naczynia ciśnieniowe.

Stopy kobaltu
Zastosowanie: w medycynie do wykonania nietoksycznych implantów, odporne na

działanie kwasów organicznych, wykorzystywane w technice lotniczej i kosmicznej,
materiały odporne na ścieranie, Ŝaroodporne i Ŝarowytrzymałe. Mają zastosowanie do
budowy endoprotez stawowych.

Stopy cynku
50% światowej produkcji cynku przeznaczone jest na powłoki ochronne elementów ze

stali i Ŝeliwa, elementy głębokotłoczne w przemyśle samochodowym, sprzęt gospodarstwa
domowego

Stopy ołowiu
Ołów i jego stopy mają zastosowanie do produkcji elektrod akumulatorowych, płaszczy

kablowych i łoŜysk ślizgowych

4.1.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie normy prawne regulują stosowanie materiałów i wyrobów przeznaczonych do
kontaktu z Ŝywnością?

Jakie właściwości fizyczne charakteryzują metale?

Jakie znasz właściwości mechaniczne metali?

Co to jest stal?

Jak klasyfikujemy stal pod względem przeznaczenia?

Czym róŜnią się stale stopowe od stali węglowych?

W jaki sposób oznacza się stale?

Co to jest Ŝeliwo?

Co to jest staliwo?

10.

Jakie znasz metale nieŜelazne i ich stopy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Mając do dyspozycji stalowy pręt o przekroju kwadratowym (bok 20 mm) i długości

1,2 m, oblicz jego masę wiedząc, Ŝe gęstość stali wynosi 7850 kg/m

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

obliczyć objętość pręta,

obliczyć masę pręta.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

materiały piśmiennicze,

–

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Odszukaj w Poradniku mechanika informację na temat twardości róŜnych metali.

W jakich jednostkach jest ona określona? Czy moŜna zmienić twardość stali? W jaki sposób?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeanalizuj treść ćwiczenia,

korzystając z Poradnika ucznia i Poradnika mechanika odpowiedz na zadane pytania.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 3

W Poradniku mechanika odszukaj w tabeli wyrobów hutniczych informacje

charakteryzujące kątownik równoramienny o wymiarach 45x45x4. Na podstawie tych
informacji oblicz masę konstrukcji do której budowy zuŜyto 12 m tego kątownika.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

odszukać w Poradnika mechanika potrzebne informacje,

wykonać polecenie z ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 4

Rozpoznaj róŜne rodzaje próbek stalowych, wykonując próbę za pomocą szlifierki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeczytać odpowiedni fragment Poradnika,

przeprowadzić obserwację iskier podczas szlifowania róŜnych gatunków stali,

określić gatunki stali na podstawie iskier.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

stołowa szlifierka tarczowa, okulary ochronne,

–

próbki róŜnych gatunków stali,

–

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 5

Rozpoznaj róŜne rodzaje stopów metali nieŜelaznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeczytać odpowiedni fragment Poradnika,

określić rodzaje stopów nieŜelaznych, z jakiego zostały zrobione przedmioty.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

próbki róŜnych przedmiotów wykonanych ze stopów nieŜelaznych,

–

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

4.1.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

sklasyfikować i rozróŜnić stopy Ŝelaza?

sklasyfikować i rozróŜnić metale nieŜelazne?

określić właściwości fizyczne metali?

określić właściwości mechaniczne metali?

określić właściwości metali nieŜelaznych?

określić zastosowanie róŜnych stopów nieŜelaznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.

Tworzywa sztuczne. Materiały kompozytowe

4.2.1.

Materiał nauczania

Tworzywa sztuczne
Tworzywa sztuczne są wielkocząsteczkowymi związkami organicznymi otrzymywanymi

przez chemiczną przeróbkę surowców pochodzenia naturalnego (roślinnego lub zwierzęcego)
bądź  teŜ  metodą  syntezy  z  produktów  chemicznej  przeróbki  węgla,  ropy  naftowej  lub  gazu
ziemnego.  Są  produkowane  juŜ  od  przeszło  60  lat.  Materiały  oparte  na  polimerach
syntetycznych,  często  zastępują  tradycyjne  materiały  takie  jak  drewno,  ceramika,  metal,
kauczuk  naturalny.  Tworzywa  sztuczne  mogą  być  półproduktami  (np.  Ŝywice  poliestrowe)
lub  wyrobami  gotowymi.  W  skład  tworzyw  sztucznych  wchodzą  oprócz  polimerów  takŜe
plastyfikatory  (zmiękczacze),  wypełniacze  (zmieniające  właściwości  mechaniczne)  oraz
substancje barwiące.

Uwzględniając właściwości tworzyw sztucznych moŜna je sklasyfikować jako:

–

duromery, czyli tworzywa twarde, trudnotopliwe, o wysokiej odporności mechanicznej,
słuŜące często jako materiały konstrukcyjne (tzw. sztuczne metale); niektóre duromery
zastępują teŜ materiały ceramiczne,

–

plastomery,  tworzywa  popularnie  zwane  termoplastami,  mniej  sztywne  od  duromerów,
łatwotopliwe  i  zwykle  rozpuszczalne.  Dzięki  ich  topliwości  moŜna  je  przetwarzać
poprzez  topienie  i  wtryskiwanie  do  form  lub  wytłaczanie.  Pozwala  to  na  uzyskiwanie
nawet  bardzo  skomplikowanych  kształtów.  Stosowane  są  jako  obudowy  do  maszyn
i urządzeń, elementy wyposaŜenia domowego itp.

–

elastomery  to  tworzywa,  które  moŜna  rozciągać  i  ściskać,  w  wyniku  czego  zmieniają
znacznie  swój  kształt.  Po  odjęciu  siły  elastomery  wracają  do  swoich  poprzednich
wymiarów. Elastomery zastąpiły prawie całkowicie kauczuk naturalny.
Ze  względów  ekologicznych  trwają  prace  nad  tworzywami  sztucznymi,  które

podlegałyby biologicznej degradacji, a produkowane by były na bazie roślinnej lub
zwierzęcej.

Właściwości tworzyw sztucznych
Tworzywa sztuczne cechują się:

−

łatwością formowania elementów o skomplikowanych kształtach, bez dodatkowej
obróbki,

−

stosunkowo duŜą odpornością chemiczną,

−

dobrymi właściwościami mechanicznymi i bardzo dobrymi elektrycznymi,

−

niską gęstością,

−

moŜliwością łatwego otrzymywania wyrobów o estetycznym wyglądzie,

−

moŜliwością nadawania wyrobom róŜnych kolorów,

−

moŜliwością uzyskania wyrobów przezroczystych.

Tworzywa sztuczne mogą być stosowane w róŜnorodnej postaci, m.in. jako: tworzywa

konstrukcyjne, materiały powłokowe, spoiwa, kleje, kity, włókna syntetyczne. Coraz częściej
uŜywa  się  ich  do  wytwarzania  części  maszyn  i  urządzeń  oraz  przedmiotów  powszechnego
uŜytku.  W  porównaniu  z  właściwościami  metali,  tworzywa  sztuczne  posiadają  niŜszą
wytrzymałość  mechaniczną  i  mniejszą  twardość  oraz  stosunkowo  niewielką  odporność
cieplną.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Skład tworzyw sztucznych
Podstawowym składnikiem tworzyw sztucznych są wielkocząsteczkowe związki, które

mogą być pochodzenia syntetycznego lub naturalnego. Oprócz tego związku tworzywo
sztuczne zawiera składniki dodatkowe, które nadają mu korzystne właściwości uŜytkowe.

Dodatkowymi składnikami znajdującymi się w tworzywach sztucznych są:

−

Barwniki (naturalne lub syntetyczne), uŜywane do barwienia róŜnorodnych materiałów
(tkanin, papieru, skór, drewna, tworzyw sztucznych, Ŝywności, kosmetyków).

−

Pigmenty – substancje barwne, które w stanie rozdrobnienia są stosowane do wyrobu farb
oraz  barwienia  tworzyw  sztucznych,  a  takŜe  włókien  syntetycznych,  wyrobów
ceramicznych, gumy, papieru. Pigmenty nieorganiczne (mineralne) dzieli się na naturalne
(farby  ziemne)  i  sztuczne  (sole  i  tlenki  metali  otrzymywane  sztucznie).  Do  pigmentów
nieorganicznych  zalicza  się  takŜe  pigmenty  otrzymywane  z  metali  nieŜelaznych
np. glinu,  miedzi  i  ich  stopów.  Pigmenty  organiczne,  równieŜ  dzieli  się  na  naturalne
i syntetyczne.  Naturalne  występują  w  organizmach  Ŝywych  np.  chlorofil,  hemina,  sepia,
indygo.  Niekiedy  pigmenty  oprócz  właściwości  barwienia  substancji,  wykazują  takŜe
inne  cechy:  świecenie  (luminofory)  lub  zmianę  barwy  wraz  ze  zmiana  temperatury
(pigmenty  termoczułe).  Mają  wówczas  zastosowanie  do  produkcji  farb  świecących
i termometrycznych.

−

Stabilizatory,  są  to  substancje  chemiczne  zapobiegające  (lub  opóźniające)  samorzutne
i niekorzystne  przemiany  chemiczne  innych  substancji,  takich  jak:  artykuły  spoŜywcze,
leki,  polimery,  zawiesiny  i  emulsje,  do  których  dodawane  są  w  niewielkich  ilościach.
Stabilizatory osłabiają działanie czynników termicznych, hydrolitycznych, biologicznych
i świetlnych.

−

Napełniacze,  wypełniacze,  obciąŜniki  są  to  substancje  wprowadzane  do  tworzyw
sztucznych,  mieszanek  gumowych,  farb  i  innych  w  celu  poprawy  ich  własności
mechanicznych,  elektroizolacyjnych  i  przeciwpoŜarowych  oraz  obniŜenia  ich  ceny.
Najczęściej stosowane napełniacze to: mączka drzewna i kamienna, ziemia okrzemkowa,
pył  metalowy,  sadze,  grafit,  ścinki,  włókna,  tkaniny  szklane,  azbest,  miki  a  takŜe
pigmenty.

−

Zmiękczacze, plastyfikatory to najczęściej oleiste ciecze o małej lotności lub ciała stałe,
które mieszają się homogenicznie z polimerem, nie wchodząc z nim w reakcję. Dodatek
zmiękczaczy do polimerów powoduje obniŜenie temperatury kruchości i mięknienia oraz
podwyŜszenie odkształcalności i spręŜystości. Ułatwione zostaje takŜe przetwórstwo
polimeru. Zmiękczacze powinny być stabilne chemicznie, nietoksyczne oraz nie
pogarszać właściwości. Ze względu na pochodzenie zmiękczacze dzieli się na: naturalne
(olej słonecznikowy) oraz syntetyczne (estry, ketony itp.).

Rodzaje tworzyw sztucznych
Polimery moŜna otrzymywać w trzech róŜnych procesach chemicznych:

–

przez polimeryzację, gdy z wielu pojedynczych cząstek (monomerów), tworzą się
zespoły tych cząstek (polimery); gdy w reakcji bierze udział więcej związków wówczas
powstaje kopolimer (przykłady tworzyw: polietylen, polipropylen, polistyren, kopolimery
winylu PCW, Ŝywice akrylowe)

–

polikondensacja przebiega podobnie do polimeryzacji z tym, Ŝe w czasie jej przebiegu
wydzielają się produkty uboczne (woda, chlorowodór, alkohol), (przykłady tworzyw:
fenoplasty, aminoplasty, silikony, poliestry nasycone i nienasycone),

–

poliaddycja to reakcja wiązania monomerów w związki wielkocząsteczkowe bez
wydzielania produktów ubocznych (przykłady tworzyw: poliuretany),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podstawą klasyfikacji tworzyw sztucznych jest ich zachowanie się pod wpływem ciepła.

