Operator_urzadzen_przemyslu_ceramicznego_813[01].O1.03

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Ogólna klasyfikacja i podstawy doboru materiałów

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Metalowe materiały konstrukcyjne

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Korozja metali

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Tworzywa sztuczne

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Materiały ścierne i ceramiczne

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WPROWADZENIE

Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o rodzajach, właściwościach

i zastosowaniu podstawowych materiałów konstrukcyjnych i narzędziowych.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,

−

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

−

materiał nauczania – czyli wiadomości dotyczące klasyfikacji i przydatności
konstrukcyjnej metali, tworzyw sztucznych oraz materiałów ceramicznych,

−

zestaw pytań przydatny do sprawdzenia, czy juŜ opanowałeś podane treści,

−

ćwiczenia, które umoŜliwią Ci nabycie umiejętności rozróŜniania materiałów
konstrukcyjnych oraz ich dobierania do róŜnych zastosowań,

−

sprawdzian postępów,

−

sprawdzian  osiągnięć,  przykładowy  zestaw  zadań  i  pytań,  pozytywny  wynik
sprawdzianu  potwierdzi,  Ŝe  dobrze  pracowałeś  podczas  lekcji  i  Ŝe  nabyłeś  wiedzę
i umiejętności
z zakresu tej jednostki modułowej,

−

literaturę.
W materiale nauczania omówione zostały zagadnienia dotyczące:

−

klasyfikacji materiałów i zasad ich doboru na elementy konstrukcyjne,

−

właściwości uŜytkowych metali, tworzyw sztucznych i ceramicznych,

−

przyczyn korozji i sposobów jej zapobiegania.
Z rozdziałem Pytania sprawdzające moŜesz zapoznać się:

−

przed przystąpieniem do rozdziału Materiał nauczania – poznając przy tej okazji
wymagania wynikające z zawodu, a po przyswojeniu wskazanych treści, odpowiadając
na te pytania sprawdzisz stan swojej gotowości do wykonywania ćwiczeń,

−

po zapoznaniu się z rozdziałem Materiał nauczania, by sprawdzić stan swojej wiedzy,
która będzie Ci potrzebna do wykonywania ćwiczeń.
Kolejny etap to wykonywanie ćwiczeń, których celem jest uzupełnienie i utrwalenie

wiadomości.  JeŜeli  masz  trudności  ze  zrozumieniem  tematu  lub  ćwiczenia,  to  poproś
nauczyciela  o  wyjaśnienie  i  ewentualne  sprawdzenie,  czy  dobrze  wykonujesz  daną
czynność.

Po wykonaniu zaplanowanych ćwiczeń, sprawdź poziom swoich postępów wykonując

Sprawdzian postępów. Odpowiedzi NIE wskazują luki w Twojej wiedzy, informują Cię
równieŜ, jakich zagadnień jeszcze dobrze nie poznałeś. Oznacza to takŜe powrót do treści,
które nie są dostatecznie opanowane.

Poznanie przez Ciebie wszystkich lub określonej części wiadomości będzie stanowiło

dla nauczyciela podstawę przeprowadzenia sprawdzianu Twoich osiągnięć. W tym celu
nauczyciel moŜe posłuŜyć się zadaniami testowymi.

W rozdziale 5 tego poradnika jest zamieszczony przykład takiego testu, zawiera on:

−

instrukcję, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania
sprawdzianu,

−

przykładową kartę odpowiedzi, w której zakreśl poprawne rozwiązania poszczególnych
zadań.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

813[01].O1

Techniczne podstawy zawodu

813[01].O1.01

Przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa

i higieny pracy, ochrony przeciwpoŜarowej

oraz ochrony środowiska

813[01].O1.02

Posługiwanie się dokumentacją

techniczną

813[01].O1.04

Rozpoznawanie elementów maszyn

i mechanizmów

813[01].O1.03

Stosowanie materiałów

konstrukcyjnych i narzędziowych

813[01].O1.05

Analizowanie układów

elektrycznych i automatyki

przemysłowej

813[01].O1.06

Stosowanie podstawowych technik

wytwarzania części maszyn

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

obsługiwać komputer na poziomie podstawowym,

−

korzystać z róŜnych źródeł informacji,

−

posługiwać się jednostkami układu SI,

−

posługiwać się podstawowymi wiadomościami z fizyki dotyczącymi właściwości ciał
stałych,

−

posługiwać się symbolami chemicznymi pierwiastków,

−

posługiwać się podstawowymi wiadomościami z chemii dotyczącymi między innymi
roztworów wodnych,

−

rozróŜniać przemiany fazowe.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej uczeń powinien umieć:

−

rozróŜnić podstawowe pojęcia z materiałoznawstwa,

−

rozróŜnić gatunki stali i stopów,

−

rozróŜnić gatunki metali nieŜelaznych i ich stopów,

−

określić podstawowe właściwości mechaniczne materiałów konstrukcyjnych,

−

określić przydatność konstrukcyjną metali i niemetali,

−

określić właściwości metali i ich stopów stosowanych w przemyśle ceramicznym,

−

dobrać materiał na typowe części maszyn uŜywanych w zakładach ceramicznych,

−

rozróŜnić podstawowe materiały ceramiczne,

−

określić rodzaje korozji materiałów metalowych i ceramicznych,

−

określić sposoby zabezpieczenia przed korozją,

−

zabezpieczyć materiały metalowe i ceramiczne przed korozją,

−

scharakteryzować podstawowe materiały ścierne i określić ich zastosowanie,

−

rozróŜnić materiały do budownictwa przemysłowego i określić ich zastosowanie,

−

rozróŜnić rodzaje materiałów ogniotrwałych i określić ich zastosowanie,

−

rozróŜnić materiały do izolacji cieplnej,

−

skorzystać z katalogów i poradników oraz PN-ISO.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Ogólna klasyfikacja i podstawy doboru materiałów

4.1.1. Materiał nauczania

Dobre i niezawodne działanie urządzeń, w duŜym stopniu zaleŜy od właściwości

materiałów uŜytych do ich budowy. RóŜnorodność zadań wykonywanych przez urządzenia
wymusza konieczność doboru materiałów spełniających wymagania odpowiednie do funkcji
urządzenia.  Dobierając  materiał  do  wykonania  elementu  trzeba  mieć  na  uwadze  fakt,  Ŝe
musi on spełniać jednocześnie kilka wymagań. We właściwym doborze materiałów pomaga
nauka  materiałoznawstwa,  która  zajmuje  się  badaniem  właściwości  oraz  przydatności
materiałów do zastosowania w róŜnych warunkach eksploatacyjnych. Znajomość zaleŜności
między  budową  i  właściwościami  materiałów  przy  obecnym  stanie  wiedzy  pozwala  na
projektowanie ich do konkretnych zastosowań.

Materiałami w pojęciu technicznym nazywane są ciała stałe o właściwościach

umoŜliwiających ich stosowanie przez człowieka do wytwarzania produktów.

Naturalne materiały takie jak drewno, kamienie wymagają tylko nadania kształtu, do

technicznego zastosowania. Z surowców dostępnych w naturze po zastosowaniu złoŜonych
procesów  przetwórczych  moŜna  uzyskać  materiały  inŜynierskie.  Zaliczamy  do  nich  metale
i ich  stopy,  tworzywa  sztuczne  oraz  materiały  ceramiczne.  Coraz  częściej  do  celów
technicznych  wykorzystywane  są  materiały  kompozytowe.  Powstają  one  przez  połączenie
w jednolitą całość wybranych materiałów inŜynierskich.

Przy doborze i porównywaniu przydatności poszczególnych materiałów, konstruktorzy

posługują się wartościami określającymi właściwości zebrane w tabeli 1.

DuŜa ilość dostępnych materiałów inŜynierskich stwarza konieczność ich poprawnego

doboru na elementy konstrukcyjne lub funkcjonalne oraz narzędzia. Zastosowane materiały
powinny mieć najkorzystniejsze właściwości uŜytkowe i technologiczne przy moŜliwie
najniŜszych kosztach wytworzenia.

Tabela 1. Właściwości materiałów stosowane jako kryteria ich przydatności konstrukcyjnej

Rodzaj właściwości

Nazwy właściwości

chemiczne

odporność

korozję,

odporność

działanie

czynników chemicznych, odporność na działanie
temperatury

fizyczne

gęstość,  temperatura  topnienia,  temperatura  wrzenia,
ciepło  właściwe,  przewodnictwo  cieplne,  przewodność
elektryczna,  przenikalność  magnetyczna,  rozszerzalność
cieplna, wygląd zewnętrzny

mechaniczne

moduł spręŜystości, wytrzymałość, twardość, udarność,
ścieralność, wskaźnik zmęczeniowy

technologiczne

lejność,

podatność

odkształcenia

plastyczne,

skrawalność, spawalność

Sposób przeprowadzania oznaczeń właściwości materiałów jest znormalizowany

i podany w normach: PN-ISO, PN-EN i PN. KaŜda norma oprócz znaku (międzynarodowa,
europejska, polska) posiada numer i rok ustanowienia oraz tytuł. Polskie normy (PN)

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

posiadają równieŜ literowe oznaczenie branŜy, której norma dotyczy. Przed korzystaniem
z normy trzeba zawsze sprawdzić jej aktualność.

Przykład oznaczania norm:
PN-EN ISO 6508-1:2002 Metale. Pomiar twardości sposobem Rockwella.Część1: Metoda
badań ( skale A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)

4.1.2. Pytania sprawdzające

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

Co to są materiały konstrukcyjne?

Czy materiały konstrukcyjne są ciałami stałymi?

Jakie rozróŜniamy właściwości materiałów konstrukcyjnych?

Jakie są fizyczne właściwości materiałów konstrukcyjnych?

Jakie są mechaniczne właściwości materiałów konstrukcyjnych?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Uzupełnij tabelę wpisując jednostki, w jakich podaje się poszczególne właściwości

materiałów konstrukcyjnych.

Właściwość

Jednostka

gęstość

twardość

moduł spręŜystości

przewodność elektryczna

wytrzymałość na zginanie

współczynnik
przewodzenia ciepła

współczynnik
rozszerzalności cieplnej

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować zawartość tabeli,

wyszukać w dostępnych źródłach informacji potrzebnych do wykonania zadania,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

arkusz z treścią zadania,

−

poradniki, tablice, katalogi i normy wskazane przez nauczyciela.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Wyszukaj w róŜnych źródłach informacji wartości modułu spręŜystości (Younga), dla

materiałów podanych w tabeli.