Dzieli się je na:
–

tworzywa termoplastyczne (termoplasty) po powtórnym nagrzaniu miękną i poddają się
formowaniu, czyli staja się plastyczne; takie tworzywa moŜna kilkukrotnie przerabiać; są
wodoodporne i odporne na udar, dają się łatwo spawać,

–

tworzywa termoutwardzalne pod wpływem wysokiej temperatury stają się plastyczne, po
czym twardnieją w sposób nieodwracalny; są mało ścieralne, mniej kruche.

Rys. 9. Przykłady elementów wykonanych z tworzyw sztucznych [www.plastem.pl]

Przykłady tworzyw sztucznych
Poliamidy (PA) to związki wielocząsteczkowe, które zawierają w makrocząsteczce

ugrupowania  amidowe.  Poliamidy  zaliczane  są  do  typowych  polimerów  krystalicznych.
Cechuje  je  dobra  wytrzymałość  na  rozciąganie,  wysoki  moduł  spręŜystości,  twardość,
odporność na ścieranie itp. Poliamidy wytwarza się z pochodnych węgla, gazu ziemnego lub
ropy  naftowej.  Poliamidy  w  najróŜniejszych  postaciach  znajdują  zastosowanie  w  wielu
gałęziach  przemysłu.  Niełamliwe  artykuły  codziennego  uŜytku,  artykuły  techniczne,  którym
stawiane  są  wysokie  wymagania  wytrzymałościowe,  włókna,  lekkie  tkaniny  stanowią
najbardziej  wyróŜniający  się  zakres  zastosowań  tych  polimerów.  Wyroby  z  poliamidu  są
twarde  i  elastyczne,  niewraŜliwe  na  uderzenia,  posiadają  duŜą  odporność  chemiczną,  mogą
pracować  bez  smarowania,.  Z  poliamidu  wykonuje  się  tuleje  łoŜyskowe,  koła  zębate,
pokrywy, korpusy, podkładki, kordy do opon, obicia tapicerskie, pasy bezpieczeństwa itp.

Poliuretany (PUR lub PU) to polimery termoplastyczne, a ich własności zbliŜone są do

poliamidów.  W  odróŜnieniu  jednak  od  poliamidów  nie  chłoną  wody,  mają  bardzo  dobre
własności  dielektyczne.  Znajdują  odpowiednio  szerokie  i  róŜnorodne  zastosowanie.
Przykładowo  moŜna  z  nich  wytwarzać  włókna  odzieŜowe,  oploty  przewodów,  folie  do
wyrobu  worków,  kształtki,  lakiery  do  izolacji  przewodów  i  malowania  podłóg,  kleje  do
róŜnych  materiałów,  między  innymi  do  metali  lekkich  i  stali,  rodzaj  miękkiej  gumy  na
membrany, opony, podeszwy do butów.

Polichlorek winylu (PCW) to tworzywo niepalne, niewraŜliwe na wilgoć, odporne na

czynniki chemiczne. Występuje pod wieloma nazwami handlowymi: winidur, igielit,
winoplast. W temperaturze pokojowej polichlorek winylu jest twardy, mało spręŜysty, a przy
obniŜeniu temperatury staje się kruchy. Twardy polichlorek winylu, z uwagi na jego duŜą
odporność chemiczną, znajduje zastosowanie przede wszystkim do produkcji rur i wykładzin,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zbiorników  na  naczynia,  na  oleje  i  tłuszcze.  MoŜe  być  równieŜ  wykorzystywany  na  płyty
gramofonowe.  Daje  się  łatwo  kleić  i  spawać,  jest  w  zasadzie  niepalny.  Jest  odporny  na
działanie  kwasów,  zasad,  benzyny.  Polichlorek  winylu  miękki  stosuje  się  do  wyrobu  folii,
giętkich  węŜy  do  wody,  powłok  antykorozyjnych,  wykładzin  podłogowych  oraz  róŜnych
przedmiotów codziennego uŜytku.

Polietylen (PE) znany jest juŜ od 1937 roku i w technice dość rozpowszechniony. Jest

substancją  białą,  konsystencji  proszku  lub  granulatu,  przypominającą  w  dotyku  parafinę.
Powstaje w procesie polimeryzacji etylenu. Powierzchnia tworzywa daje się łatwo zarysować,
lecz  jest  w  odróŜnieniu  od  parafiny  zwarta.  Jest  tworzywem  o  doskonałych  własnościach
dielektrycznych  i  duŜej  odporności  na  działanie  kwasów,  zasad,  soli  i  większości  związków
organicznych.  W  węglowodorach  alifatycznych,  aromatycznych  i  chlorowcopochodnych,
polietylen  pęcznieje,  czemu  towarzyszy  pogorszenie  jego  własności  fizycznych.  Ponadto
przewody  (rury,  kable)  z  polietylenu,  ułoŜone  w  ziemi,  mogą  ulegać  zniszczeniu,
określanemu potocznie przez analogię do metali – korozją. Polietylen znajduje zastosowanie
w produkcji folii i innych opakowań, do wyrobu rur nadających się zarówno do wody pitnej,
jak i do ścieków, jako powłoki kablowe oraz do wyrobu elementów gospodarstwa domowego,
za  wyjątkiem  pojemników  lub  opakowań  do  mleka  i  tłuszczów  zwierzęcych.  Polietylen
przetwarza się metodą wtrysku i wytłaczania. Zaletami są odporność na czynniki chemiczne,
dobre  własności  dielektryczne,  łatwo  się  barwi.  Do  wad  zalicza  się  małą  płynność,  szybkie
starzenie się.

Rys. 10. Kraty pomostowe wykonane z polipropylenu [www.amargo.pl]

Polipropylen (PP) jest tworzywem częściowo krystalicznym o własnościach zbliŜonych

do polietylenu. Otrzymuje się go na skalę przemysłową przez niskociśnieniową polimeryzację
propylenu  wobec  katalizatora.  Polipropylen  charakteryzuję  się  małą  ścieralnością  i  dobrymi
własnościami  dielektrycznymi.  MoŜe  być  stosowany  w  temperaturach  od  35  do  130ºC.  Jest
gładki w dotyku, ma większa odporność powierzchni na zarysowania i uszkodzenia, nie ulega
korozji napręŜeniowej, ma mniejszą gęstość, większą wytrzymałość na rozciąganie i większą
odporność  termiczną.  Jako  wady  polipropylenu  naleŜałoby  wymienić  stosunkowo  duŜą
kruchość w temperaturach poniŜej 0ºC i większą niŜ polietylen wraŜliwość na działanie tlenu.
Polipropylen  znalazł  szerokie  zastosowanie  w  przemyśle  do  wyrobu  róŜnych  elementów
maszyn  poddawanych  większym  obciąŜeniom  (wałki  drukarskie,  koła  zębate),  naczynia
i elementy  do  sterylizacji  wrzeniem  oraz  wyroby  wymagające  łączenia  i  współpracy
z elementami metalowymi.

Polistyren (PS) jest odporny na wodę, ale posiada niską odporność na ciepło jest

łatwopalny, co eliminuje go jako materiał konstrukcyjny. Otrzymuje się go na drodze
polimeryzacji styrenu w podwyŜszonej temperaturze. W normalnej temperaturze pokojowej
jest to tworzywo twarde i kruche, bez zapachu, bez smaku, fizjologicznie obojętne. Polistyren

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

otrzymuje  się  z  etylenu  i  benzenu.  Jest  materiałem  stosunkowo  lekkim  o  duŜej  stałości
wymiarów,  co  umoŜliwia  stosowanie  go  w  precyzyjnej  aparaturze  pomiarowej.  Cechuje  się
małą  nasiąkliwością  wody,  dobrymi  własnościami  dielektrycznymi,  niezmiennymi
w szerokim zakresie częstotliwości, a takŜe duŜą odpornością na działanie większości cieczy,
nawet  silnie  korodujących.  Nie  odporny  jest  natomiast  na  działanie  rozpuszczalników
organicznych. Pod wpływem światła słonecznego polistyren Ŝółknie i staje się bardzo kruchy.
Jest  jednym  z  najczęściej  stosowanych  tworzyw  sztucznych,  poniewaŜ  obok  własności
mechanicznych i fizycznych, cechuje  go łatwość  formowania i niska cena. SłuŜy do wyrobu
galanterii  technicznej,  obudowy  róŜnych  urządzeń  mechanicznych  i  wykładzin,  a  jako
tworzywo  parowate  (styropian)  –  do  opakowań  i  płyt  termoizolacyjnych.  Stosowany  jest
równieŜ  w  przemyśle  elektrotechnicznych  i  radiotechnicznym.  śywice  poliestrowe  po
zmieszaniu ze styrenem tworzą Ŝywice utwardzalne na zimno.

Polioctan winylu (PVAC) otrzymuje się z acetylenu, ropy naftowej i gazu ziemnego.

ZaleŜnie od stopnia polimeryzacji, polimery te otrzymuje się jako substancje oleiste, miękkie,
kleiste lub twarde Ŝywice. Do róŜnych celów miesza się je i stosuje w postaci roztworów,
mieszanek do powlekania, jak równieŜ w postaci perełek w róŜnych gałęziach przemysłu
(przemysł farb, lakierów, tekstylny, papierniczy i klejów).

Poliwęglany otrzymuje się je z trującego fosgenu i dianu. Są one tworzywami

termoplastycznymi  o  bardzo  wysokiej  temperaturze  mięknięcia  (około  170ºC).  Z  powodu
bardzo  słabej  zdolności  do  krystalizacji  polimeru,  czyste  produkty  z  poliwęglanu  są
bezbarwne i przejrzyste. Polimer moŜe być przetwarzany z roztworu jak równieŜ, biorąc pod
uwagę  jego  termoplastyczny  charakter,  na  zwykłych  maszynach  stosowanych  do  przerobu
tworzyw  sztucznych.  Z  poliwęglanów  moŜna  produkować  włókna,  folie,  rury,  wyrobu
drąŜone i inne. Uwzględniając duŜą odporność na ciepło, jak równieŜ bardzo dobre własności
mechaniczne  i  dielektyczne,  stosuje  się  poliwęglany  w  przemyśle  elektronicznym,
w medycynie  i  do  produkcji  maszyn  i  urządzeń,  którym  stawiane  są  duŜe  wymagania
techniczne, jak równieŜ na przedmioty codziennego uŜytku.

Octan celulozy otrzymuje się go z celulozy przez modyfikację mieszaniną kwasu

octowego  i bezwodnika  octowego.  Bardzo  dobrze  chłonie  wodę.  Tworzywo  to  znajduje
zastosowanie  w przemyśle  fotograficznym  (niepalne  błony  filmowe),  na  opakowania,
w przemyśle maszynowym i narzędziowym, odzieŜowym i lakierniczym.

Azotan celulozy (celuloid) otrzymuje się przez estryfikację celulozy kwasem azotowym

w obecności  kwasu  siarkowego.  Tworzywo  to,  które  daje  się  szczególnie  dobrze  barwić
i przerabiać,  pomimo  jego  palności,  znajduje  szerokie  zastosowanie  w  wielu  gałęziach
przemysłu.  Azotan  celulozy  stosowany  jest  na  róŜne  wykładziny  (np.  w  przemyśle
instrumentów  muzycznych),  jak  równieŜ  do  produkcji  zabawek  i  przedmiotów  codziennego
uŜytku,  artykułów  technicznych  i  innych.  Tworzywo  to  znajduje  równieŜ  zastosowanie
w przemyśle lakierniczym.

Poliizobutylen w zaleŜności od stopnia polimeryzacji róŜnych postaci poliizobutylenu

własności jego mogą być róŜne i obejmują materiały od lepkiego oleju do produktów
o własnościach podobnych do twardej gumy. Jako materiał konstrukcyjny tworzywo to nie
moŜe znaleźć zastosowania ze względu na to, Ŝe nawet nie jest jeszcze materiałem twardym.
Niskocząsteczkowe

materiały

tego

typu

znajdują

zastosowanie

jako

materiały

uszlachetniające, smary, kleje, folie, płyty i węŜe z poliizobutylenu stosowane są w przemyśle
chemicznym, w budownictwie, w elektrotechnice, w przemyśle spoŜywczym, często teŜ jako
okładziny i wykładziny.

Tworzywa akrylowe (PMM) słuŜą do produkcji sztucznego szkła organicznego

(pleksiglasu)

ywice epoksydowe znajdują zastosowanie jako kleje. Łącznie ze szkieletem z tkaniny

szklanej słuŜą m.in. do wykonywania róŜnorodnych zbiorników, łodzi, itp.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kompozyty
Kompozytem nazywamy tworzywo powstałe przez połączenie dwóch lub więcej

materiałów,  z  których  jeden  jest  wiąŜącym,  a  inne  spełniają  rolę  wzmacniającą  i  są
wprowadzane  w  postaci  ziarnistej,  włóknistej  lub  warstwowej.  W  wyniku  tego  uzyskuje  się
kombinację  własności  (najczęściej  chodzi  tu  o  własności  mechaniczne)  niemoŜliwą  do
osiągnięcia  w  materiałach  wyjściowych.  Większość  dostępnych  obecnie  kompozytów  jest
oparta na zastosowaniu  polimerów osnowy epoksydowej lub poliestrowej, w której znajdują
się  wzmacniające  materiał  włókno  szklane,  węglowe  lub  z  Kevlaru.  Do najbardziej  znanych
kompozytów  naleŜą  Ŝelazobeton,  eternit,  szkło  zbrojone  siatką  metalową,  węgliki  spiekane,
włókna  szklane,  węglowe,  kevlar  (z  którego  przędzie  się  włókna  o  bardzo  wysokiej
odporności  mechanicznej  na  rozciąganie)  i  inne.  Kompozyty  pozwalają  na  otrzymywanie
lekkich, mocnych i elastycznych konstrukcji. Kompozyty mimo tego Ŝe są lekkie, są bardzo
wytrzymałe,  mogą  być  teŜ  odporne  na  obciąŜenia  udarowe.  Ze  względu  na  mięknięcie
polimeru  kompozyty  z  osnową  polimerową  nie  mogą  być  stosowane  w  temperaturach
przekraczających 250

Tabela. 2 Właściwości włókien kompozytowych [17]

Osnowa w kompozycie spełnia następujące zadania:

−

zlepia zbrojenie

−

umoŜliwia przenoszenie napręŜeń na włókna

−

decyduje o właściwościach chemicznych i cieplnych kompozytu

−

nadaje Ŝądany kształt wyrobom

−

dobrze wiąŜe się ze zbrojeniem.
Zbrojenie moŜe mieć postać proszku lub włókien. Dodawane jest do kompozytu w duŜej

ilości. Oddziałuje ono zazwyczaj tylko fizycznie na osnowę.

Zadania zbrojenia to:

−

poprawia określone właściwości mechaniczne i/lub uŜytkowe wyrobu,

−

niekiedy zmniejsza koszt wsadu surowcowego (dotyczy to napełniaczy proszkowych).
Kompozyty są drogie, a technologie wytwarzania kompozytów i elementów z nich

wykonanych są bardzo skomplikowane. Kompozyty nie są rozciągliwe.

Ze względu na rodzaj zbrojenia wyróŜniamy kompozyty:

−

włókniste

−

proszkowe

−

porowate ciała stałe lub pianki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kompozyty umacniane włóknami moŜna podzielić na umacniane włóknami ciągłymi

i krótkimi  (ciętymi),  a  w  zaleŜności  od  kierunku  ułoŜenia  włókien  mogą  być  kompozyty
umacniane  włóknami  równoległymi,  nierównoległymi,  matami,  tkaninami,  plecionkami  itp.
Odrębnym  rodzajem  kompozytu  jest  laminat,  czyli  kompozyt  warstwowy,  umacniany
warstwami papieru, drewna, tkanin, podczas gdy osnowę stanowi Ŝywica syntetyczna. Są teŜ
stosowane  laminaty  typu  „plaster  miodu”  lub  kompozyty  warstwowe  o  osnowie  metalowej.
Kompozyty  moŜna  dzielić  według  rodzaju  materiału  włókien  (metalowe,  ceramiczne
węglowe, polimerowe) lub osnowy (metal, ceramika, węgiel, tworzywa sztuczne).

Węgliki spiekane
Węgliki spiekane metali, zwane takŜe spiekami, są sprasowanymi pod duŜym ciśnieniem

proszkami  metalurgicznymi,  w  następnej  kolejności  spieczone  w  piecach  w  temperaturze
ok. 1400°C.  Wykorzystuje  się  proszki  węglika  wolframu,  tytanu,  tantalu  i  wanadu.
Odznaczają  się  bardzo  wysoką  twardością  zbliŜoną  do  twardości  diamentu,  nawet  w  bardzo
wysokich temperaturach. Węgliki uŜywane są w produkcji narzędzi do obróbki skrawaniem,
gdzie przybierają postać płytek stanowiących nakładki na ostrza noŜy tokarskich, frezów itp.

4.2.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co to są tworzywa sztuczne?

Jak klasyfikuje się tworzywa sztuczne?

Jakie cechy posiadają tworzywa sztuczne?

Z jakich składników produkuje się tworzywa sztuczne?

Jakie

znasz rodzaje tworzyw sztucznych? Podaj przykłady.

Jakimi zaletami cechują się wyroby wykonane z tworzyw sztucznych, w porównaniu
z wyrobami wykonanymi z metalu czy drewna?

Jaki materiał nazywa się kompozytem?

Jakie znasz materiały kompozytowe?

4.2.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj róŜne rodzaje elementów maszyn i opakowań, wykonanych z tworzyw

sztucznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeczytać odpowiedni fragment Poradnika,

rozpoznać rodzaje tworzyw sztucznych.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

próbki róŜnych rodzajów tworzyw,

–

komputer z dostępem do Internetu,

–

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Korzystając z dostępu do Internetu, odszukaj przykłady symboli przy pomocy których

oznacza się róŜne rodzaje tworzyw sztucznych. Odpowiedz na pytanie, w jakim celu stosuje
się nanoszenie tej symboliki na wyroby z tworzyw sztucznych?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

wyszukać Ŝądane informacje w Internecie,

wypełnić niŜej zamieszczoną tabelę.

Nazwa chemiczna

tworzywa sztucznego

Nazwa handlowa

tworzywa sztucznego

Symbol

literowy

Symbol

graficzny

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Analizując właściwości poszczególnych tworzyw sztucznych określ, które z nich

najlepiej nadają się do wykonania następujących elementów:
–

korpus maszyny,

–

zbiornik na wodę,

–

panew łoŜyska ślizgowego,

–

wypełniacz pustych przestrzeni w opakowaniach,

–

rękojeść dźwigni regulacyjnej,

–

pojemniki przechowywane w niskich temperaturach.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

poznać właściwości tworzyw sztucznych,

dobrać odpowiednie tworzywa do poszczególnych zastosowań.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeczytać odpowiedni fragment Poradnika ucznia,

przeanalizować charakterystyczne cechy tworzyw sztucznych.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

próbki róŜnych rodzajów tworzyw,

–

komputer z dostępem do Internetu,

–

Poradnik ucznia,

–

materiały piśmiennicze,

–

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 5

Przeanalizuj, jakimi związkami chemicznymi musiałbyś dysponować, aby przy ich

pomocy rozpoznać tworzywa oznaczone PA, PUR, PE, PS, PP. Do tego celu wykorzystaj
niŜej zamieszczoną tabelę.

Tabela. 3. Informacje słuŜące do klasyfikacji tworzyw sztucznych na podstawie ich reakcji w związkach

chemicznych

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeczytać odpowiedni fragment Poradnika,

przeanalizować charakterystyczne cechy tworzyw sztucznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

próbki róŜnych rodzajów tworzyw,

–

materiały piśmiennicze,

–

komputer z dostępem do Internetu,

–

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

4.2.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

rozróŜnić i klasyfikować tworzywa sztuczne?

rozpoznać róŜne tworzywa sztuczne?

wymienić składniki słuŜące do produkcji tworzyw sztucznych?

dobrać tworzywa sztuczne do róŜnych zastosowań?

określić zakres zastosowań materiałów z tworzyw sztucznych?

określić zakres zastosowań materiałów kompozytowych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.

Materiały ceramiczne i ogniotrwałe. Drewno

4.3.1.

Materiał nauczania

Materiały ceramiczne
Tworzywami ceramicznymi nazywa się takie związki, które odznaczają się wysoką

twardością, wysoką temperaturą topnienia, kruchością, zdolnością spiekania się i zdolnością
odbijania światła po wypolerowaniu w stanie spieczonym. Są to nieorganiczne związki metali
z tlenem, azotem, węglem, borem i innymi pierwiastkami. Po uformowaniu materiały
ceramiczne wygrzewane są w wysokich temperaturach (są spiekane).

Materiały ceramiczne wytwarza się z masy ceramicznej w skład, której wchodzą:

−

materiały plastyczne (gliny, kaoliny) ułatwiające formowanie,

−

materiały schudzające (piasek, mielony kwarc, szamot) zmniejszające plastyczność glin
tłustych, a przez to zmniejszenie ich kurczliwości podczas suszenia i wypalania,

−

topniki, które ułatwiają proces wiązania cząstek, poprzez obniŜenie temperatury
spiekania i topnienia masy ceramicznej.
Surowce do produkcji ceramiki moŜna podzielić na:

−

podstawowe (substancje o duŜej zawartości czystego węgla np.: grafit naturalny, sadza,
węgiel drzewny)

−

wiąŜące (mają za zadanie związanie mieszaniny drobno zmielonych cząstek)

−

dodatkowe (stosuje się je w celu nadania wyrobom specjalnych wartości)
Ceramikę moŜna podzielić na:

−

ceramikę budowlaną – wyroby te muszą być odporne na ściskanie, zginanie, działania
mrozu

−

wyroby ceramiczne ogniotrwałe – wyroby te musza odznaczać się zdolnością
przeciwstawiania się działaniu wysokich temperatur ich pracy.