Materiał

Moduł Younga

stal niestopowa

aluminium

ołów

guma

kauczuk

polistyren

granit

drewno

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować zawartość tabeli,

wyszukać w dostępnych źródłach informacji potrzebnych do wykonania zadania,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

treść zadania dla kaŜdego ucznia,

–

poradniki, tablice, katalogi i normy wskazane przez nauczyciela,

–

komputer z dostępem do Internetu.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić, czym zajmuje się materiałoznawstwo?

określić, co to są materiały konstrukcyjne?

określić róŜnice między materiałami naturalnymi i inŜynierskimi?

sklasyfikować materiały inŜynierskie?

określić rodzaje właściwości będących podstawą oceny przydatności
konstrukcyjnej materiałów?

podać właściwości przynaleŜące do poszczególnych rodzajów cech
materiałów?

wyjaśnić, co to znaczy, Ŝe sposób oznaczanie właściwości materiałów jest
znormalizowany?

cięciu metali.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Metalowe materiały konstrukcyjne

4.2.1. Materiał nauczania

Wiadomości ogólne o metalach i stopach metali

Metale stanowią grupę najczęściej stosowanych materiałów konstrukcyjnych,

charakteryzujących się takimi cechami jak:

−

dobre przewodnictwo cieplne,

−

dobra przewodność elektryczna,

−

dobra kowalność,

−

połysk metaliczny,

−

dobra obrabialność,

−

duŜa wytrzymałość,

−

duŜa twardość,

−

nieprzezroczystość,

−

wydawanie dźwięku przy uderzeniu,

−

krystaliczna budowa wewnętrzna.
Elementami składowymi sieci przestrzennej czystych metali są jednakowe jony

pierwiastków  elektroujemnych,  czyli  takich,  które  łatwo  oddają  elektrony  walencyjne.
PoniewaŜ  jony  te  są  tego  samego  znaku,  nie  mogą  zapewnić  trwałości  kryształu  (ładunki
jednoimienne  odpychają  się).  Podczas  zestalania  się  cieczy  w  kryształ  metalu  pojawia  się
duŜa  ilość  elektronów,  niezwiązanych  z  poszczególnymi  atomami,  lecz  poruszających  się
w całej  sieci  krystalicznej.  Elektrony  te  tworzą  tak  zwany  gaz  elektronowy,  który  jest
czynnikiem  cementującym  cały  kryształ.  W  metalach  występują,  więc  dwa  rodzaje  sił:
łączące  (działanie  gazu  elektronowego  skupiające  jony)  i  rozrywające  (działanie  sił
odpychania między jonami).

W krystalografii wyróŜnia się siedem układów sieci krystalicznych. Metale i ich stopy

krystalizują  najczęściej  w  układzie  regularnym  lub  heksagonalnym,  a  budowę  krystaliczną
uzyskują  przy  przechodzeniu  ze  stanu  ciekłego,  w  stan  stały.  Zwykle  proces  krystalizacji
rozpoczyna  się  w  róŜnych  miejscach  roztopionego  metalu.  Wokół  zarodków  krystalizacji
zaczynają  rozrastać  się  oddzielne  kryształy,  które  rosną  aŜ  do  napotkania  następnych.
Zetknięte  ze  sobą  kryształy  nie  mogą  się  dalej  rozrastać,  naciskają  na  siebie  tracąc  swój
regularny  kształt.  Powstałe  w  ten  sposób  kryształy  o  nieregularnych  zarysach  nazywamy
ziarnami, a o strukturze metalu mówimy, Ŝe jest ziarnista. Im więcej zarodków krystalizacji,
tym struktura bardziej drobnoziarnista.

Metale w stanie chemicznie czystym są bardzo rzadko stosowane w przemyśle

i technice. Większość z nich wykorzystywana w stanie technicznie czystym, czyli
z minimalną zawartością domieszek ( setne części %), albo w postaci stopów.

Stopy metali mają właściwości metaliczne i powstają przez stopienie dwóch lub więcej

składników, z których co najmniej jeden główny jest metalem.

Metalurgia to nauka o metodach i procesach dotyczących wytwarzania metali z rud, ich

rafinacji  (usuwanie  zanieczyszczeń)  i  otrzymywania  stopów.  Metalurdzy  opracowują
równieŜ  sposoby  dalszej  obróbki,  mającej  na  celu  nadanie  metalom  i  stopom  Ŝądanych
kształtów  oraz  właściwości.  Przemysłowym  zastosowaniem  procesów  metalurgicznych
zajmuje się hutnictwo metali.

Metale szlachetne występują w przyrodzie, w stanie rodzimym jako czyste pierwiastki.

Większość metali tworzy związki chemiczne z innymi pierwiastkami, które wraz

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

z domieszkami połączonymi z nimi w sposób mechaniczny, tworzą minerały lub części
skalne zwane rudami metalu. Domieszki niemetaliczne w rudach nazywamy skałą płonną.

Stopy Ŝelaza

Podstawowymi stopami stosowanymi w technice są stopy Ŝelaza z węglem. Produktem

wyjściowym  do  ich  otrzymywania  jest  surówka,  otrzymana  w  wielkim  piecu  z  rud  Ŝelaza.
Głównymi  rudami  Ŝelaza  są:  magnetyt,  hematyt,  limonit  i  syderyt.  Dalsza  przeróbka
surówki  na  stop  o  Ŝądanym  składzie,  odbywa  się  w  konwertorze,  piecu  martenowskim,
piecu elektrycznym lub Ŝeliwiaku.

RozróŜniamy trzy rodzaje stopów Ŝelaza:

−−−−

stale - stopy Ŝelaza z węglem o zawartości węgla nie przekraczającej 2%, odlane
i przerobione plastycznie (płaskowniki, kształtowniki, pręty, blachy i inne
elementy),

−−−−

staliwa - stopy odlewnicze Ŝelaza o zawartości węgla nie przekraczającej 2%, nie
przerobione plastycznie,

−−−−

Ŝeliwa - stopy odlewnicze Ŝelaza z węglem o zawartości węgla przewaŜnie od 2,5 do
4,5%.

Stale są najczęściej stosowanymi materiałami konstrukcyjnymi, klasyfikowanymi

według róŜnych kryteriów ( PN-EN 10020: 2003 Definicja i klasyfikacja gatunków stali).
Ze  względu  na  podstawowe  zastosowanie  rozróŜniamy  stale  konstrukcyjne,  narzędziowe
i o szczególnych właściwościach ( na przykład Ŝaroodporne, oporowe).

Dokonując podziału na podstawie składu chemicznego, moŜna wyróŜnić stale:

−−−−

niestopowe (węglowe), zawierające niewielką ilość domieszek wynikających
z procesu metalurgicznego,

−−−−

stopowe, zawierające celowo wprowadzone dodatki róŜnych pierwiastków, aby
uzyskać poŜądane właściwości.

W zaleŜności od sumarycznej zawartości dodatków rozróŜniamy stale niskostopowe,

średniostopowe i wysokostopowe.

WaŜnym materiałem konstrukcyjnym, stosowanym w postaci odlewów jest staliwo

niestopowe lub stopowe. Otrzymuje się je w wyniku odlewania do form, w których
krzepnie, uzyskując wymagany kształt. Staliwa są stosowane na elementy o znacznych
wymiarach

i skomplikowanych

kształtach,

niezbyt

wysokich

wymaganiach

wytrzymałościowych,  których  wykonanie  ze  stali  byłoby  trudne  i  pracochłonne.  Staliwa
stopowe  są  wykorzystywane  na  odlewy  elementów  pracujących  w  podwyŜszonych
temperaturach  i środowiskach  powodujących  korozję,  a  takŜe  na  części  naraŜone  na
ścieranie i obciąŜenia dynamiczne.

Do materiałów odlewniczych najpowszechniej stosowanych w budowie maszyn naleŜy

Ŝeliwo. Decydują o tym między innymi stosunkowo niski koszt wyrobów, niska temperatura
topnienia, dobre właściwości wytrzymałościowe oraz dobra skrawalność. śeliwa są jednak
bardziej kruche niŜ stale i staliwa. Właściwości Ŝeliw zaleŜą głównie od ich struktury.

RozróŜnia się trzy główne rodzaje Ŝeliw:

−−−−

szare (węgiel występuje w postaci grafitu),

−−−−

białe (węgiel występuje w postaci cementytu),

−−−−

pstre o strukturze mieszanej.

śeliwa szare odznaczają się dobrymi właściwościami odlewniczymi, duŜą wytrzymałością
na ścieranie i małą udarnością. śeliwo białe nie nadaje się na części konstrukcyjne, gdyŜ jest
twarde, kruche i nieobrabialne. Odlewy z Ŝeliwa białego wykonuje się przede wszystkim
jako produkt wyjściowy do otrzymywania Ŝeliwa ciągliwego, stosowanego na drobne części
maszyn i urządzeń.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Znakowanie stopów Ŝelaza

Systemy znakowania stopów Ŝelaza są znormalizowane. Poszczególne rodzaje i gatunki

są  oznaczane  symbolami  składającymi  się  ze  znaków  literowych  i  cyfrowych.  Oznaczenia
literowe  określają  rodzaj  stopu  i  jego  składniki,  a  cyfry  zazwyczaj  informują  o  zawartości
poszczególnych  składników  lub  innych  właściwościach  materiału  (na  przykład
wytrzymałości).  Niektóre  znaki  literowe  określające  składniki  stali  zgodne  z  PN
przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 2. Oznaczenia literowe stosowane w symbolach stali

Litera

Składnik stali

chrom (Cr) w stalach narzędziowych

wanad (V) w stalach konstrukcyjnych

wanad (V) w stalach narzędziowych

mangan (Mn)

chrom (Cr) w stalach konstrukcyjnych

aluminium Al

kobalt (Co)

molibden Mo

nikiel (Ni)

krzem (Si)

tytan (Ti)

wolfram (W)

Mnogość rodzajów i gatunków stopów Ŝelaza sprawia, Ŝe sposób ich znakowania jest

złoŜony i skomplikowany. W poradniku uwzględniono tylko sposób tworzenia symboli
podstawowych stopów, mających najszersze zastosowanie.

Stale konstrukcyjne niestopowe ogólnego przeznaczenia są znakowane literami

St i liczbami  porządkowymi  0,  3,  4,  5,  6,  7,  określającymi  numer  gatunku  w  miarę
wzrastającej  zawartości  węgla.  Litera  S  na  końcu  znaku  oznacza,  Ŝe  stal  jest  przeznaczona
na  konstrukcje  spawane  (na  przykład  St3S).  Litera  V  na  końcu  znaku  oznacza  stal
o ograniczonej  zawartości  węgla,  a  litera  W  stal  o  ograniczonej  zawartości  węgla,  fosforu
i siarki. Zawartość miedzi w stali jest oznaczana symbolem Cu na końcu znaku.

Gatunek stali konstrukcyjnych stopowych jest określany znakiem składającym się z:

−−−−

liczby dwucyfrowej na początku znaku, podającej przybliŜoną zawartość węgla
w stali w setnych częściach procenta,

−−−−

litery lub kilku liter, oznaczających dodatki stopowe,

−−−−

liczb całkowitych, podawanych po znaku literowym poszczególnych pierwiastków,
określającą przybliŜone zawartości dodatków stopowych w procentach, gdy ich ilość
przekracza 1,5%.

Na  przykład  stal  o  znaku  18H2N2  jest  stalą  chromowo-niklową  o  średniej  zawartości
węgla  0,18%  oraz  chromu  i  niklu  po  około  2%.  Dodanie  na  końcu  znaku  litery  A
oznaczałoby wyŜszą jakość stali.

Stale łoŜyskowe oznaczone są literą Ł, następnie literą H oraz liczbą określającą

średnią zawartość chromu w dziesiątych częściach procentu i ewentualnie literami S

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

lub G, oznaczającymi podwyŜszoną zawartość krzemu i manganu w stali (na przykład
ŁH15SG).

Znak stali narzędziowych stopowych składa się z:

−−−−

odpowiedniej litery S (szybkotnące), W (do pracy na gorąco), N (do pracy na
zimno), umieszczonej na początku znaku,

−−−−

litery lub kilku liter określających dodatki stopowe,

−−−−

liczb  stawianych  w  środku  lub  na  końcu  znaku  oznaczających  zawartość  głównych
pierwiastków  stopowych  (dla  S)  lub  wyróŜniających  gatunek  stali  o  róŜnej
zawartości węgla i poszczególnych pierwiastków (dla W i N).

Przykłady oznakowania stali narzędziowych: SK5, WCL, NC4, N12.

Znak staliwa niestopowego składa się z dwóch liczb określających wyraŜone w MPa

wartości: minimalnej granicy plastyczności R

oraz minimalnej wytrzymałości na

rozciąganie R

. W przypadku stali węglowych podlegających odbiorowi na podstawie

składu chemicznego na końcu znaku umieszcza się literę W, na przykład 270-480W.

Znak staliw stopowych składa się z litery L, liczby określającej średnią zawartość

węgla w setnych procentu, oraz liter oznaczających pierwiastki stopowe według
malejących zawartości dodatku w staliwie. Na przykład L25HG oznacza staliwo
chromowo- manganowe o zawartości węgla około 0,25%.

Według normy PN-EN 10027-1:1994 uaktualnionej w 2007 roku stosuje się dwie

grupy oznaczeń stali. Do pierwszej grupy naleŜą znaki wskazujące na zastosowanie oraz
mechaniczne lub fizyczne właściwości stali, a do drugiej znaki wskazujące na jej skład
chemiczny.

Oznakowanie stali według właściwości i zastosowania składa się z ciągu liter i cyfr.

Pierwszym  symbolem  jest  litera  wskazująca  przeznaczenie  na  przykład:  S  -  stale
konstrukcyjne,  G  –  staliwo,  E  –  stale  maszynowe,  B  –  stale  do  zbrojenia  betonu,
M  –  stale  elektrotechniczne,  P  –  stale  pracujące  pod  ciśnieniem,  L  –  stale  na  rury
przewodowe, P – stale pracujące pod ciśnieniem.   Drugim symbolem liczba określająca
minimalną  wytrzymałość  na  rozciąganie  lub  minimalną  granicę  plastyczności  w  MPa.
Stosuje się równieŜ dodatkowe  symbole literowe dokładniej charakteryzujące stal.
Przykłady oznakowania stali:
S185 - stal konstrukcyjna o Re= 185 MN/m2,
P355Q - stal do pracy pod ciśnieniem o Re= 355 MN/m2 ulepszana cieplnie,
L360M  –  stal  dla  rur  do  pracy  pod  ciśnieniem  o  Re=  360  MN/m2    walcowana
termomechanicznie.

Przy oznaczaniu składu stali niestopowych zapisujemy literę C oraz średnią

zawartość węgla w % pomnoŜoną przez 100. Na przykład znak C50 oznacza stal
niestopową o zawartości węgla 0,5 %.

Stale stopowe, w których zawartość Ŝadnego z dodatków nie przekracza 5%

znakujemy podając:

−

liczbę określającej średnią zawartość węgla w % pomnoŜoną przez 100,

−

symbole pierwiastków składników stopowych uporządkowanych według malejącej

zawartości lub według kolejności alfabetycznej (przy tej samej zawartości),

−

liczby odpowiadające średniej zawartości poszczególnych pierwiastków stopowych

pomnoŜoną przez współczynnik właściwy dla tego pierwiastka (liczby te
zaokrąglamy do najbliŜszej liczby całkowitej i oddzielamy od siebie poziomą
kreską).

Na przykład 9MnCu6-10. JeŜeli udział co najmniej jednego składnika stopowego
przekracza 5%, znakowanie stali rozpoczyna się od litery X (na przykład X10CrNi18-8).

Na oznakowanie stali szybkotnących składają się litery HS oraz liczby wskazujące

zawartość dodatków stopowych w % w następującej kolejności W, Mo, V, Co. Jeśli nie

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ma któregoś z tych pierwiastków wpisuje się cyfrę 0. Jeśli brak jest Co na końcu 0
moŜna pominąć na przykład HS6-5-2.

Druga część normy PN-EN 10027 podaje system cyfrowy oznaczania stali, będący

uzupełnieniem systemu ustalonego w części 1. Numer składa się z cyfr według
następującego schematu A BB XX, gdzie A to numer grupy materiału, BB numer grupy
stali, a XX kolejny numer. Na przykład oznaczenie 1.4821 odpowiada stali stopowej
X15CrNiSi25-4.

Według polskich norm (PN) znak Ŝeliwa stopowego szarego lub pstrego rozpoczyna

się literami Zl, białego Zb, sferoidalnego Zs, po czym podane są symbole pierwiastków
stopowych i liczby określające ich średnią zawartość w Ŝeliwie. W przypadku Ŝeliw
węglowych podaje się trzycyfrową liczbę odpowiadającą minimalnej wytrzymałości na
rozciąganie MPa (dla szarego), a w przypadku Ŝeliw sferoidalnych jeszcze dodatkowo po
znaku pauzy dwie cyfry odpowiadające minimalnemu wydłuŜeniu w % (na przykład 350-22).

Norma PN-EN 1560:2001 podaje system oznaczania Ŝeliwa na podstawie symboli

i numerów. Oznaczanie Ŝeliwa znormalizowanego za pomocą symboli powinno obejmować
najwyŜej sześć pozycji, przy czym niektóre z nich mogą zostać w ogóle nie wykorzystane:

−

pozycja 1 : EN,

−

pozycja 2 : symbol Ŝeliwa GJ ( G - materiał odlewany, J - Ŝeliwo),

−

pozycja 3: symbol dla postaci grafitu (L – płatkowy, S – kulkowy, M – Ŝarzenia,
V – wermikularny, N – struktura nie zawierająca grafitu, ledeburyt, Y – struktura
specjalna),

−

pozycja 4 : symbol dla mikrostruktury lub makrostruktury ( A – austenit, F – ferryt,
P – perlit, M – martenzyt, L – ledeburyt, Q – stan po hartowaniu, T – stan po hartowaniu
i odpuszczaniu, B – przełom czarny, W – przełom biały),

−

pozycja 5 : symbol dla klasyfikacji według właściwości mechanicznych (na przykład EN-
GJL-HB 155 ) lub składu chemicznego ( na przykład EN-GJL-XNiMn13-7 ),

−

pozycja 6 : symbol dla wymagań dodatkowych ( na przykład D – odlew surowy, H – odlew
po obróbce ).
Oznaczanie Ŝeliwa na podstawie numerów obejmuje dziewięć znaków:

−

pozycje 1 do 3 : przedrostek EN-,

−

pozycja 4 : litera J,

−

pozycja 5 : litera charakteryzująca strukturę grafitu,

−

pozycja 6 : jednocyfrowy znak charakteryzujący właściwości Ŝeliwa, według tablicy 6
zamieszczonej w normie,

−

pozycje 7 i 8 : dwucyfrowy znak od 00 do 99 charakteryzujący dany materiał,

−

pozycja 9 : jednocyfrowy znak charakteryzujący specjalne wymagania danego materiału
według tablicy 7 zamieszczonej w normie.
Przykłady oznaczania Ŝeliwa za pomocą numerów: EN-JL 1020 – Ŝeliwo szare, EN-

JM 1010 – Ŝeliwo ciągliwe białe, EN-JM 1110 – Ŝeliwo ciągliwe czarne.
Metale nieŜelazne i ich stopy

Do metali nieŜelaznych zaliczamy wszystkie metale oprócz Ŝelaza. Dla celów

przemysłowych największe znaczenie ma podział metali nieŜelaznych i ich stopów
według zastosowania. Zgodnie z tym podziałem rozróŜniamy metale:

−

podstawowe przetwórcze, które są podstawowymi składnikami stopów mających
znaczenie przemysłowe (aluminium, miedź, nikiel, magnez, cynk, cyna, ołów, kobalt,
kadm, tytan),

−

pomocnicze, które są składnikami stopowymi, tworzącymi z metalami podstawowymi
przetwórczymi stopy przemysłowe (beryl, chrom, mangan, molibden, niob, antymon,
wanad, wolfram, cyrkon).

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W poradniku zostaną omówione tylko najczęściej stosowane metale nieŜelazne i ich

stopy.

Miedź jest metalem o barwie czerwonozłotej, odpornym na korozję, plastycznym,

dobrze przewodzącym ciepło i prąd elektryczny. MoŜna ja obrabiać plastycznie na zimno
i na gorąco w temperaturze około 700°C. Stosuje się ją na przewody elektryczne, elementy
wymienników ciepła oraz jako składnik stopów.

Miedź stopowa zawiera niewielkie ilości składników stopowych, w ilości

nieprzekraczającej 3%. RozróŜniamy między innymi miedź arsenową, chromową,
kadmową, niklową i inne.

Do podstawowych stopów miedzi zaliczamy:

−

mosiądze zawierające cynk (Zn) jako główny dodatek stopowy,

−

miedzionikle, w których głównym dodatkiem stopowym jest nikiel (Ni),

−

brązy zawierające ponad 2% dodatków stopowych, spośród których głównym nie jest
cynk lub nikiel.
Mosiądze są odporne na korozję, mają dobre właściwości plastyczne i odlewnicze. Ich

właściwości  mechaniczne  zaleŜą  od  zawartości  cynku,  im  większa  zawartość  tego
pierwiastka,  tym  wytrzymałość  stopu  jest  wyŜsza  (powyŜej  45%  Zn  wzrasta  kruchość).
Mosiądze moŜna łączyć przez lutowanie miękkie i twarde oraz przez spawanie acetylenowe.
Stopy  te  wykorzystuje  się  na  elementy  konstrukcyjne  ślizgowe,  spręŜyste,  odporne  na
korozję oraz na armaturę.