Wytwarzanie wyrobów ceramicznych
Proces technologiczny wytwarzanie materiałów ceramicznych składa się z następujących

faz:

−

przeróbka surowców,

−

przygotowanie mas,

−

formowanie,

−

suszenie,

−

wypalanie,

−

szkliwienie,

−

sortowanie i szlifowanie,

−

zdobienie (ewentualnie).
Właściwości wyrobów ceramicznych
Wyroby ceramiczne cechują się następującymi właściwościami:

−

duŜą twardością,

−

kruchością,

−

duŜą odpornością cieplną,

−

ogniotrwałością,

−

duŜą odpornością na korozję,

−

duŜą wytrzymałością mechaniczną,

−

dobrą izolacyjnością,

−

niską przewodnością cieplną.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 11. Przykłady wyrobów z ceramiki technicznej [www.etipolam.com.pl]

Wyroby ceramiczne
W zaleŜności od przeznaczenia i zastosowania rozróŜnia się:

−

ceramiczne wyroby budowlane (cegły, dachówki, sączki, rury kanalizacyjne, wykładziny
kominowe, klinkierowe itp.)

−

ceramiczne wyroby stołowe (talerze półmiski)

−

ceramiczne wyroby techniczne (izolatory, naczynie kwasoodporne i in.)

−

ceramiczne wyroby specjalne (spieki ceramiczne, cermetale)
Wyroby ogniotrwałe
Wyrobami ogniotrwałymi nazywa się takie materiały ceramiczne, których ogniotrwałość

zwykła jest równa lub wyŜsza od 1580°C. Wyroby o ogniotrwałości wysokiej są wytrzymałe
na temperaturę powyŜej 1770°C. Materiały ogniotrwałe słuŜą do budowy i wykładania wnętrz
pieców przemysłowych, palenisk, i kanałów, wszędzie tam, gdzie panują wysokie
temperatury. WyróŜnia się wyroby szamotowe, krzemionkowe, magnezytowe, chromitowe
i chromomagnezytowe, dolomitowe, talkowe, mulitowe, karborundowe.

Przykłady wyrobów ceramicznych

−

cegły z masy szamotowej na okładziny ognioodporne (równieŜ do wielkiego pieca i kadzi
odlewniczych) – sprasowane drobinki materiału ceramicznego wypalone w piecu
z wysoką temperaturą, kolor piaskowy,

−

płytki ceramiczne z zewnątrz gładkie (glazura), mogą być barwione w róŜny sposób,
wykonywane w róŜnych wielkościach,

−

osełki – przeznaczone do ostrzenia noŜy, posiadają gładką, twardą powierzchnię,

−

klinkier – materiał budowlany o gładkiej powierzchni i przekroju zawierającym czarny
pasek – grafit,

−

karit – odznacza się wysoką odpornością na działanie kwasów i alkoholów oraz bardzo
dobrą przewodnością cieplną. Posiada chropowatą powierzchnię składającą się
z drobnych granulek, jest bardzo twardy,

−

elektrokorut biały – powierzchnia chropowata, składająca się z małych drobinek
przypominających ziarenka soli, wysoka twardość, posiada własności skrawania, ostrzy
się go diamentem,

−

fajans – posiada porowaty czerp barwy kremowej i całkowicie nieprzeświecalny. Jest on
mniej twardy niŜ porcelana i lŜejszy. Wydaje głuchy dźwięk, po pewnym czasie tworzy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

się na nim drobna siateczka pękań. Ma duŜą nasiąkliwość i małą wytrzymałość
mechaniczną. Jest najsłabszym materiałem ceramicznym,

−

kamionka  –  naleŜy  do  wyrobów  ceramicznych  o  skorupie  zeszkliwionej  jednak  nie
przeświecającej.  Kamionka  bywa  biała,  szara  lub  brązowa  w  zaleŜności  od  uŜytych
surowców,  najczęściej  wyrabiana  z  glin  ogniotrwałych  z  dodatkiem  kaolinu  i  skalenia.
Jest  wypalana  tylko  raz,  razem  ze  szkliwem  w  temperaturze  1200–1300  C  Jest  twarda,
gładka,  odporna  na  działanie  kwasów.  Ma  zastosowanie  w  przemyśle  chemicznym.
Z kamionki  wyrabia  się  naczynia  i  okładziny  kwasoodporne,  przewody  do  cieczy
i gorących gazów, zlewy itp.,

−

porcelana  –  wyrabiana  z  glinki  porcelanowej  i  topników,  jest  szklista  i  biała.  Posiada
twarde  szkliwo  mocno  stopione.  Wydaje  czysty,  metaliczny  dźwięk,  posiada  duŜą
odporność  na  wysoką  temperaturę  i  duŜa  kwasoodporność,  jest  twardsza  od  stali.
Z porcelany wyrabia się róŜnego rodzaju zastawy stołowe, filiŜanki itp.

Kompozyty ceramiczne:
Dobrą sztywność i twardość ceramiki moŜna czasami połączyć z odpornością na

obciąŜenia  dynamiczne  polimerów  czy  metali,  przez  wytworzenie  kompozytu.  Przykładem
mogą  być  tworzywa  sztuczne  wzmocnione  włóknami  szklanymi  lub  węglowymi.  Włókna
szklane  lub  węglowe  usztywniają  dość  miękki  polimer.  JeŜeli  włókno  pęknie,  pękniecie
rozprzestrzeni  się  w  miękkim  polimerze,  ulega  w  nim  zahamowaniu,  nie  uszkadzając  reszty
przekroju.  Innym  przykładem  jest  cermetal.  Cząstki  twardego  węglika  wolframu  są
powiązane  metalicznym  kobaltem,  tak  jak  Ŝwir  spojony  smołą  daje  odporną  na  ścieranie
nawierzchnie  jezdną.  Kość  jest  naturalnym  kompozytem  ceramicznym  –  cząstki
hydroksyapatytu (ceramiki) są spojone kolagenem (polimer).

Składniki kompozytu ceramicznego

−

GFRP (kompozyt polimerowy wzmocniony włóknami polimerowymi) szkło – polimer
(konstrukcje wymagające materiałów o szczególnych właściwościach

−

CFPR (kompozyt polimerowy wzmocniony włóknami węglowymi) węgiel – polimer
(konstrukcje wymagające materiałów o szczególnych właściwościach)

−

CERMETAL WC – stosuje się w urządzeniach skrawających oraz do obróbki plastycznej

Zastosowanie kompozytów:

−

sprzęt gospodarstwa domowego (odporność temperaturowa, stabilność wymiarów,
izolacyjność)

−

budownictwo (mała masa, łatwość montaŜu, odporność korozyjna, nie wymagają
konserwacji, łatwe w utrzymaniu)

−

lotnictwo (mała masa, wytrzymałość mechaniczna, sztywność)

Szkło
Szkło nie ma określonej budowy, jest ciałem stałym o postaci amorficznej

(bezpostaciowej). Tworzą go związki szkłotwórcze (tlenki krzemu i boru) i związki
modyfikujące. NajwaŜniejszą właściwością szkła jest jego przezroczystość. Szkło ma bardzo
słabe przewodnictwo elektryczne, zaliczane jest do izolatorów. Przewodność cieplna szkła
jest o kilka rzędów wielkości mniejsza od przewodności ceramiki krystalicznej. Właściwości
mechaniczne szkła poddanego obciąŜeniom szybko wzrastającym są podobne do właściwości
ciał stałych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podział szkła:

−

szkło budowlane (płaskie ciągnione, walcowane, piankowe, kształtki budowlane),

−

szkło do opakowań szklanych (na artykuły spoŜywcze, leki, kosmetyki, artykuły
chemiczne)

−

szkło gospodarcze i oświetleniowe (naczynia stołowe, kryształowe, wyroby
oświetleniowe)

−

szkło techniczne (dla optyki, do sprzętu laboratoryjnego, włókna szklane, kwarcowe,
pręty szklane rurki, światłowody).

Budowa drewna
Drewno to surowiec otrzymany ze ściętych drzew i formowany przez obróbkę w róŜnego

rodzaju  sortymenty.  Budowę  drewna  najlepiej  moŜna  zaobserwować  na  przekroju
poprzecznym. MoŜna wówczas odróŜnić rdzeń, drewno właściwe, miazgę, łyko i korę.  Ilość
słojów  rocznych  w  części  odziomkowej  pnia  wskazuje  na  wiek  drzewa.  Pod  względem
chemicznym  drewno  składa  się  głównie  z  węgla,  wodoru  i  tlenu,  bardzo  niewielkiej  ilości
azotu  i  wreszcie  z substancji  mineralnych  złoŜonych  przewaŜnie  z  róŜnych  soli.  W  drewnie
występuje  ok.  50%  węgla,  43%  tlenu,  6,1%  wodoru,  0,04–0,26%  azotu  i  0,3–1,2%
składników mineralnych.

Właściwości drewna
Do cech fizycznych drewna zalicza się: barwę, połysk, usłojenie, zapach, cięŜar

właściwy,  wilgotność,  przewodnictwo  głosu,  ciepła  i  elektryczności.  Do  waŜniejszych
własności  mechanicznych  drewna  naleŜy  wytrzymałość  na:  rozciąganie,  ściskanie,  zginanie,
skręcanie,  łupliwość,  twardość,  ścieralność,  utrzymywanie  gwoździ  i  wkrętów,  spręŜystość,
udarność i wytrzymałość na giętkość, ścinanie. Własności chemiczne drewna wynikają z jego
składu  chemicznego.  Ze  składem  chemicznym  wiąŜe  się  teŜ  wartość  opałowa  drewna.
Obecnie  ze  względu  na  deficyt  drewna  stosowanie  go  na  cele  opałowe  jest  bardzo
ograniczone.

Drewno z krajowych drzew
Sosna zwyczajna ma drewno łatwo łupliwe, łatwe do obróbki, mało elastyczne, średnio

kurczliwe,  łatwo  się  barwi,  lecz  źle  poleruje.  Przed  zniszczeniem  przy  ściskaniu  i  zginaniu
trzeszczy  (ma  własności  ostrzegawcze).  Drewno  sosny  jest  trwałe.  W  stanie  suchym
(w budynku)  trwałość  jego  sięga  1000  lat,  w  stanie  mokrym  (w  wodzie)  500  lat.  Tarcica
sosnowa ma szerokie zastosowanie w budownictwie, stolarstwie, produkcji opakowań.

wierk pospolity ma drewno miękkie, łatwo łupliwe. Obróbkę skrawaniem utrudniają

liczne  twarde  sęki.  Drewno  świerkowe  suszy  się  dość  szybko,  lecz  łatwo  pęka,  kurczliwość
ma  niezbyt  duŜą,  łatwo  się  barwi,  lecz  źle  poleruje,  nasycalność  i  przesiąkliwość  ma
ograniczoną.

Trwałość jego w stanie surowym (w budynku) dochodzi nawet do 900 lat.
Jodła ma drewno miękkie, bardzo łatwo łupliwe, łatwo zapalne, o małej kurczliwości,

suszy  się  łatwo,  lecz  wykazuje  skłonności  do  paczenia  się.  Obróbka  skrawaniem  jest  łatwa,
natomiast  piłowanie  wilgotnego  drewna  natrafia  na  trudności  wskutek  włóknistej
powierzchni.  Drewno  jodły  dobrze  się  barwi,  lecz  źle  poleruje  i  źle  polituruje;  nasycalność
wykazuje średnią.

Trwałość drewna jodły w stanie suchym (w budynku) dochodzi do 900 lat.
Modrzew ma drewno dość twarde, łatwo łupliwe, dość trudno zapalne. Nie wykazuje ono

skłonności do pękania przy wysychaniu ani do paczenia się, suszy się dobrze kurczliwość ma
małą. Drewno świeŜe jest trudne do obróbki ze względu na wyciekającą, gęstą Ŝywicę,
natomiast suche daje się obrabiać.

Dąb ma drewno dębu jest na ogół prosto włókniste, dosyć cięŜkie, łatwo łupliwe, trudno

zapalne. Kurczliwość jego jest średnia; łatwo daje się obrabiać skrawaniem i gięciem; nadaje

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

się  równieŜ  do  robót  snycerskich.  Poleruje  się  je  trudno,  natomiast  barwi  i  klei  dobrze.
Drewno dębu jest trudne w suszeniu. Trwałość twardzieli dębu w stanie suchym (w budynku)
sięga  do  800  lat.  Tarcica  dębowa  ma  zastosowanie  w  meblarstwie,  szkutnictwie  produkcji
wagonów kolejowych, w stolarce budowlanej, do wyrobu parkietów.

Buk ma drewno średnio cięŜkie, twarde, łupliwe. DuŜa i bardzo nierównomierna jego

kurczliwość jest przyczyną wyjątkowej skłonności do pęknięć. Drewno buka daje się dobrze
barwić, lakierować i polerować oraz impregnować. Wykazuje on własności ostrzegawcze,
lecz w stopniu daleko słabszym niŜ sosna. Drewno to jest łatwe w obróbce skrawaniem
i szczególnie dobrze nadaje się do obróbki gięciem po parzeniu. Parzenie zmniejsza równieŜ
jego skłonność do paczenia się, nadaje jednolitą, czerwonawą barwę i zwiększa odporność na
rozkład przez grzyby.

Jesion ma drewno twarde, średnio cięŜkie, trudno łupliwe, giętkie. Kurczliwość jego oraz

skłonność do paczenia się i pęknięć jest niewielka. NaleŜy ono do trudno zapalnych. Drewno
jesionu  jest  łatwe  w  obróbce  skrawaniem  i  gięciem.  Drewno  wąskosłoiste,  miększe,  ma
zastosowanie  w  stolarstwie,  natomiast  szerokosłoiste,  twardsze  —  konstrukcyjne.  Drewno
jesionu  źle  się  barwi  i  impregnuje,  natomiast  dobrze  poleruje  i  polituruje.  Z  drewna  jesionu
wyrabia  się  tarcicę  stolarską,  półwyroby  meblowe,  róŜne  pojazdy,  deszczułki  posadzkowe,
poręcze,  listwy,  okleiny,  meble,  sprzęt  sportowy,  galanterię  drzewną,  uchwyty  do  narzędzi
itp.

Grab ma drewno bardzo twarde, bardzo trudno łupliwe, trudno zapalne, wykazuje duŜą

kurczliwość. Drewno to jest trudne w obróbce skrawaniem (łatwo wyłupuje się). Daje się ono
dobrze barwić, polerować, politurować, impregnuje się natomiast słabo. Drewno świeŜe jest
bardzo mało trwałe i trudne do składowania w stanie okrągłym.

Brzoza ma drewno średnio twarde, trudno łupliwe, łatwo zapalne, o średniej

kurczliwości, nie paczy się i nie wykazuje skłonności do pęknięć desorpcyjnych. Zmienia ono
wymiary wraz ze zmianą wilgotności l temperatury otoczenia, suszy się łatwo, dobrze się
barwi, poleruje i polituruje oraz łatwo impregnuje. Drewno brzozowe jest waŜnym surowcem
sklejkowym i okleinowym oraz do produkcji drewna warstwowego (lignofolu).

Olcha ma drewno miękkie, bardzo łatwo łupliwe, dość kruche, łatwo zapalne; mało się

paczy i nie pęka; jest wyjątkowo trwałe w wodzie, gdzie z czasem ulega zabarwieniu na kolor
brunatnoczarny, a następnie kamienieje.

Lipa ma drewno lekkie, miękkie, średnio łupliwe, łatwo zapalne, o duŜej kurczliwości,

lecz bez skłonności -do pęknięć desorpcyjnych i paczenia się. Drewno lipy suszy się i obrabia
łatwo.

Tworzywa drzewne
Do tworzyw drzewnych zalicza się: sklejki, drewno warstwowe (lignofol, fornieryt),

drewno prasowane (lignoston), płyty stolarskie, płyty pilśniowe i płyty wiórowe. Ze względu
na podobieństwo niektórych, własności i zastosowań do tej grupy tworzyw dołączyć moŜna
płyty paździerzowe i laminaty meblowe.

4.3.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co to są materiały ceramiczne?

Z czego wytwarza się materiały ceramiczne?

Jakie właściwości posiadają wyroby z materiałów ceramicznych?

Jakie wyroby nazywa się wyrobami ogniotrwałymi?

Jakimi właściwościami odznaczają się wyroby wykonane z drewna?

Jakie znasz rodzaje drewna pozyskiwanego z krajowych drzew?

Czym róŜni się drewno z poszczególnych drzew?

Jakie znasz materiały z tworzywa drzewnego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Analizując właściwości poszczególnych materiałów ceramicznych określ, które z nich

najlepiej nadaje się do:
–

izolowania „gołych” przewodów elektrycznych,

–

izolowania elementów grzejnych (spirali z drutu),

–

wyłoŜenia wnętrza pieca piekarniczego,

–

wykonania zbiornika na agresywną chemicznie ciecz,

–

wypełnienia ścianki działowej wewnątrz budynku,

–

wykonania posadzki w masarni,

–

wykonania zewnętrznej elewacji budynku.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

określić właściwości poszczególnych materiałów ceramicznych,

dobrać odpowiednie materiały do poszczególnych zastosowań.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Rozpoznaj róŜne wyroby wykonane z materiałów ceramicznych. Określ rodzaj materiału

ceramicznego uŜytego do wykonania tych wyrobów. Jakie są jego właściwości?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

rozpoznać rodzaje materiałów ceramicznych uŜyte do wykonania przedstawionych
wyrobów,

określić właściwości poszczególnych materiałów.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

wyroby wykonane z róŜnych materiałów ceramicznych,

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Piec piekarski ma ubytki w izolacji cieplnej. Zastanów się, jakie materiały są potrzebne

do naprawy. Wyszukaj w Internecie producenta cegieł szamotowych i zaprawy szamotowej.
ZłóŜ zamówienie określając warunki w jakich piec jest eksploatowany.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

poznać ofertę handlową w Internecie,

określić wymagania wobec zamawianych materiałów.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 4

Rozpoznaj próbki drewniane, pochodzące z drzew róŜnych gatunków. Określ rodzaj

drewna. Jakie są jego właściwości?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

rozpoznać poszczególne rodzaje drewna,

opisać właściwości poszczególnych rodzajów drewna.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

drewniane próbki,

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 5

Zastanów się, gdzie w przemyśle spoŜywczym stosuje się drewno lub tworzywa drzewne.

Opisz te sytuacje. Czy moŜna ten materiał zastąpić innym. Czy jest to korzystne. Odpowiedź
uzasadnij.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

opisać, gdzie moŜna spotkać wyroby drewniane w przemyśle spoŜywczym,

odpowiedzieć na pytania z ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

4.3.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić rodzaj materiałów ceramicznych?

określić zastosowanie materiałów ceramicznych?

opisać

proces

technologiczny

wytwarzania

materiałów

ceramicznych?

określić właściwości róŜnych materiałów ceramicznych?

określić właściwości materiałów ogniotrwałych?

rozpoznać pochodzenie drewna?

określić właściwości róŜnych rodzajów drewna?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.

Materiały uszczelniające. Zjawisko korozji

4.4.1.

Materiał nauczania

Masy uszczelniające
Silikony, to plastyczne masy uszczelniające sprzedawane w charakterystycznych

opakowaniach, zwanych kartuszami. Stosuje się je do wypełniania szczelin o niewielkiej
szerokości

głębokości.

Stanowią

wówczas

zabezpieczenie

przeciwwilgociowe

i przeciwwodne. Wykonywane z nich spoiny są trwale elastyczne. Silikony mogą być równieŜ
wykorzystywane  do  łączenia  ze  sobą  róŜnych  materiałów.  Uszczelniacze  silikonowe  mogą
mieć  róŜny  kolor.  Jest  to  istotna  cecha,  poniewaŜ  silikonowych  połączeń  nie  da  się
pomalować.  Silikony  mają  konsystencję  półplastyczną.  Po  nałoŜeniu  łatwo  dają  się
rozsmarować, jednak w ciągu kilku minut po wyciśnięciu następuje ich utwardzanie. Są dwa
rodzaje utwardzania i odpowiadające im dwa podstawowe rodzaje silikonów:
–

silikony  o  utwardzaniu  kwaśnym,  w  trakcie  utwardzania  wydzielają  kwas  octowy;  mają
dobrą  przyczepność  do  gładkich  powierzchni.  Odznaczają  się  dobra  odpornością  na
wilgoć  i  wysoką  temperaturę.  Niestety,  mogą  powodować  korozję  niektórych  metali
i betonu,  który  ma  odczyn  zasadowy.  Podczas  nakładania  takiego  silikonu  czuć
w pomieszczeniu nieprzyjemny zapach,

–

silikony  o  utwardzaniu  neutralnym  –  gdy  się  utwardzają,  wydzielane  są  związki
chemiczne o odczynie neutralnym, które nie mają przykrego zapachu. Dobrze przylegają
do  niemal  wszystkich  materiałów  budowlanych  i  wykończeniowych.  Stykając  się
z metalami,  nie  powodują  ich  korozji.  Są  jednak  droŜsze  od  silikonów  o  utwardzaniu
kwaśnym.

Rys. 12. Silikon do zastosowań sanitarnych [www.soudal.pl]

Produkowanych jest wiele rodzajów uszczelniaczy silikonowych o róŜnych cechach

i róŜnym przeznaczeniu: silikony budowlane, silikony sanitarne, silikony szklarskie.

Zastosowanie silikonów:

−

spoiny połączeniowe między materiałami budowlanymi i wykończeniowymi,

−

fugowanie płytek ceramicznych,

−

elastyczne spojenia w szklarstwie,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

szklenie okien (uszczelnienia między ramą drewnianą niemalowaną lub malowaną
farbami alkidowymi a szkłem),

−

spoiny w pomieszczeniach chłodniczych i w produkcji kontenerów,

−

uszczelnienia w instalacjach klimatyzacyjnych.
Akryle
Są to masy uszczelniające na bazie dyspersji akrylowej o bardzo dobrej przyczepności do

podłoŜy porowatych przeznaczone do wypełniania wszelkiego rodzaju szczelin o niewielkiej
ruchomości (do 15%) w betonie, murze, tynku, płytach gipsowo-kartonowych, przy listwach,
parapetach i schodach. Nie zawierają rozpuszczalników, są więc bezzapachowe. W handlu
dostępne są w wielu kolorach, po utwardzeniu dają się malować i lakierować

Polimery MS
Są to masy uszczelniająco-klejące łączące w sobie zalety silikonów i poliuretanów,

a pozbawione ich wad. Doskonale przyczepne do wszelkich podłoŜy budowlanych, mogą być
nakładane  nawet  na  wilgotne  powierzchnie.  Bezwonne,  nie  zawierają  rozpuszczalników,  są
niewraŜliwe  na  działanie  wielu  chemikaliów.  Po  utwardzeniu  dają  się  malować  –  nawet
farbami  wodnymi.  Doskonale  odporne  na  działanie  warunków  atmosferycznych
i promieniowania UV

Zjawisko korozji
Korozją nazywa się proces niszczenia materiałów, zachodzący pod wpływem

chemicznego  lub  elektrochemicznego  oddziaływania  otaczającego,  agresywnego  ośrodka.
Najczęściej  jest  nim  powietrze,  wilgotna  ziemia  lub  woda.  ChociaŜ  pojęcie  korozji  często
zawęŜa  się.  do  materiałów  metalowych,  podlegają  jej  równieŜ  materiały  nie  metalowe,  np.
betony, tworzywa sztuczne lub kauczuki.