WaŜną grupę technicznych stopów miedzi przeznaczonych do obróbki plastycznej

stanowią miedzionikle. Nikiel powoduje podwyŜszenie właściwości mechanicznych,
odporności na korozję.

Brązy odlewnicze stosowne są na części maszyn, osprzęt parowy i wodny, łoŜyska

ślizgowe, aparaturę chemiczną. Z brązów do obróbki plastycznej wykonuje się między
innymi spręŜyny, sita, rurki manometryczne, elementy przeciwcierne, armaturę w przemyśle
chemicznym i maszynowym, koła zębate. Nazwę brązu tworzy się od nazwy dodatku
stopowego o największym udziale procentowym. Są brązy cynowe, krzemowe, aluminiowe,
berylowe, ołowiowe i inne.

Znakowanie stopów miedzi i innych stopów metali nieŜelaznych zgodne z PN jest

następujące. Na początku znaku stawia się symbol metalu zasadniczego, po nim umieszcza
się  symbol  głównego  dodatku  stopowego  z  liczbą  całkowitą  wskazującą  jego  zawartość
w stopie.  Dalej  w  kolejności  zmniejszających  się  zawartości  procentowych  podaje  się
pozostałe dodatki stopowe z liczbami ich procentowych zawartości. Gdy zawartość dodatku
nie  przekracza  1%,  to  cyfrę  pomijamy.  Przykłady  zapisów  stopów  miedzi  przedstawiono
w tabeli 3.

Tabela 3. Przykładowe zapisy składu stopów miedzi

Nazwa stopu

Zapis składu stopu

Skład stopu

miedź srebrowa

CuAg2

98% Cu, 2% Ag

mosiądz manganowo - Ŝelazowy

Cu Zn40Mn3Fe

46%Cu, 40%Zn, 3%Mn, ~1%Fe

miedzionikiel aluminiowy

CuNi44Al2

54%Cu, 44%Ni, 2%Al

brąz cynowy

CuSn10Pb8

82%Cu, 10%Sn, 8%Pb

W dokumentacji zewnętrznej na przykład zamówieniach, czy ofertach producenci

półwyrobów  lub  wyrobów  z  metali  nieŜelaznych  posługują  się  cechami.  Są    to  skrótowe
umowne oznaczenia literowe, literowo - liczbowe lub barwne gatunków materiału.
Na  przykład dla mosiądzu cecha składa się z symbolu literowego pochodzącego od nazwy
stopu  (M)  i  procentowej  zawartości  miedzi.  JeŜeli  jest  to  mosiądz  wieloskładnikowy  po

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

literze M podaje się równieŜ symbol literowy dodatku stopowego. Na przykład M90, MN65,
MC70.

Norma europejska EN 1412:1995 mająca status Polskiej Normy (PN-EN 1412:1998),

podaje sposób tworzenia europejskiego systemu numerycznego miedzi i stopów miedzi.

Numer powinien składać się z sześciu znaków:

−

pozycja 1 : litera C oznaczająca materiał miedziowy,

−

pozycja  2  :  jedna  z  liter  (B  –  materiały  w  postaci  gąsek  do  przetopienia  na  odlewy,
C – materiał w postaci odlewów, F – spoiwa do lutowania twardego i spawania,
M  –  stopy  wstępne,  R  –  miedź  rafinowana  przerobiona  plastycznie,  S  –  materiały
w postaci  złomu,  W  –  materiały  w  postaci  wyrobów  przerobionych  plastycznie,
X – materiały nieznormalizowane),

−

pozycja 3 do 5 : numery w przedziale 000 do 999 (znormalizowane materiały
miedziowe mają numery od 000 do 799, a nieznormalizowane od 800 do 999),

−

pozycja  6  :  litera  określająca  jedną  z  grup  materiałowych  (A  lub  B  -    miedź,  C  lub
D –  stopy  miedzi  niskostopowe,  E  lub  F  –    róŜne  stopy  miedzi,  G  –  stopy
miedź aluminium,  H  –  stopy  miedź-nikiel,  J  –  stopy  miedź-nikiel-cynk,  K  –  stopy
miedź- cyna, L lub M stopy miedź-cynk dwuskładnikowe, N lub P stopy miedź – cynk -
ołów, R lub S stopy miedź-cynk wieloskładnikowe.
Przykłady oznaczeń: CW024A, CB752S, CC383H.
Za przydzielanie, rejestrowanie i zarządzanie numerami materiałowymi odpowiedzialny

jest CEN / TC 133 ( komitet techniczny Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego).

Norma PN-EN 1412:1998 zawiera takŜe tłumaczenie raportu technicznego ISO/TR

7003:1990,  dotyczącego  ujednoliconej  budowy  oznaczeń  metali.  Oznaczenie  składa  się
z trzech  elementów:  symbolu  organizacji  odpowiedzialnej  za  oznaczenie,  identyfikacji
normy,  w  której  pojawia  się  oznaczenie  pierwotne,  informacji  specyficznej  dla  oznaczenia
metalu lub stopu. Przykład takiego oznaczenia: ISO / ISO 426-2 / CuZn36Pb3.

W załączniku A do raportu zamieszczono sposób tworzenia międzynarodowego

systemu numerycznego metali (INSM), ułatwiającego ich identyfikację i indeksację
(kodowanie).

Aluminium naleŜy do metali o duŜym znaczeniu technicznym, stosowanym zarówno

w postaci czystego metalu, jak i stopów. Jest metalem lekkim, o barwie srebrzystobiałej,
odpornym na korozję, dobrze przewodzącym prąd elektryczny i ciepło. Metal ten moŜe być
obrabiany plastycznie na zimno i na gorąco. Na powietrzu pokrywa się cienką warstwą
Al

, chroniącą przed korozją atmosferyczną, działaniem wody, stęŜonego kwasu

azotowego, licznych kwasów organicznych i siarkowodoru. Aluminium jest stosowane
między innymi na przewody elektryczne, folie spoŜywcze oraz do budowy aparatury
chemicznej i urządzeń elektrotechnicznych.

Stosunkowo niskie właściwości wytrzymałościowe aluminium, moŜna zwiększyć przez

wprowadzenie  dodatków  stopowych  oraz  obróbkę  cieplną  stopów.  Stopy  aluminium  są
lekkie,  w  niskich  temperaturach  wykazują  duŜą  udarność.  Stopy  odlewnicze,  w  których
dodatkami  są  miedź  (Cu),  krzem  (Si),  magnez  (Mg)  i  nikiel  (Ni),  charakteryzują  się  dobrą
lejnością i małym skurczem odlewniczym. W stopach do obróbki plastycznej dodatkami są
równieŜ mangan (Mn), cynk (Zn), chrom (Cr), tytan (Ti) oraz lit (Li).

Stopy aluminium z Si zwane siluminami, wykazują duŜą Ŝarowytrzymałość i dlatego są

stosowane na tłoki silników spalinowych. Wytwarza się z nich takŜe części dla przemysłu
okrętowego, elektrycznego oraz maszynowego.

Największą odporność na korozję i najmniejszą gęstość wśród stopów aluminium,

posiadają stopy Al i Mg. Są one wykorzystywane na armaturę morską, elementy aparatury
chemicznej, a takŜe na części silnie obciąŜone i naraŜone na uderzenia.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stopy aluminium z Cu i Mg oraz niewielkim dodatkiem Mn, Fe lub Si nazywane są

duralami miedziowymi lub duraluminium. Są one stosowane na części maszyn, pojazdów
mechanicznych, taboru kolejowego, samolotów, a takŜe w budownictwie. Ich zastosowanie
jest jednak ograniczone z powodu braku odporności na korozję.

NajwyŜsze właściwości wytrzymałościowe spośród stopów aluminium wykazują durale

cynkowe,  czyli  stopy  Al  i  Zn  z  niewielkim  dodatkiem  Mg  i  Cu.  Ich  małą  odporność  na
korozję  poprawia  się  przez  platerowanie  aluminium.  Są  wytwarzane  w  postaci  blach,
prętów, odkuwek i kształtowników.

Dzięki dobrej odporności na korozję stopy aluminium z Mn, są wykorzystywane do

produkcji  elementów  pracujących  w  agresywnych  środowiskach.  Wykonuje  się  z  nich
urządzenia  produkcyjne  i  transportowe  w  przemyśle  spoŜywczym  i  chemicznym  oraz
spawane zbiorniki na ciecze i gazy techniczne.

Nikiel, naleŜący do waŜnych metali technicznych, jest stosowany w ograniczonym

stopniu  ze  względu  na  powiększający  się  jego  deficyt.  Najczęściej  stosowanymi  stopami
konstrukcyjnymi  niklu  są  monele.  Ze  względu  na  duŜą  odporność  na  korozję  są  one
stosowane  na  zbiorniki  oraz  elementy  aparatury  chemicznej  i  maszyn  pracujących
w ośrodkach korozyjnych.

Do podstawowych stopów oporowych niklu naleŜą: chromel, alumel, nichrom. Dwa

pierwsze  są  stosowane  do  produkcji  termoelementów.  Nichromy  są  uŜywane  na  elementy
oporowe  grzejne  i  oporniki  oraz  na  termoelementy  pracujące  w  temperaturze  do  około
900°C.  Stopy  niklu  zwane  kanthalami  stosowane  są  na  elementy  grzejne  w  zakresie
temperatur do 1300°C.

Znaczenie techniczne zyskały równieŜ stopy wolframu, molibdenu, kobaltu, cynku,

magnezu, cyny i ołowiu.

Spośród metali szlachetnych na uwagę ceramika zasługuje platyna. Jest ona stosowana

do wyrobu tygli, elektrod, uzwojeń grzewczych. Stopy platyny z rodem (Rh) są
wykorzystywane na termoelementy o zakresie stosowania do 1700°C.

Zasady doboru materiałów na typowe części maszyn ceramicznych

Podstawowymi materiałami, z których wykonywane są korpusy i elementy robocze

maszyn  ceramicznych  są  stopy  Ŝelaza.  Tak  jak  w  przypadku  doboru  materiałów  do  innych
zastosowań,  konieczne  jest  dostosowanie  właściwości  materiałów  do  rodzaju  obciąŜeń
jakim  będzie  poddany  element  w  czasie  pracy.  Podstawowymi  kryteriami  doboru
materiałów  na  części  maszyn  ceramicznych  są  właściwości  mechaniczne,  głównie
wytrzymałość oraz odporność na ścieranie i uderzenia. Spośród stali najczęściej stosowane
są stale chromowe
i  manganowe  łączące  dwie  najbardziej  poŜądane  cechy  materiałów  na  części  maszyn
ceramicznych, czyli odporność na ścieranie i korozję. Często ze względów technologicznych
elementy muszą być odlewane i wtedy stosuje się staliwa lub Ŝeliwa , w których dodatkami
stopowymi  są  Cr,  Mn,Ni,  Mo.  W  przypadku  urządzeń  do  obróbki  cieplnej  konieczne  jest
dobranie  materiałów  odpornych  na  działanie  czynników  chemicznych  (na  przykład  spalin)
i obciąŜeń mechanicznych w wysokich temperaturach (powyŜej 600°C).  Na części suszarń
i pieców stosowane są  Ŝaroodporne i Ŝarowytrzymałe stopy Ŝelaza, głównie stal chromowa
i chromowo - niklowa oraz odlewnicze stopy zawierające jako dodatki stopowe Cr, Ni, Mn
i Si.

Na części maszyn i urządzeń ceramicznych stosowane są równieŜ materiały

niemetalowe,  szczególnie  tam  gdzie  zaleŜy  nam  na  wyeliminowaniu  związków  Ŝelaza
z masy  (ceramika  szlachetna).  Wówczas  stosuje  się  wyłoŜenia  lub  elementy  porcelanowe,
bazaltowe, granitowe i krzemienne.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie rozróŜniamy stopy Ŝelaza?

Jakie rozróŜniamy gatunki stali i jak je znakujemy?

Jakie są gatunki staliwa i jak się je znakuje?

Jakie są gatunki Ŝeliwa i jak się je znakuje?

Jakie litery odpowiadają pierwiastkom stosowanym jako dodatki stopowe?

Co to są metale nieŜelazne?

W jaki sposób podaje się skład stopów metali nieŜelaznych?

Jakie są zasady i kryteria doboru materiałów na części maszyn i urządzeń?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Podaj nazwy stopów Ŝelaza, których znaki podano w tabeli.

Znak stopu

Nazwa stopu

St2S

St5SCu

15H4G2S

NWC

ŁH10M

L30GS

Zl350

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować zawartość tabeli,

skorzystać z poradników, katalogów, norm i ustalić nazwy poszczególnych stopów,

wpisać nazwy stopów do tabeli,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

poradniki, katalogi i normy oraz literatura wskazana przez nauczyciela.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Uzupełnij tabelę wpisując składnik główny oraz procentowy skład stopów.

Oznaczenie stopu

Składnik główny

Procentowy skład stopu

CuAl8Fe4Ni

CuZn31Mn2Al2Si

SnPb33Sb13Cu4

MgAl21

NiSi4Mn2Mg

AlCu4Mg0,5

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować zawartość tabeli,

ustalić składnik główny kaŜdego ze stopów i zapisać go w tabeli,

ustalić procentową zawartość składników w stopach i zapisać w tabeli,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

arkusze z tabelą,

−

układ okresowy pierwiastków,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 3

Dobierz materiały na części maszyn i urządzeń stosowanych w przemyśle ceramicznym

podane w tabeli.

Element maszyny lub urządzenia ceramicznego

Dobrany materiał

mielniki i wyłoŜenie bębna młyna kulowego
stosowanego do przygotowania gęstwy porcelanowej

szczęki kruszarek do wstępnego rozdrabniania
surowców twardych

wylotniki pras (tłoczarek) ślimakowych

końcówki palników gazowych

konstrukcje wózków suszarniczych

układy jezdne i ramy wózków pieców tunelowych

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować zawartość tabeli,

zapoznać się z opisem budowy oraz zasadami działania maszyn i urządzeń, na części
których dobierasz materiał,

ustalić, jakim obciąŜeniom będzie poddany element w czasie pracy,

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ustalić, jakie właściwości powinien posiadać materiał wykorzystany do wykonania
poszczególnych części,

wyszukać w dostępnych źródłach, które materiały spełniają ustalone wymagania,

zapisać nazwy dobranych materiałów w tabeli,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

treść zadania dla kaŜdego ucznia,

−

poradniki, katalogi i normy podające właściwości metali i stopów,

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 4

Wpisz do tabeli przy nazwie metalu lub stopu numer, którym są opisane zgromadzone

próbki materiałów metalowych.

Metal lub stop

Numer próbki

stal

staliwo (odlew)

miedź

brąz (odlew)

aluminium

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować zawartość tabeli,

dobrać na podstawie katalogów, zdjęć numer próbki do nazwy metalu lub stopu,

wpisać numer do tabeli,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

poradniki, katalogi i normy oraz literatura wskazana przez nauczyciela,

−

ponumerowane próbki materiałów metalowych.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

podać podstawowe cechy metali?

scharakteryzować krystaliczną budowę metali?

określić, co to są rudy metali?

określić, czym są stopy metali?

sklasyfikować stopy Ŝelaza?

scharakteryzować stopy Ŝelaza?

wyjaśnić zasady znakowania stopów Ŝelaza?

scharakteryzować metale nieŜelazne i ich stopy?

wyjaśnić zasady znakowania stopów metali nieŜelaznych?

10)

wyjaśnić zasady doboru materiałów na typowe części maszyn
ceramicznych?

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Korozja metali

4.3.1. Materiał nauczania

Rodzaje korozji i jej skutki

Korozją metali (i stopów metali) nazywamy zjawisko stopniowego ich niszczenia,

w wyniku  oddziaływania  otaczającego  środowiska.  Niszczenie  rozpoczyna  się  na
powierzchni  i  postępuje  w  głąb  metalu.  Postępująca  korozja  moŜe  powodować  znaczne
obniŜenie  właściwości  uŜytkowych  maszyn,  urządzeń  i  elementów,  zmniejszając
bezpieczeństwo  ich  stosowania.  Korozja  powoduje  równieŜ  duŜe  straty  ekonomiczne,
związane z koniecznością:

−

dokonywania wymiany uszkodzonych maszyn i urządzeń lub ich elementów,

−

stosowania znacznie droŜszych stopów odpornych na korozję,

−

stosowania powłok antykorozyjnych i innych środków przeciwdziałających lub
opóźniających korozję.
Pośrednie straty ekonomiczne są związane z przerwami w eksploatacji urządzeń, w celu

dokonania wymiany części lub usunięcia uszkodzeń. Do strat powodowanych korozją
naleŜy zaliczyć równieŜ straty energetyczne, związane z procesami naprawy, a takŜe koszty
wytwarzania „zamienników”, które muszą zastąpić urządzenia uszkodzone wskutek korozji.

W zaleŜności od mechanizmu procesu niszczenia rozróŜnia się korozję: chemiczną

i elektrochemiczną.

Korozja chemiczna polega na niszczącym działaniu gazów lub cieczy niebędących

elektrolitami. Cząsteczki takiego środowiska stykają się z powierzchnią metalu i tworzą
z nim związki ( tlenki, siarczki, węgliki, azotki). Wzrost temperatury przyspiesza tworzenie
się tych związków. Gdy powstająca na powierzchni metalu warstwa powstającego związku
jest ścisła i trwała, wówczas chroni ona element przed dalszą korozją. JeŜeli jednak warstwa
korozyjna łatwo odpada lub nie jest ścisła, metal jest stale naraŜony na działanie
agresywnego środowiska i szybko ulega zniszczeniu.

Korozja elektrochemiczna jest procesem niszczenia metali powodowanym przez

przepływ prądu elektrycznego z jednej jego części do drugiej za pośrednictwem elektrolitu,
czyli  cieczy  mającej  zdolność  przewodzenia  prądu  elektrycznego.  Źródłem  prądu  są
zazwyczaj  powstające  samoczynnie  ogniwa.  Przyczyną  ich  powstawania  moŜe  być  na
przykład  połączenie  dwóch  róŜnych  metali  o  róŜnych  potencjałach  elektrochemicznych
stykających  się  równocześnie  z  elektrolitem,  nierównomierny  dostęp  tlenu  do  powierzchni
metalu  lub  róŜnica  temperatur.  NajwaŜniejszymi  w  praktyce  przypadkami  korozji
elektrochemicznej są: korozja atmosferyczna, korozja morska, korozja ziemna.

W zaleŜności od objawów i skutków procesu korozyjnego rozróŜnia sie korozję:

−

równomierną (powierzchniową), obejmującą swym zasięgiem całą powierzchnię
przedmiotu metalowego,

−

miejscową (wŜerową), występują tylko w pewnych miejscach przedmiotu w postaci
plam lub wŜerów sięgających nieraz głęboko w materiał. Ten rodzaj korozji jest groźny
dla trwałości konstrukcji,

−

międzykrystaliczna, pojawiająca się na granicy ziarna i w znacznym stopniu
zmniejszająca właściwości mechaniczne wskutek rozluźnienia struktury materiału.

Omówione rodzaje korozji przedstawiono na rysunku 1. Oprócz wymienionych rodzajów
rozróŜniamy równieŜ korozję selektywną, napręŜeniową, tarciową i inne.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 1. Rodzaje korozji: a) równomierna, b) miejscowa, c) międzykrystaliczna [3, s. 131]

Ochrona metali przed korozją

Znajomość mechanizmów korozji oraz środowisk korozyjnych, w których mają

pracować maszyny i urządzenia lub ich elementy metalowe, umoŜliwia zastosowanie
właściwych i najskuteczniejszych środków zabezpieczających.

Do głównych środków zabezpieczających przed korozją naleŜy zaliczyć:

−

ochronę elektrochemiczną,

−

nakładanie i wytwarzanie powłok ochronnych,

−

dobór właściwych materiałów i prawidłowa konstrukcja elementów naraŜonych na
korozję,

−

ograniczenie działania środowiska korozyjnego.
Do najwaŜniejszych metod ochronny elektrochemicznej naleŜy polaryzacja katodowa,

znajdująca  zastosowanie  głównie  do  ochrony  rurociągów  i  kabli  podziemnych,  okrętów,
zbiorników  na  wodę,  urządzeń  chemicznych.  Polega  ona  na  podłączeniu  chronionej
konstrukcji  do  ujemnego  bieguna  prądu  stałego.  Biegun  dodatni  jest  podłączony  do
elektrody (anody), która ma przez to wyŜszy potencjał od obiektu chronionego. Prąd płynie
od  dodatniego  bieguna  do  anody,  a  następnie  przez  środowisko  korozyjne  do  chronionej
konstrukcji  (katody)  i  dalej  do  bieguna  ujemnego  źródła  prądu.  Tworzy  się  ogniwo,  anoda
ulega rozpuszczeniu i katoda (obiekt chroniony) nie będzie korodować.