W zaleŜności od mechanizmu procesu korozyjnego rozróŜnia się dwa rodzaje korozji:

–

korozję chemiczną,

–

korozję elektrochemiczną.
O ile metale ulegają zarówno korozji chemicznej jak i elektrochemicznej, to materiały

niemetalowe podlegają przede wszystkim korozji chemicznej.

Uwzględniając środowisko, w którym przebiega korozja, wyróŜnia się:

–

korozję gazową (przebiegającą w suchych gazach),

–

atmosferyczną,

–

wodną,

–

ziemną (w gruncie).

Procesy korozji są potęgowane przez róŜnorodne dodatkowe czynniki, w tym:

–

mechaniczne (m.in. wewnętrzne napręŜenia, tarcie, erozję, kawitację),

–

elektryczne (prądy błądzące potęgują korozję ziemną)

–

biologiczne (mikroorganizmy potęgują korozję ziemną i wodną).
Uwzględniając wygląd zewnętrzny lub zmianę własności fizycznych metali, moŜna

wyróŜnić następujące rodzaje korozji:
–

korozja równomierna, która charakteryzuje się tym, Ŝe rozmieszczenie produktów korozji
występuje w jednakowy sposób na całej powierzchni korodującego metalu,

–

korozja wŜerowa, charakteryzuje się lokalnym tworzeniem wŜerów w wyniku róŜnej
szybkości korozji poszczególnych obszarów powierzchni,

–

korozja międzykrystaliczna, charakteryzuje się zniszczeniem przebiegającym wzdłuŜ
granic ziaren metalu; ten rodzaj korozji rozprzestrzenia się w głąb materiału, nie
wywołując objawów zniszczenia na jego powierzchni,

–

korozja selektywna polega na wybiórczym utlenianiu jednego lub kilku składników
stopu,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

pękanie korozyjne występuje pod wpływem napręŜeń rozciągających i środowiska

korozyjnego (zwane jest takŜe korozją napręŜeniową).

Korozja materiałów powoduje bardzo duŜe straty. Składają się na nie zarówno koszty

bezpośrednio  związane  z  koniecznością  wymiany  zniszczonych  elementów,  jak  i  nakłady
ponoszone  na  prace  zabezpieczające  i  konserwacyjne.  Trudne  do  oszacowania  są  koszty
pośrednie,  wynikające  ze  zmniejszenia  wydajności  urządzeń,  ich  postoju.  WaŜnym
zagadnieniem  jest  równieŜ  zagroŜenie  bezpieczeństwa  pracy  maszyn  i  urządzeń,  które
podlegają procesom korozyjnym, a których awaria moŜe mieć niekiedy bardzo niebezpieczne
skutki (części samolotów, konstrukcje mostów, zbiorniki ciśnieniowe, turbiny itp.).

Korozja chemiczna
Korozja chemiczna jest procesem niszczenia metali, zachodzącym w skutek

bezpośredniego działania suchych gazów (szczególnie w wysokiej temperaturze) lub
ś

rodowisk ciekłych. Środowiska te nie są zdolne do przewodzenia prądu elektrycznego.

Najpospolitszym przykładem korozji chemicznej jest zendrowanie Ŝelaza, czyli tworzenie się
na  powierzchni  Ŝelaza  zgorzeliny  tlenkowej.  śelazo  jest  metalem  nieszlachetnym,  dlatego
stosunkowo łatwo wchodzi w reakcję z tlenem (utlenia się), a na jego powierzchni tworzy się
warstwa  tlenków,  głównie  magnetytu.  Tlenki  powstają  równieŜ  na  innych  metalach  m.in.:
cynku,  magnezie,  miedzi.  JeŜeli  powstająca  warstwa  tlenkowa  nie  jest  szczelna,  to  tlen
dostaje  się  do  coraz  głębszych  warstw  metalu.  Prowadzi  to  do  całkowitego  skorodowania
(utlenienia)  metalu.  JeŜeli  warstwa  tlenków  jest  szczelna  i  spójna  oraz  dobrze  przylega  do
metalu,  korozja  dotyczy  tylko  jego  wierzchniej  warstwy.  Taki  przypadek  dotyczy  takich
metali jak: nikiel, chrom, czy aluminium.

Korozja elektrochemiczna
Ten przypadek korozji zachodzi wówczas, gdy metal lub stop ma kontakt z elektrolitem.

Oznacza to, Ŝe powierzchnia metalu styka się z roztworem soli, kwasu lub zasady. Niekiedy
elektrolitem  moŜe  być  nawet  niewielka  ilość  wilgoci  znajdującej  się  w  powietrzu.  Jest  to
bardzo  rozpowszechniony  proces.  W  tym  przypadku  niszczenie  metalu  zachodzi  wskutek
powstawania ogniw galwanicznych i przepływu słabego prądu w tych ogniwach.

Procesy korozji w róŜnych środowiskach
Korozja atmosferyczna
Korozja atmosferyczna stanowi najczęstszą przyczynę niszczenia metali, zwłaszcza

konstrukcji stalowych. Polega ona na współdziałaniu korozji chemicznej i elektrochemicznej.
Jej  przebieg  uzaleŜniony  jest  od  składu  chemicznego  atmosfery.  Wzrost  wilgotności  i liczne
zanieczyszczenia  powietrza  intensyfikują  procesy  korozji  atmosferycznej.  Niektóre  metale
(chrom,  nikiel,  stal  nierdzewna)  wykazują  duŜą  odporność  na  działanie  atmosfery,  dzięki
zdolności  do  pasywacji.  Jest  to  zjawisko  polegające  na  tworzeniu  na  powierzchni  metalu  na
skutek  utleniania  ochronnej  warstewki  tlenkowej.  Niekiedy  te  cienkie  warstwy  pasywne
ulegają  jednak  zniszczeniu  w  szczególnie  agresywnych  atmosferach  przemysłowych  lub
miejskich zawierających substancje redukujące.

Odporność na działanie atmosfery moŜe być takŜe wynikiem tworzenia się na

powierzchni  metalu  warstw  ochronnych,  dzięki  wtórnym  reakcjom  produktów  korozji
i składników  atmosfery.  Tak  się  dzieje  w  przypadku  miedzi,  która  pod  wpływem  atmosfery
koroduje  pokrywając  się  warstwą  tlenku  miedziowego.  Tlenek  ten  następnie  reaguje
z dwutlenkiem  węgla  z  atmosfery,  w  wyniku  czego  powstaje  zasadowy  węglan  miedzi.
Tworzy  on  szczelną  warstwę  zielonej  barwy  tzw.  patynę.  Stanowi  ona  ochronną  warstwę
przed dalszą korozją. Podobne zjawisko występuje w przypadku cynku i ołowiu.

Korozja wodna
Zbiorniki, rurociągi, pompy oraz jednostki pływające ulegają często korozji wodnej.

Agresywność wody powiększa się ze wzrostem zawartości soli mineralnych rozpuszczonych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w  wodzie,  a  takŜe  w  przypadkach  z  napowietrzania  wody  oraz  wzrostu  jej  temperatury.
Bardzo  korzystne  warunki  dla  przebiegu  korozji  elektrochemicznej  stwarza  woda  morska,
która  ze  względu  na  znaczne  stęŜenie  soli  stanowi  roztwór  o  wysokim  przewodnictwie
elektrycznym.

Korozja

wodna

jest

często

potęgowana

przez

burzliwy

przepływ

wody

(np. w rurociągach, wirnikach pomp) powodujący występowanie zjawisk erozyjno-
kawitacyjnych. DuŜy wpływ na przyśpieszenie korozji wodnej mają takŜe mikroorganizmy
Ŝ

ywe.

Korozja ziemna
Korozji ziemnej ulegają rurociągi, kable energetyczne i telefoniczne. Agresywność

gruntu  zaleŜy  wprost  od  jego  kwasowości,  wilgotności,  napowietrzenia,  zawartości  soli,
obecności  mikroorganizmów  itp.  Ponadto,  korozja  ziemna  jest  potęgowana  przez  prądy
błądzące  stałe  lub  przemienne  pochodzące  z  upływów  obwodów  elektrycznych  (w  pobliŜu
torów tramwajowych lub kolejowych).

Ochrona przed korozją
Zapobieganie korozji lub zmniejszanie jej rozmiarów moŜna realizować poprzez

następujące działania:
a)

zastosowanie dodatków stopowych, uszlachetniających metal (chrom lub nikiel),

wybór takiego metalu, czy stopu metalów, by po przereagowaniu jego wierzchniej
warstwy, tworzyła się powłoka ochronna (zbiorniki z ołowiu),

odcięcie materiału od czynnika korozyjnego poprzez:
–

malowanie, lakierowanie, emaliowanie, powlekanie gumą, plastykiem lub
substancjami bitumicznymi,

–

metalizowanie natryskowe, napawanie, platerowanie, (czyli nanoszenie powłok
organicznych, nieorganicznych, metalowych i niemetalowych),

–

fosforowanie Ŝelaza i stali lub chromianowanie cynku i magnezu,

–

elektrolityczne pokrywanie powierzchni metalu chronionego cienką warstewką
metalu trudniej korodującego.

Ochrona katodowa polega na tym, Ŝe chronioną konstrukcje, łączy się. z ujemnym

biegunem źródła prądu stałego. Biegun dodatni jest podłączony do dodatkowej elektrody
pomocniczej (anody). W takim przypadku, gdy elektrolitem jest np. woda morska,
rozpuszczać się będzie płytka będąca anodą, a nie kadłub okrętu.

Powłoki ochronne
Do czynności konserwacyjnych naleŜy naniesienie, a niekiedy odtwarzanie

uszkodzonych powłok ochronnych.

Ochronne powłoki organiczne
Najbardziej rozpowszechnione w ochronie metali przed korozją są powłoki organiczne

wykonane z farb i lakierów. Oprócz nich do tej grupy powłok zalicza się takŜe warstwy
wykonane z gumy (z kauczuku naturalnego lub syntetycznego) oraz powłoki z tworzyw
sztucznych (polichlorku winylu, polietylenu, poliamidów, czy epoksydów).