Powszechnym sposobem zabezpieczania metali przed korozją elektrochemiczną

i chemiczną  jest  stosowanie  powłok  ochronnych.  W  zaleŜności  od  uŜytych  na  nie
materiałów  rozróŜnia  się  powłoki:  metalowe  i  niemetalowe  (nieorganiczne  i  organiczne).
Powłoki naleŜące go obu grup mogą być nakładane lub wytwarzane.

Na powłoki metalowe nakładane o duŜej odporności na korozję uŜywa się niklu,

chromu, miedzi, srebra,cyny, cynku, ołowiu, kadmu, aluminium. Nanoszone są one na
element chroniony galwanicznie oraz przez zanurzanie, natrysk i platerowanie.

Powłoki nakładane niemetalowe oddzielają mechanicznie metal od agresywnego

środowiska.  Są  to  powłoki  pochodzenia  organicznego:  farby,  oleje,  lakiery  szybkoschnące
i piecowe,  smoły,  asfalty  i  smary.  Elementy  metalowe  moŜna  równieŜ  zabezpieczyć  przed
działaniem  środowisk  korozyjnych  pokrywając  je  warstwą  gumy  lub  tworzyw  sztucznych.
Przed  nakładaniem  powłok  powierzchnie  metalu  naleŜy  oczyścić  z  brudu  i  innych
zanieczyszczeń.  Najczęściej  stosowanym  rodzajem  powłok  nieorganicznych  nakładanych,
są  powłoki  ceramiczne.  Powłoki  z  emalii  szklistych  chronią  głównie  stal,  wolfram,
molibden i tytan, przed korozją w wielu środowiskach.

Powłoki ochronne wytwarzane są łączone z metalem chronionym chemicznie, gdyŜ na

granicy warstw tworzą sie związki chemiczne lub roztwory.

Powłoki metalowe uzyskuje się w wysokiej temperaturze na zasadzie dyfuzji metalu

ochronnego w głąb metalu chronionego. Najczęściej do stali wprowadza się aluminium
lub cynk.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Powłoki niemetalowe są wytwarzane metodami chemicznymi lub elektrochemicznymi.

Najczęściej  stosowane  są  metody  oksydowania  i  fosforanowania.  Oksydowanie  polega  na
wytwarzaniu  na  powierzchni  stali  powłoki  z  tlenków  Ŝelaza,  a  fosforanowanie  na
wytwarzaniu warstwy krystalicznej fosforanów Ŝelaza.

4.3.2. Pytania sprawdzające

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

Co to jest korozja metali?

Jakie czynniki wywołują korozję chemiczną?

Jakie czynniki wywołują korozję elektrochemiczną?

Jakie są skutki i objawy korozji powierzchniowej?

Jakie są skutki i objawy korozji miejscowej?

Jakie są skutki i objawy korozji międzykrystalicznej?

Co to są powłoki ochronne nakładane niemetalowe (malarskie)?

Jak naleŜy przygotować powierzchnię metalu przed nałoŜeniem powłoki ochronnej?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na podstawie oględzin części maszyn i urządzeń rozpoznaj rodzaj korozji, jakiej uległy

w trakcie eksploatacji. Wyniki oględzin przedstaw w formie tabeli.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

opracować tabelę, w której zapiszesz wyniki oględzin,

ustalić nazwy poszczególnych części i zapisać je w tabeli,

obejrzeć dokładnie przygotowane części maszyn i urządzeń,

ustalić rodzaj zniszczeń i typ korozji,

zapisać w tabeli wynik oględzin,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

arkusze z treścią zadania i miejscem na tabelę,

−

skorodowane elementy maszyn i urządzeń,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 2

Zabezpiecz powłoką ochronną nakładaną niemetalową (malarską), element metalowy

przed korozją.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z informacjami podanymi przez producenta na opakowaniu powłoki,

przebrać się w ubranie robocze i przygotować środki ochrony indywidualnej,

przygotować stanowisko pracy i sprzęt do wykonania zadania,

oczyścić powierzchnię elementu metalowego,

nałoŜyć pędzlem powłokę ochronną,

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zabezpieczyć resztę powłoki przed wysychaniem,

oczyścić sprzęt uŜyty do wykonania zadania,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

powłoki ochronne nakładane niemetalowe (malarskie),

−

pędzle i sprzęt pomocniczy,

−

elementy metalowe,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

zdefiniować zjawisko korozji metali?

podać skutki korozji metali?

podać rodzaje korozji?

określić główne sposoby ochrony metali przed korozją?

scharakteryzować powłoki ochronne?

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.

Tworzywa sztuczne

4.4.1.

Materiał nauczania

Polimery zwane takŜe tworzywami sztucznymi lub plastikami są materiałami

organicznymi, zawierającymi węgiel, wodór i inne pierwiastki niemetaliczne. Tworzywa te
powstają  w  wyniku  połączenia  w łańcuchy  wielu  grup  atomów  zwanych  monomerami.
Łączenie  monomerów  w makrocząsteczki  następuje  podczas  polireakcji:  polimeryzacji,
kopolimeryzacji, polikondensacji i poliaddycji.

W skład tworzyw sztucznych wchodzą takŜe:

–

barwniki,

–

wypełniacze,

–

plastyfikatory,

–

stabilizatory.

Barwniki pozwalają na nadanie wyrobom estetycznego wyglądu, dostosowanego do

przeznaczenia i wymagań uŜytkownika.

Wypełniacze zwiększają wytrzymałość i odporność na zmiany temperatury, polepszenie

izolacyjności cieplnej lub elektrycznej. Jako wypełniaczy nieorganicznych uŜywa się między
innymi  mączki  mineralnej,  włókna  szklanego,  kaolinu.  Wypełniaczami  mogą  być  równieŜ
materiały  pochodzenia  organicznego  na  przykład  mączka  drzewna,  wióry,  papier,  tkaniny.
JeŜeli  wypełniaczem  jest  powietrze  lub  inny  gaz  otrzymuje  się  tworzywa  spienione
stosowane między innymi na izolacje termiczne.

Plastyfikatory zwane zmiękczaczami są cieczami dobrze mieszającymi się z Ŝywicą,

zawierające znaczne ilości substancji lotnych. Substancje takie jak fenol, benzen, ksylen
wydzielają się do atmosfery i stanowią zagroŜenie dla zdrowia ludzi i zwierząt.

Stabilizatory zwiększają odporność tworzyw na wpływ tlenu i promieni słonecznych.

Do zalet tworzyw sztucznych zalicza się:

−

dobrą odporność chemiczną,

−

łatwość formowania wyrobów nawet o skomplikowanych kształtach,

−

moŜliwość uzyskiwania wyrobów przezroczystych,

−

dobre właściwości mechaniczne,

−

elektroizolacyjność,

−

moŜliwość stosowania w róŜnej postaci (tworzywa konstrukcyjne, materiały
powłokowe, spoiwa, kleje, kity, włókna).
Wadami polimerów są:

−

niŜsza wytrzymałość i twardość niŜ metali,

−

mała odporność na działanie wysokiej temperatury,

−

zdolność do ładowania się elektrycznością statyczną.

W temperaturze -15°C większość tworzyw staje się krucha, a w temperaturze 70°C bardzo
plastyczna. Palność tworzyw sztucznych jest róŜna i zaleŜy od rodzaju polimeru
i zastosowanego wypełniacza.

Podstawowe właściwości jakimi charakteryzują się tworzywa sztuczne przedstawiono

w tabeli 4.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 4. Właściwości tworzyw sztucznych

Właściwości

Wartości

gęstość

0,9 ÷ 1,7 g/cm

współczynnik przewodzenia ciepła

0,16 ÷ 0,7 W/mK

wytrzymałość na zginanie

22 ÷ 330 MPa

wytrzymałość na rozrywanie

3 ÷ 350 MPa

wytrzymałość na ściskanie

20 ÷ 230 MPa

twardość metodą Brinella

15 ÷ 200 MPa

Ze względu na właściwości uŜytkowe polimery dzielą się na: plastomery i elastomery.
Elastomery cechują się skłonnością do duŜych odkształceń spręŜystych, a po poddaniu

duŜemu odkształceniu w temperaturze pokojowej i odciąŜeniu wracają do pierwotnej postaci
lub  bardzo  do  niej  zbliŜonej.  Mogą  być  modyfikowane  w  procesie  wulkanizacji,  czyli
sieciowieniu  polimerów  łańcuchowych.  Na  przykład  w  wyniku  wulkanizacji  kauczuku
uzyskujemy gumę. WydłuŜenie elastomerów przy rozerwaniu nie przekracza kilku procent.
Tworzywa  tego  rodzaju  są  stosowane  na  opony,  uszczelnienia,  węŜe,  pasy,  amortyzatory.
Elastomerami  są:  kauczuk  naturalny  i  wszystkie  rodzaje  kauczuku  sztucznego,
poliizobutylen i niektóre odmiany zmiękczonego polichlorku winylu.

Plastomery w normalnej temperaturze mogą ulegać bez zniszczenia jedynie niewielkim

odkształceniom spręŜystym. Klasyfikację tych tworzyw przedstawiono w tabeli 5.

Tabela 5. Klasyfikacja plastomerów

Rodzaj tworzywa

Grupa

Przykłady tworzyw naleŜących do

poszczególnych grup

termoplastyczne
(termoplasty)

polietylen, polipropylen, polichlorek
winylu, poliamidy, poliestry

termoutwardzalne

fenoplasty (bakelity),
aminoplasty

plastomery

utwardzalne (duroplasty)

chemoutwardzalne Ŝywice poliestrowe

i epoksydowe

Tworzywa termoplastyczne (plastomery) po podgrzaniu przechodzą w stan plastyczny,

a stają się twarde po ochłodzeniu, zachowując zdolność do następnego uplastycznienia po
ponownym podgrzaniu. Tworzywa te mogą być przetwarzane na gorąco i wielokrotnie
kształtowane.

Tworzywa termoutwardzalne ulegają utwardzeniu w podwyŜszonej temperaturze, stając

się nietopliwymi i nierozpuszczalnymi i nie wykazują zdolności do uplastycznienia.

Tworzywa chemoutwardzalne ulegają utwardzeniu pod działaniem odpowiednich

substancji chemicznych w temperaturze pokojowej lub podwyŜszonej (utwardzacza).

W technice stosowane są równieŜ tworzywa laminatowe, czyli warstwowe,

Wypełniaczem jest w nich tkanina lub papier. Produkowane są między innymi laminaty
fenolowe, aminowe, poliestrowe, epoksydowe.