Ochronne materiały malarskie dzieli się zwykle pod względem ich składu na:

–

farby, które są zawiesinami pigmentów w błonkotwórczym spoiwie,

–

emalie, będące zawiesinami pigmentów w nośnikach Ŝywicznych lub pokostowych,

–

lakiery, które są roztworami nielotnych substancji powłokotwórczych.
Antykorozyjne własności powłok malarskich zaleŜą od własności substancji

powłokotwórczej, od chemicznej i fizycznej odporności powłoki na działanie otoczenia oraz
od przyczepności powłoki do metalu. Metal moŜe ulegać korozji nawet wtedy, gdy powłoka
jest nienaruszona, a czynnik niszczący metal przez nią przenika. KaŜda farba ochronna
antykorozyjna składa się z trzech podstawowych grup składników:
–

składnika błonkotwórczego,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

rozpuszczalnika, rozcieńczalnika i plastyfikatora (składniki tej grupy mają za zadanie
nadać farbie odpowiednie własności malarskie),

–

pigmentu, który nadaje barwę, chroni przed przenikaniem światła i wody oraz zapewnia
ochronę przeciwkorozyjną.
Do pigmentów, które mają zasadniczy wpływ na przeciwkorozyjne własności wyrobów

malarskich, naleŜy m.in. minia ołowiowa, Ŝółcień cynkowa, pył cynkowy i błękit ołowiowy.

PoniewaŜ mogą one nie nadawać błonie wymaganego zabarwienia, pigmenty te

wprowadza się na powierzchnie w pierwszej warstwie, czyli w tzw. farbie gruntowej
(podkładowej). Farby gruntowe są z kolei pokrywane farbami i emaliami nawierzchniowymi
zawierającymi pigmenty nie wykazujące działania przeciwkorozyjnego, ale mające lepsze
własności mechaniczne i dekoracyjne.

Powłoki metalowe
Powłoki metalowe mają za zadanie ochronić przed korozją zasadniczą konstrukcję

wykonaną najczęściej z łatwo korodującej stali. Wykonuje się je z chromu lub niklu. Są dość
kosztowne.

Powłoki konwersyjne
Powłoki konwersyjne są to warstwy nieorganiczne wytworzone na powierzchni metalu

w wyniku  działania  roztworów  powodujących  przemianę  powierzchni  metalu  na
nierozpuszczalne  w  wodzie  związki tworzące  szczelną  warstwę  o  własnościach  ochronnych.
Otrzymuje  się  je  sposobem  chemicznym  lub  elektrochemicznym.  Powłoki  konwersyjne
zwiększają  przyczepność  farb  i  lakierów  do  powierzchni  metalu.  Metale  pokrywa  się
powłokami  konwersyjnymi  przez  fosforanowanie  i  oksydowanie.  W  ten  sposób  chroni  się
często powierzchnię narzędzi ślusarskich.

Powłoki nieorganiczne szkliste
Do najbardziej rozpowszechnionych sposobów nakładania powłok tego typu naleŜy

emaliowanie szkliwami. Emalie techniczne stosowane są do powlekania przedmiotów ze stali
i Ŝeliwa i słuŜą głównie jako ochrona przed korozją. Naczynia, zbiorniki, aparatura słuŜąca do
produkcji środków chemicznych, Ŝywnościowych oraz leczniczych powlekane są specjalnymi
technicznymi emaliami kwasoodpornymi. Do wad emalii szklistych naleŜy mała odporność
na uderzenia i na nagle skoki temperatury.

Uzupełnianie uszkodzonych powłok malarskich
Bardzo często na skutek lokalnego uszkodzenia mechanicznego powłoka malarska

zostaje na niewielkich obszarach zniszczona. NaleŜy ją wtedy jak najszybciej uzupełnić, aby
zapobiec  rozwojowi  korozji,  która  zapoczątkowana  w  miejscu  nieciągłości,  moŜe
spowodować  duŜe  wŜery  pod  istniejącą  w  sąsiedztwie  nieuszkodzoną  powloką.
Charakterystycznym  objawem  rozwoju  korozji  pod  powłoką  ochronną  są  powstające
pęcherze.

Miejsca uszkodzone naleŜy oczyścić papierem ściernym lub szczotkami drucianymi.

Wokół  ogniska  korozji  naleŜy  utworzyć  pas  szerokości  około  5–10mm.  JeŜeli  nastąpiły  juŜ
głębokie  wŜery  korozji,  oprócz  oczyszczania  mechanicznego  naleŜy  zastosować
odrdzewiacze.  Po  całkowitym  oczyszczeniu  podłoŜa  i  starannym  odtłuszczeniu  naleŜy
nałoŜyć  warstwę  gruntującą.  Po  jej  wyschnięciu  ubytek  naleŜy  szpachlować  wyrównując
powstałe  zagłębienie.  Po  utwardzeniu  szpachlówki  matuje  się  jej  powierzchnię  i  najbliŜszą
okolicę  drobnym  papierem  ściernym.  Następnie  nakłada  się  emalię  powierzchniową  o  tym
samym kolorze i odcieniu, co nieuszkodzona powłoka.

Nanoszenie emalii (lakieru) powierzchniowej na małych ubytkach dokonujemy

pędzelkiem, większe powierzchnie pokrywamy natryskowo. Uzupełniające materiały
malarskie powinny być tego samego rodzaju, co dotychczasowa powłoka; niekiedy stosuje się
specjalne odmiany farb podkładowych i emalii renowacyjnych. Bardzo wygodne w uŜyciu są

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

pojemniki aerozolowe z materiałami renowacyjnymi zarówno podkładowymi, jak teŜ
zewnętrznymi.

rodki czasowej ochrony przeciwkorozyjnej powierzchni metalowych

rodki słuŜące do ochrony czasowej powinny posiadać następujące cechy:

–

dobre właściwości przeciwkorozyjne,

–

łatwość nanoszenia i usuwania z powierzchni prostymi metodami,

–

nietoksyczność w czasie nakładania oraz trudność zapalenia po nałoŜeniu,

–

stabilność chemiczną gwarantującą ochronę antykorozyjną przez od 10 do 24 miesięcy,

–

nieszkodliwość dla niemetalicznych elementów konstrukcyjnych maszyn (np. gumy).

rodki ochrony czasowej metali dzieli się na:

–

oleje i smary ochronne,

–

antykorozyjne preparaty błonkotwórcze (fluidole),

–

substancje pasywujące i lotne inhibitory korozji,

–

woski, farby i lakiery antykorozyjne,

–

powłoki z tworzyw sztucznych.

Oleje i smary ochronne
Elementy trące, występujące w strefie spoŜywczej powinny być wyłącznie smarowane

smarem, dopuszczonym do kontaktu z Ŝywnością i powinny być łatwe do czyszczenia.

rodki smarne w przemyśle spoŜywczym słuŜą często do smarowania elementów ze stali

nierdzewnej, bardzo czułych na zatarcie. Obecność wody czy pary, kwaśne lub alkaliczne
ś

rodowisko, sprzyjają zmywaniu substancji smarujących ze smarowanych powierzchni, co

moŜe spowodować zatarcie powierzchni wzajemnie się trących.

Funkcjonowanie maszyn „na sucho” powoduje szybsze zuŜycie maszyn, a takŜe

zanieczyszczenie Ŝywności poprzez cząsteczki metali. Stosowane w niektórych rozwiązaniach
polimery (spiek z PTFE) mają porowate powierzchnie, trudne do czyszczenia w sposób
gwarantujący zachowanie higieny. W porach mogą rozwijać się drobnoustroje, skaŜające
gotowy wyrób.

Zwykłe oleje nie zabezpieczają przedmiotów przed korozją na dłuŜszy okres. Cienka

warstwa  oleju,  która  pokrywa  ścianki  przechowywanych  przedmiotów,  ulega  utlenieniu
w stosunkowo  krótkim  czasie.  Dzieje  się  to  na  skutek  katalitycznego  działania  metali,  wody
i zanieczyszczeń  powietrza.  Dlatego  do  ochrony  powierzchni  metalowych  naleŜy  stosować
specjalne oleje konserwacyjne.

Dobre smary konserwacyjne muszą mieć następujące cechy:

–

dobrą zwilŜalność i przyczepność do powierzchni metalu pozwalającą na tworzenie się
moŜliwie grubej warstwy oleju na powierzchniach pionowych,

–

własności przeciwutleniające i przeciwkorozyjne pozwalające na długotrwałe
utrzymywanie

węglowodorów

stanie

niezmiennym

atmosferze

tlenu

atmosferycznego,

–

korzystne własności smarne, nie ustępujące olejom smarującym,

–

własności myjące pozwalające na wymywanie osadów (np. w silniku),

–

w razie potrzeby powinny dać się łatwo usunąć za pomocą rozpuszczalników
pochodzenia naftowego.
Oleje i smary ochronne powinny charakteryzować się moŜliwie duŜą lepkością, która

zapobiega spływaniu z pionowych powierzchni. W tym celu stosuje się takie dodatki jak: olej
cylindrowy, cerezyn i kauczuki syntetyczne.

Smary maziste (plastyczne) stosuje się do ochrony powierzchni zewnętrznych i par

kinematycznych. Smary takie, będące zagęszczonymi cięŜkimi olejami mineralnymi

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zawierającymi inhibitory korozji i dodatki stabilizujące, zapewniają długotrwale działanie
ochronne nawet w warunkach klimatu morskiego, czy tropikalnego. Przykładem takich
substancji są smary ŁTG i TDM.

Tradycyjnie do konserwacji bywa uŜywana wazelina techniczna. Wazelinę techniczną N

i W  stosuje  się  do  zabezpieczania  przed  korozją  atmosferyczną  powierzchni  części
metalowych  przechowywanych  przez  krótki  okres  w  łagodnych  warunkach.  Wazelina
techniczna N moŜe być stosowana w pomieszczeniu, gdzie temperatura nie przekracza 308 K
(35°C),  natomiast  wazelina  W,  gdy  temperatura  nie  przekracza  321  K  (48°C).  Wazeliny  nie
mają dobrych właściwości smarnych i przeciwkorozyjnych.

Ciekłe antykorozyjne preparaty błonkotwórcze
Do preparatów błonkotwórczych naleŜą tzw. fluidole. Są to specjalne kompozycje

błonkotwórcze  na  osnowie  lanoliny  stosowane  do  pokrywania  powierzchni  wyrobów
metalowych.  Fluidole  tworzą  na  powierzchni  chronionego  metalu  bardzo  cienką  (o  grubości
kilku  mikrometrów)  szczelną  warstewkę  odporną  na  działanie  agresywnych  czynników
atmosferycznych takich, takich jak dwutlenek węgla i siarki, siarkowodór, tlenek azotu, para
wodna itp. Ta cienka warstewka chroni powierzchnię metalu przed korozją przez około jeden
rok (o ile nie zostanie uszkodzona mechanicznie),

Lotne inhibitory korozji
Inhibitory korozji atmosferycznej mają obecnie coraz większe zastosowanie do ochrony

magazynowanych  wyrobów  metalowych.  Podstawowym  warunkiem  prawidłowej  ochrony
powierzchni metalowej jest obecność par inhibitora w gazowym środowisku otaczającym lub
wypełniającym wyrób. Aby spełnić ten warunek, impregnuje się lotnym inhibitorem materiał
opakowania  lub  do  szczelnie  zapakowanych  wyrobów  wkłada  się  tampon  nasycony  takim
inhibitorem.

Antykorozyjne powłoki woskowe, bitumiczne i lakierowe
Działanie powłok woskowych, bitumicznych i lakierowych polega na tworzeniu

szczelnej i plastycznej warstwy ochronnej, która nie dopuszcza czynników agresywnych do
powierzchni chronionego obiektu. Dodatki antykorozyjne powodują wystarczająco aktywną
ochronę nawet w agresywnych i wilgotnych środowiskach.