Zamiast pełnych nazw tworzyw sztucznych często uŜywa się skrótów. Na przykład:

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

PP – polipropylen, PS – polistyren, PU – poliuretan, PCV – polichlorek winylu, EP – Ŝywica
epoksydowa, PMMA – polimetakrylan metylu (szkło organiczne), PTFE – teflon
(policzterofluoroetylen).

4.4.2. Pytania sprawdzające

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

Co to są tworzywa sztuczne?

Jakie rozróŜniamy rodzaje tworzyw sztucznych?

Jakie polimery zaliczamy do elastomerów?

Jakie polimery zaliczamy do plastomerów?

Jakie są właściwości tworzyw sztucznych?

Jak skrótowo zapisujemy nazwy tworzyw sztucznych?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Podaj nazwy polimerów określanych skrótami podanymi w tabeli. Wpisz równieŜ

rodzaj tworzyw, do którego naleŜy dany polimer.

Skrót (oznaczenie literowe)

Nazwa tworzywa

sztucznego

Rodzaj tworzyw sztucznych

PCV

PTFE

PMMA

PZWW

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować zawartość tabeli,

wyszukać w dostępnych źródłach nazwy tworzyw sztucznych, określane skrótami
podanymi w tabeli,

wpisać nazwy tworzyw do tabeli,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

katalogi, poradniki i normy dotyczące tworzyw sztucznych,

−

komputer z dostępem do internetu,

−

arkusze z tabelą,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Podaj zastosowania techniczne tworzyw sztucznych zamieszczonych w tabeli.

Nazwa tworzywa

Przykłady zastosowań

teflon

bakelity

polipropylen

polistyren

aminoplasty

szkło organiczne

polichlorek winylu

Ŝywice epoksydowe

laminaty epoksydowe

laminaty fenolowe

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować zawartość tabeli,

wyszukać w dostępnych źródłach przykładów zastosowania wymienionych tworzyw
sztucznych,

wpisać uzyskane dane do tabeli,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

katalogi, poradniki i normy dotyczące tworzyw sztucznych,

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

arkusze z tabelą,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

zdefiniować, co to są polimery?

scharakteryzować składniki tworzyw sztucznych?

określić zalety materiałów polimerowych?

określić wady materiałów polimerowych?

sklasyfikować tworzywa sztuczne?

scharakteryzować tworzywa sztuczne?

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.

Materiały ścierne i ceramiczne

4.5.1. Materiał nauczania

Materiały ścierne

Materiały ścierne są uŜywane głównie do produkcji narzędzi uŜywanych przy

szlifowaniu,  docieraniu,  polerowaniu  powierzchni  przedmiotów.  Wykorzystuje  się  je
równieŜ  do  ostrzenia  narzędzi  oraz  czyszczenia  przedmiotów  skorodowanych,
zaśniedziałych  lub  pokrytych  powłokami  malarskimi.  Materiały  te  działają  ścierająco  na
obrabianą  powierzchnię  przedmiotu,  zbierając  z  niej  drobne  wiórki.  Warunkiem  ścierania
jest to, aby ziarna materiału ściernego były bardzo twarde i posiadały ostre krawędzie.

Narzędzia ścierne są produkowane w postaci:

−

luźnego proszku,

−

papieru ściernego,

−

płótna ściernego,

−

ściernic (ziarna proszku połączone z masą wiąŜącą),

−

past ściernych,

−

kamieni ściernych,

−

pilników ściernych.

Twardość materiałów ściernych określa się w dziesięciostopniowej skali Mohsa,

stosowanej powszechnie w mineralogii. Im wyŜszy stopień, tym materiał ma większą
twardość. Dziesiąty stopień w skali Mohsa posiada diament, a najniŜszy (pierwszy) talk.

Materiały ścierne mogą być naturalne lub sztuczne. Klasyfikację i charakterystykę

podstawowych materiałów ściernych przedstawiono w tabeli 6.

Tabela 6. Klasyfikacja i charakterystyka materiałów ściernych

Pochodzenie (rodzaj)

materiału

Nazwa materiału

Stopień

twardości

w skali Mohsa

Charakterystyka

diament

najtwardszy  minerał;  regularna  odmiana  węgla;
stosowany  w  postaci  kamienia  i  proszku;
wykorzystywany  jako  ostrze  skrawające  (noŜe
specjalne)  i  do  równania  ściernic;  wysoka  cena
ogranicza  zastosowanie  (szlifowanie  drogich
kamieni i ściernice specjalne)

korund

głównym składnikiem jest tlenek glinu Al

(niewielkie  ilości  domieszek);  bardzo  dobre
właściwości  ścierne;  stosowany  głównie  do
wyrobu  ściernic  i  pilników;  nie  stosowany  do
obróbki zgrubnej materiałów

szmergiel

6÷8

drobnoziarnista skała metamorficzna zawierająca
około 65% Al

oraz związki Fe i Si;

stosowany do polerowania i docierania w postaci
luźnego proszku oraz do wyrobu papierów
i płócien ściernych

naturalne

kwarc

7÷8

minerał zawierający dwutlenek krzemu SiO

;

stosowany do wyrobu papierów ściernych oraz w
postaci luźnego piasku do bębnów szlifierskich
i piaskownic; duŜa dostępność i niska cena

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

pumeks

porowata masa pochodzenia wulkanicznego;
stosowany w postaci płytek i proszków do
polerowania (głównie drewna)

karborund

9,5

węglik  krzemu  SiC;  otrzymuje  się  go  przez
redukcję  dwutlenku  krzemu  węglem;  stosowany
do  wyrobu  ściernic,  płótna  ściernego,  pilników
oraz w postaci proszku

sztuczne

elektrokorund

9÷9,5

krystaliczny

tlenek

glinu

otrzymywany

w piecach

elektrycznych

boksytu

·2H

O;barwa

uzaleŜniona

ilości

zanieczyszczeń (od białej do ciemnobrązowej);
stosowany jako proszek ścierny oraz do wyrobu
ściernic

Klasyfikacja materiałów ceramicznych

Współczesna ceramika to rozległa grupa materiałów, z bardzo szerokim zakresem

właściwości chemicznych, fizycznych i mechanicznych. Znajomość zaleŜności między
strukturą i właściwościami tworzyw ceramicznych pozwala na projektowanie materiałów do
konkretnych zastosowań.

Tworzywo ceramiczne to nieorganiczny materiał, którego osnowę stanowią przewaŜnie

związki  najbardziej  dostępnych  pierwiastków  skorupy  ziemskiej  (O,  Si, Al,  Fe,  Ca,  Na,  K,
Mg, Ti, N). Surowcami do produkcji tworzyw ceramicznych są kopaliny mineralne, a takŜe
surowce  syntetyczne  jak  borki,  węgliki,  azotki,  tlenki,  krzemki,  fosforki,  siarczki,  selenki,
i złoŜone  związki  na  ich  bazie.  Materiały  ceramiczne  są  wyjątkowo  odporne  na  działanie
środowiska,  nie  palą  się,  nie  przewodzą  prądu  elektrycznego.  Przy  nagłych  obciąŜeniach
mechanicznych  lub  gwałtownych  zmianach  temperatury  ceramika  pęka,  poniewaŜ  jest
materiałem kruchym.

Jest wiele kryteriów, według których klasyfikuje się materiały ceramiczne.
Ze względu na zastosowanie i funkcje, jakie spełniają, tworzywa ceramiczne dzielimy

na:

−

ceramikę gospodarczą do uŜytku domowego (ozdobna, stołowa, ogrodowa),

−

ceramikę sanitarną,

−

ceramikę budowlaną,

−

materiały ogniotrwałe,

−

ceramikę techniczną.

Ceramiką techniczną nazywamy te materiały ceramiczne, które są stosowane w technice

i medycynie. Dzielimy ją na:

−

funkcjonalną, obejmującą materiały lub elementy ceramiczne spełniające określone
funkcje, na przykład elektryczną, magnetyczną, optyczną lub specjalną,

−

konstrukcyjną, obejmującą materiały, które w czasie eksploatacji muszą wytrzymać
obciąŜenia mechaniczne.

Ceramiczne materiały budowlane

Ceramiką budowlaną nazywamy wyroby ceramiczne, stosowane do wznoszenia

budynków

mieszkalnych

oraz

obiektów

uŜyteczności

publicznej,

inŜynierskich

i przemysłowych.

RozróŜnia się ceramikę budowlaną o strukturze porowatej (o porowatości 5÷20%) oraz

spieczonej (o porowatości poniŜej 5%). Ceramikę budowlana o strukturze zwartej
(spieczonej) wypala się w temperaturze powyŜej 1100°C i zaliczamy do niej między innymi:

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

klinkierowe cegły budowlane,

−

klinkierowe cegły drogowe,

−

płytki podłogowe i ścienne,

−

płyty kamionkowe,

−

kamionkowe rury kanalizacyjne.

Przykłady wyrobów o strukturze porowatej przedstawiono w tabeli 7.

Tabela 7. Materiały budowlane o strukturze porowatej

Rodzaj materiału

Przykłady wyrobów

ceramika czerwona zwykła

cegły, pustaki ścienne i stropowe, dachówki, rurki
drenarskie

ceramika ogniotrwała

cegła i kształtki szamotowe

ceramika półszlachetna i szlachetna płytki ścienne szkliwione, fajansowe i porcelanowe

wyroby sanitarne

ceramika dekoracyjna

cegły dekoracyjne, kafle

Materiały ogniotrwałe

W urządzeniach cieplnych pracujących w temperaturze powyŜej 1000°C, konieczne jest

stosowanie wyrobów ogniotrwałych. Stanowią one wyłoŜenie przestrzeni roboczych pieców
i urządzeń pomocniczych pracujących między innymi w przemysłach: hutniczym,
szklarskim, cementowym, ceramicznym, chemicznym.

Konstrukcyjne materiały ogniotrwałe muszą charakteryzować się następującymi

właściwościami:

−

odpowiednią ogniotrwałością, czyli zdolnością do zachowania kształtu i właściwości
w wysokich temperaturach i przy gwałtownych zmianach temperatury,

−

dobrymi właściwościami mechanicznymi, takimi jak wytrzymałość na ściskanie
i ścieranie w normalnych i wysokich temperaturach,

−

odpornością na pękanie, kruszenie i odłupywanie,

−

odpornością na korozję w normalnych i wysokich temperaturach.

Podstawowym  kryterium  przy  doborze  materiałów  ogniotrwałych,  jest  ich  ogniotrwałość
zwykła,  czyli  przybliŜona  temperatura  topnienia  tworzyw  ceramicznych  (dla  wyrobów
ogniotrwałych powyŜej 1500°C).