Przykłady substancji: Protektol S, Korplast P, Bitex.
Powłoki z tworzyw sztucznych do czasowej ochrony antykorozyjnej
Do ochrony czasowej wykorzystuje się takie tworzywa, które moŜną łatwo usuwać.

Najczęściej stosuje się powłokotwórcze polimery, które przy dekonserwacji usuwa się przez
zdzieranie mechaniczne.

4.4.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie znasz rodzaje mas uszczelniających?

Do czego słuŜą silikony?

Do czego słuŜą akryle?

Co to jest korozja?

Jakie znasz rodzaje korozji, uwzględniając mechanizm procesu korozyjnego?

Jakie znasz rodzaje korozji, uwzględniając środowisko w którym ona przebiega?

Jakie znasz sposoby zapobiegania korozji?

Jakie znasz rodzaje powłok ochronnych?

Jakie cechy powinien posiadać dobry smar konserwacyjny?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Korzystając z Internetu i innych dostępnych źródeł dobierz masy uszczelniające do

uzupełnienia  ubytków  w  podłoŜu  budowlanym  między  płytami  kartonowo-gipsowymi,
w szczelinach  parapetu,  ramy  okiennej,  tynku,  w  pomieszczeniu  chłodniczym.  Odszukaj  teŜ
takich mas uszczelniających, które moŜna stosować w środowiskach wilgotnych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

odszukać poŜądane informacje,

wykonać uszczelnienie w miejscach wskazanych przez nauczyciela.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

komputer z dostępem do Internetu,

–

broszury handlowe,

–

masy silikonowe, akrylowe,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Odszukaj w Internecie oferowane na rynku preparaty antykorozyjne. Przeanalizuj ich

charakterystykę. Ustal sposób postępowania przy nanoszeniu poszczególnych preparatów na
chronione powierzchnie.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

odszukać w Internecie polecane preparaty,

określić ich charakterystykę i sposób nanoszenia polecany przez ich producentów.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

komputer z dostępem do Internetu,

–

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Dysponując przedmiotem, którego powierzchnia jest pokryta korozją, oczyść tę

powierzchnię i odpowiednio przygotuj do naniesienia powłoki ochronnej. W przypadku
głębokich wŜerów, powierzchnię oczyść, uzupełnij ubytki szpachlą, wyszlifuj ja w następnej
kolejności i pokryj warstwą farby przeciwkorozyjnej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przygotować powierzchnię zardzewiałego przedmiotu do nałoŜenia powłoki ochronnej,

nanieść warstwy szpachli i przeszlifować,

nanieść warstwy farby antykorozyjnej,

ocenić jakość wykonanej przez siebie pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

skorodowany przedmiot wymagający renowacji,

–

szczotka druciana, płótno ścierne, szlifierka kątowa,

–

szpachla, rozcieńczalnik, farba antykorozyjna,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

4.4.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

dobrać odpowiednie masy uszczelniające do zadanych warunków?

wykonać uszczelnienie elementów o niewielkiej ruchowości?

rozpoznać zjawiska korozyjne i ich skutki?

dobrać sposoby zapobiegania korozji?

rozróŜnić i dobrać powłoki ochronne?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 20 zadań. Do kaŜdego zadania dołączone są 4 moŜliwości odpowiedzi.
Tylko jedna jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóŜ jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

Na rozwiązanie testu masz 35 minut.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Właściwości mechaniczne metali m.in. określa

gęstość.

temperatura topnienia.

twardość.

rozszerzalność cieplna

2. Właściwości fizyczne metali m.in. określa

wytrzymałość na zginanie.

wytrzymałość na ściskanie.

udarność.

przewodność elektryczna.

3. Właściwości technologiczne metali nie są określone przez

udarność.

skrawalność.

spawalność.

kowalność.

4. Stal, jest to stop Ŝelaza z węglem, w którym zawartość węgla nie przekracza

2%.

3%.

4%.

5%.

5. Uwzględniając przeznaczenie, stal nierdzewna, kwasoodporna i Ŝaroodporna naleŜy do

stali
a)

konstrukcyjnych.

specjalnych.

narzędziowych.

węglowych.

6. śeliwo jest to stop odlewniczy Ŝelaza z węglem, krzemem, manganem, fosforem, siarką

i innymi składnikami zawierający
a)

od 0% do 1,6% węgla.

od 1% do 2,6% węgla.

od 2% do 3,6% węgla.

od 3% do 4,6% węgla.

7. Silumin jest

odmianą stopu aluminiowego, zawierającą duŜo krzemu i niewiele miedzi, magnezu.

rodzajem twardego tworzywa sztucznego.

impregnowanym pod wysokim ciśnieniem i wysokiej temperaturze drewnem akacji.

stopem mosiądzu z brązem w obecności krzemu.

8. Brąz to stop

mosiądzu z cyną.

miedzi z cynkiem.

miedzi z cyną.

miedzi z mosiądzem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9. Polimery moŜna otrzymywać na drodze

wyłącznie polimeryzacji.

wyłącznie polikondensacji.

włącznie poliaddycji.

polimeryzacji, polikondensacji lub poliaddycji.

10. Na drodze polimeryzacji styrenu otrzymuje się

polietylen.

polipropylen.

poliuretan.

polistyren.

11. śywice epoksydowe

to rodzaj materiałów ceramicznych.

uzyskuje się z przeróbki drewna sosnowego.

znajdują zastosowanie jako dwuskładnikowe kleje.

to składnik poliwęglanów.

12. Kompozyty to materiały które pozwalają osiągnąć

właściwości niemoŜliwe do osiągnięcia w materiałach wyjściowych.

oszczędność deficytowych importowanych materiałów.

oszczędność drogich komponentów.

właściwości materiałów wyjściowych.

13. Piasek, mielony kwarc lub szamot pełni w produkcji materiałów ceramicznych rolę

wypełniającą.

schudzającą.

schładzającą.

zlepiającą.

14. Wyrobami ogniotrwałymi nazywa się takie materiały ceramiczne, których ogniotrwałość

zwykła jest równa lub wyŜsza od
a)

80°C.

580°C.

1080°C.

1580°C.

15. Do cech fizycznych drewna zalicza się

barwę, połysk, usłojenie, zapach, cięŜar właściwy, wilgotność.

wymiary gabarytowe.

wysokość i szerokość sortymentu.

wartość opałowa.

16. Do tworzyw drzewnych zalicza się

drewnopodobne tworzywa sztuczne.

płyty pilśniowe, wiórowe, sklejki, lignoston.

sezonowane deski z drzew iglastych.

belki budowlane wykonane z drzew iglastych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17. Silikon to

substancja słuŜąca do rozpuszczania krzemu.

materiał do wykonania izolacji elektrycznych.

rodzaj plastycznej masy uszczelniającej.

rodzaj twardego tworzywa sztucznego.

18. Korozja charakteryzująca się zniszczeniem przebiegającym wzdłuŜ granic ziaren metalu;

nie wywołując objawów zniszczenia na jego powierzchni, to korozja
a)

powierzchniowa.

międzykrystaliczna.

wŜerowa.

selektywna.

19. Fluidole to

specjalne farby na bazie fluidu.

warstwy organiczne słuŜące do regeneracji powierzchni metalowych.

warstwy nieorganiczne słuŜące do regeneracji powierzchni metalowych.

specjalne kompozycje błonkotwórcze tworzące na powierzchni metalu bardzo cienką
szczelną warstewkę odporną na działanie agresywnych czynników atmosferycznych.

20. Elementy trące, występujące w strefie spoŜywczej powinny być wyłącznie smarowane

smarem
a)

dopuszczonym do kontaktu z Ŝywnością.

roślinnym.

produkowanym w aseptycznych warunkach.

bezbarwnym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko...............................................................................

Stosowanie materiałów konstrukcyjnych w przemyśle spoŜywczym

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

LITERATURA

Bernaciak A.: Ochrona środowiska w praktyce. Wydawnictwo SORUS, Warszawa 2004

BoŜenko L.: Maszynoznawstwo dla szkoły zasadniczej. WSiP, Warszawa 2004

Górecki A.: Technologia ogólna. Podstawy technologii mechanicznych. WSiP,
Warszawa 2005

Dobrzański L.: Metaloznawstwo i obróbka cieplna. WSiP, Warszawa 2004

Dretkiewicz – Więch J.: Materiałoznawstwo. OBRPNiSz, Warszawa 1993

Dretkiewicz – Więch J.: Technologia mechaniczna. Techniki wytwarzania. WSiP,
Warszawa 2000

Górecki A.: Technologia ogólna – podstawy technologii mechanicznych. WSiP,
Warszawa 2004

Koza W., Lorenc W.: Pracownia techniczna. PWRiL, Warszawa 1985

Mac S., Leonowski J.: Bezpieczeństwo i higiena pracy dla szkół zasadniczych. WSiP,
Warszawa 2004

10.

Mac S.: Obróbka metali z materiałoznawstwem. WSiP, Warszawa 2004

11.

Mały poradnik mechanika. Tom I i II. WNT, Warszawa 1996

12.

Rączkowski B.: Bhp w praktyce. ODDK, Gdańsk 2002

13.

Stawiszyński F.: Poradnik mechanika samochodowego. WKiŁ, Warszawa 1983

14.

Struzik Cz.: Pracownia techniczna. PWSZ, Warszawa 1973.

15.

Zając B.: Materiałoznawstwo. Materiały pomocnicze. WSiP, Warszawa 1997

16.

Zawora J.: Podstawy technologii maszyn. WSiP, Warszawa 2001

Podstawowe akty prawne dotyczące materiałów w przemyśle spoŜywczym
1. Rozporządzenie (WE) Nr 1935/2004 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia

27 października 2004r. w sprawie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu
z Ŝywnością

Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o bezpieczeństwie Ŝywności i Ŝywienia (Dz. U. z 2006
r. Nr 171 poz. 1225)

3. Ustawa z dnia 6 września 2001r. o materiałach i wyrobach przeznaczonych do kontaktu

z Ŝywnością (Dz. U. z 2001r., Nr128, poz. 1408, z późniejszymi zmianami)

Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 8 czerwca 2004r. w sprawie wykazu substancji,
których  stosowanie  jest  dozwolone  w  procesie  wytwarzania  lub  przetwarzania
materiałów  i  wyrobów  z  tworzyw  sztucznych,  a  takŜe  sposobu  sprawdzania  zgodności
tych  materiałów  i  wyrobów  z  ustalonymi  limitami  (  Dz.  U.  z  2004r.,  Nr  157,  poz.1643
z późniejszymi zmianami Dz. U. z 2005 r., Nr 216, poz.1832 )

Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 1 czerwca 2004r. w sprawie wytwarzania lub
przetwarzania materiałów i wyrobów z innych tworzyw niŜ tworzywa sztuczne
(Dz. U. z 2004r., Nr 145, poz.1544)

Ustawa z dnia 11 maja 2001r. o warunkach zdrowotnych Ŝywności i Ŝywienia
(Dz. U. z 2005r. nr 31 poz.265 z póź. zm.)

Rozporządzenie Komisji (WE) nr 1895/2005 z dnia 18 listopada 2005 r. w sprawie
ograniczenia wykorzystania niektórych pochodnych epoksydowych w materiałach
i wyrobach przeznaczonych do kontaktu z Ŝywnością ( Dz. Urz. WE L 302 str. 28 )