Wszystkie wyroby ogniotrwałe niezaleŜnie od ich ogniotrwałości oraz składu

chemicznego i mineralogicznego mogą być formowane (kształt uzyskują u wytwórcy) lub
nieformowane

(właściwy

kształt

uzyskują

przy

ich

zabudowie).Do

wyrobów

nieformowanych zaliczamy między innymi masy, zaprawy, betony, maty z włókien.

Najczęściej nazwę materiału ogniotrwałego przyjmuje się od głównego składnika

surowcowego na przykład: krzemionkowe, glinokrzemianowe, magnezjowe, korundowe,
chromitowe, forsterytowe, dolomitowe, węglowe, karborundowe.

Wśród wyrobów ogniotrwałych wyróŜnia się materiały o charakterze chemicznym:

kwaśnym (krzemionkowe, glinokrzemianowe) i zasadowym (dolomitowe, magnezytowe).
Materiały ogniotrwałe do izolacji cieplnej

Materiały izolacyjne zmniejszają straty cieplne urządzeń pracujących w wysokich

temperaturach. Ich główną właściwością powinna być mała przewodność cieplna, a dopiero
na drugim miejscu ogniotrwałość. Wielkością charakteryzującą przewodność cieplną
materiałów jest współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/mK]. Im niŜsza wartość λ, tym
materiał jest lepszym izolatorem ciepła.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W konstrukcjach ogniotrwałych stosowane są następujące materiały termoizolacyjne:

−

porowate prostki, płyty i kształtki,

−

włókniste: płyty , kształtki, maty, filce, wełna luzem,

−

ogniotrwałe betony porowate.

Materiały izolacyjne formowane (prostki, kształtki, płyty) charakteryzują się duŜą

porowatością sięgającą 45÷95%. Zawarte w porach gazy posiadają niską przewodność
cieplną decydującą o izolacyjności materiału. Im mniejsze i izolowane od siebie
i powierzchni są pory, tym materiał jest lepszym izolatorem ciepła.

Włókna luzem są stosowane do wypełniania spoin i pustek oraz do uszczelniania złączy

i pokryw.  Przeszywane  i  igłowane  maty  o  róŜnej  grubości  i  gęstości  oraz  płyty  i  kształtki
formowane  próŜniowo  z  wełny,  są  uŜywane  na  wyłoŜenia  przestrzeni  roboczej  urządzeń.
Do ścian  i  sklepień  pieców  są  mocowane  za  pomocą  uchwytów  (kotw)  ceramicznych
lub metalowych.  Filce  są  dostarczane  w  stanie  wilgotnym,  co  ułatwia  ich  dopasowanie
do skomplikowanych kształtów ścian pieca.

Współczynniki

przewodzenia

ciepła

wybranych

materiałów

izolacyjnych

w temperaturze 1100°C oraz maksymalne temperatury stosowania przedstawiono w tabeli 8.
Dla porównania podano równieŜ współczynniki dla zwartych materiałów ogniotrwałych,
w tym karborundowy naleŜących do najlepszych ceramicznych przewodników ciepła.

Tabela 8. Współczynniki przewodzenia ciepła i maksymalne temperatury stosowania wybranych materiałów

ceramicznych

Rodzaj wyrobów

Współczynnik przewodzenia

ciepła w temp.1000°C, W/mK

Maksymalna temperatura

stosowania °C

prostki i kształtki porowate
szamotowe

0,60

1100

prostki i kształtki porowate
wysokoglinowe

0,46

1450

prostki i kształtki porowate
korundowe

0,47

1600

beton lekki korundowy
kulkowy na bazie cementu
glinowego

0,80

1800

włókniste glinokrzemianowe
(95% Al

i 5% SiO

0,38

1600

zwarte korundowo- mulitowe

3,20

1700

zwarte karborundowe
(87% SiC)

11,5

1600

4.5.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie jest podstawowe kryterium doboru materiałów ściernych?

Jaka powinna być twardość materiału ściernego w stosunku do materiału obrabianego?

Jakie są podstawowe materiały ścierne i ich stopnie twardości?

Jakie są rodzaje wyrobów ceramicznych?

Jakie wyroby zaliczamy do ceramiki budowlanej?

Jakie wyroby zaliczamy do materiałów ogniotrwałych?

Jakie wyroby zaliczamy do materiałów termoizolacyjnych?

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Ustal, który materiał ścierny będzie odpowiedni, do szlifowania powierzchni elementu

wykonanego z materiału o stopniu twardości w skali Mohsa równym 8,5.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

ustalić jaki stopień twardości w skali Mohsa musi mieć materiał ścierający,

wyszukać, które materiały mają właściwy stopień twardości,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 2

Wpisz do tabeli przy nazwie wyrobu numery, którymi opisane są zgromadzone próbki

materiałów ceramicznych. Przy numerze podaj równieŜ, do jakiej grupy materiałów
ceramicznych naleŜy wyrób, wpisując „o” (ogniotrwały), „b” (budowlany) lub
„i” (izolacyjny).

Nazwa wyrobu

Numer próbki i grupa

klasyfikacyjna

dachówka

cegła licowa pełna

cegła drąŜona podłuŜna

pustak stropowy Akermana

prostka zwarta korundowa

klin krzemionkowy

kształtka porowata szamotowa

mata przeszywana glinokrzemianowa

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować zawartość tabeli,

dobrać na podstawie katalogów, zdjęć i norm numer próbki do nazwy wyrobu,

ustalić do jakiej grupy wyrobów naleŜą poszczególne wyroby i zapisać to w tabeli,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

ponumerowane próbki wyrobów ceramicznych,

−

katalogi, normy i zdjęcia wyrobów ceramicznych.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić zastosowanie materiałów ściernych,

podać zasady doboru materiałów ściernych?

scharakteryzować podstawowe materiały ścierne?

zdefiniować materiały ceramiczne?

sklasyfikować materiały ceramiczne?

scharakteryzować ceramiczne materiały budowlane?

scharakteryzować materiały ogniotrwałe?

scharakteryzować materiały do izolacji cieplnej?

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 20 zadań. Wszystkie zadania są zadaniami wielokrotnego wyboru i tylko
jedna odpowiedź jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi: zaznacz prawidłową
odpowiedź 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.

Kiedy  udzielenie  odpowiedzi  będzie  Ci  sprawiało  trudność,  wtedy  odłóŜ  jego
rozwiązanie  na  później  i  wróć  do  niego,  gdy  zostanie  Ci  czas  wolny.  Trudności  mogą
przysporzyć  Ci  zadania:  17-20,  gdyŜ  są  one  na  poziomie  trudniejszym  niŜ  pozostałe.
Przeznacz na ich rozwiązanie więcej czasu.

Na rozwiązanie testu masz 45 minut.

Powodzenia!

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

Do materiałów inŜynierskich nie zaliczamy

kamienia.

metali.

ceramiki.

polimerów.

Do właściwości mechanicznych materiałów zaliczamy

gęstość.

rozszerzalność cieplną.

moduł spręŜystości.

spawalność.

Lejność naleŜy do właściwości

chemicznych.

fizycznych.

mechanicznych.

technologicznych.

Metale krystalizują najczęściej w układzie

regularnym.

tetragonalnym.

trójskośnym.

rombowym.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Surówkę z rud Ŝelaza uzyskuje się w

konwertorze.

wielkim piecu.

piecu martenowskim.

piecu elektrycznym.

Stop odlewniczy Ŝelaza o zawartości węgla poniŜej 2% nie przerobiony plastycznie

nazywa się

stalą.

inwarem.

staliwem.

hematytem.

Do stali stopowych nie zaliczamy

stali węglowej.

stali chromowej.

stali manganowej.

stali molibdenowej.

Odlewów nie wykonuje się

ze staliwa.

z Ŝeliwa.

z brązu.

ze stali.

Liczba 18 w znaku stali 18H2N2 oznacza

ilość składników stopu.

liczbę atomową składnika głównego stopu.

zawartość węgla w setnych częściach procenta.

wartościowość składnika głównego stopu.

10.

Zapis składu miedzi arsenowej to

CuAl3.

CuCd2.

CuAs.

CuSi3.

11.

Brązy to stopy wieloskładnikowe

aluminium.

Ŝelaza.

niklu.

miedzi.

12.

Kanthale stosowane na elementy grzejne pieców ceramicznych to stopy

niklu.

Ŝelaza.

cynku.

wolframu.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13.

Korozja powierzchniowa jest korozją

selektywną.

równomierną.

międzykrystaliczną.

miejscową.

14.

Fosforanowanie stali zaliczamy do powłok ochronnych

wytwarzanych metalowych.

nakładanych metalowych.

wytwarzanych niemetalowych.

nakładanych niemetalowych.

15.

PP to skrót

polimetakrylanu.

polistyrenu.

polietylenu.

polipropylenu.

16.

NajwyŜszy stopień twardości w skali Mohsa ma

wapień.

diament.

talk.

gips.

17.

Tworzywa sztuczne, które cechują się skłonnością do duŜych odkształceń i mogą być

poddawane usieciowieniu to

elastomery.

termoplasty.

duroplasty.

bakelity.

18.

Stop o składzie CuNi44Cr2 zawiera

44%Cu.

54%Cu.

64%Cu.

74%Cu.

19.

Do materiałów budowlanych o strukturze spieczonej zaliczamy

klinkierowe cegły.

dachówki.

pustaki stropowe.

pustaki ścienne.

20.

Na izolację cieplną moŜna zastosować materiał, którego współczynnik przewodzenia

ciepła wynosi

0,25 W/mK.

13,0 W/mK.

50,0 W/mK.

15,5 W/mK.

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko:……………………………………………………..

Stosowanie materiałów konstrukcyjnych i narzędziowych

Zakreśl poprawną odpowiedź.

Numer

zadania

Odpowiedź

Punkty

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

Razem:

„Projekt współfiansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

Dobrzański L.: Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach. Wydawnictwa
Naukowo-Techniczne, Warszawa 1998

Dobrzyński S., śołędziowski W.: Materiałoznawstwo szklarskie i ceramiczne.
WSiP,Warszawa 1981

Górecki

A.:

Technologia

ogólna.

Podstawy

technologii

mechanicznych.

WSiP,Warszawa 1995

Lenkiewicz W., Michnowski Z.: O materiałach budowlanych. WSiP, 2002

Murza Mucha P. Metalurgia topienia metali. WSiP 1981

Pawłowski S., Serkowski S.: Materiały ogniotrwałe. Właściwości i zastosowanie
w urządzeniach przemysłowych. Klub Producentów Materiałów Ogniotrwałych SITPH
Oddział Materiały Ogniotrwałe, Gliwice 1997

Raabe J., Bobryk E.: Ceramika funkcjonalna. Metody otrzymywania i własności.
Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1997