Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie
−
18 −
2.0. Materiały konstrukcyjne
Materiały konstrukcyjne - tworzywa elementów konstrukcyjnych. Ich właściwości
wpływają na cechy funkcjonalne rozwiązania konstrukcyjnego.
Cechy materiałów uwzględniane najczęściej w procesie projektowania to:
•
granice wytrzymałości materiałów: przy naprężeniach statycznych (rys. 2.1a): granica
plastyczności R
e
, umowna granica plastyczności R
e02
, wytrzymałość doraźna R
m
, granica
proporcjonalności/Hooke’a/ R
H
; przy naprężeniach zmęczeniowych (rys. 2.1b): długo-
trwała granica wytrzymałości zmęczeniowej Z, krótkotrwała granica wytrzymałości zmę-
czeniowej Z
N
,
•
wydłużenie względne A
5
[%] (miara ciągliwości /plastyczności/ materiału),
•
udarność U [J/mm
2
] (odporność na kruche pękanie),
•
twardość (Brinella HB [N/mm
2
], Rockwella HRB, HRC, Vickersa HV [N/mm
2
]),
•
właściwości technologiczne.
Rys. 2.1. Charakterystyki materiałowe; a) wynik statycznej próby rozciągania (linią przerywaną za-
znaczono charakterystykę dla materiałów kruchych), b) wyniki badań zmęczeniowego roz-
ciągania (dla ustalonej wartości współczynnika stałości obciążenia
χ
- wykres Wöhlera
2.1. Stale
Stal - stop żelaza z węglem o zawartości węgla od 0,02% do 2,06%, może zawierać
określone dodatki stopowe i ograniczoną ilość szkodliwych zanieczyszczeń. Zanieczyszcze-
nia, którymi najczęściej są siarka i fosfor decydują o jakości stali, stąd zależnie od ich do-
puszczalnej wartości dokonuje się podziału jakościowego stali.
Postać wszystkich stopów żelaza określa się według końcowego zabiegu nadającego
kształt i wymiary ale bez uwzględniania obróbki mechanicznej. Wg PN-76/H-01001 rozróż-
0,2%
Liczba cykli
zmęczeniowych
Granica
Wytrzymałości
statycznej
Odkształcenie
Z
log N
Z
N
Granica
wytrzymałości zmęczeniowej
χ
χ
χ
χ
= const.
lg Z
lg Z
N
lg R
e
lg N
lg N
gr
R
m
R
e02
R
e
R
H
a)
b)
2.0. Materiały konstrukcyjne
−
19 −
nia się stal w postaci: K - kutej, prasowanej lub tłoczonej na gorąco, W - walcowanej na gorą-
co, Z - walcowanej na zimno, C - ciągnionej na zimno, L – odlewanej (staliwo).
Stopień utwardzenia wyrobów walcowanych na zimno oznacza się następująco: bm –
bardzo miękki, m – miękki, pm – półmiękki, pz – półtwardy, z – twardy, bz – bardzo twardy,
bzz – najwyższej twardości.
Zgodnie z Polską Normą podział stali na poszczególne gatunki jest następujący.
2.1.1. Konstrukcyjne węglowe
A. Zwykł ej jakości ogóln ego przeznaczenia
Materiał ten nie nadaje się do obróbki cieplno-chemicznej!
Stal k onstruk cyjna węglowa zwykłej jakości
Oznaczenie: St np.: St4VY, MSt5
- bez oznaczenia,
Cu - z dodatkiem 0,25 - 0,40% miedzi,
CuX - jw. nieuspokojona,
X - nieuspokojona,
Y - półuspokojona,
- bez oznaczenia,
S - do spawania od St0S do St4S,
V - z ograniczoną zawartością węgla,
W - z ograniczoną zawartością węgla, siarki i fosforu,
0, 2, 3, 4, 5, 6, 7 - liczby porządkowe,
- bez oznaczenia,
U lub C - o gwarantowanej udarności w temperaturze 0oC,
M lub D - o gwarantowanej udarności w temperaturze 20
o
C,
B. Zwykłej jak ości o szczególnym p rzeznaczeniu
Np. na łańcuchy, szyny, kadłuby okrętów, nity, śruby i nakrętki spęczane na zimno, na
kotły parowe i zbiorniki ciśnieniowe.
C. Konstrukcyjna wyższej jak ości ogólnego przeznaczenia (tab. 2.1b )
Stale o wyższej zawartości węgla są z reguły stosowane w stanie ulepszonym cieplnie,
natomiast bardzo rzadko (z powodu wytrzymałości takiej samej jak stale zwykłej jakości) w
stanie znormalizowanym. 08, 10, 15, 20, 15G i 20G - są stalami przeznaczonymi do nawęgla-
nia; 25, 30, 35, 45, 55, 60 i 65 można ulepszać; 45, 55, 60 i 65 można hartować powierzch-
niowo, uzyskując w zależności od zawartości węgla twardość: 50 – 60 HRc. Stosowanie ich
bez obróbki cieplno-chemicznej jest nieracjonalne.
D. Konstruk cyjna w yższej i najwyższej jakości
o szczególnym p rzeznaczeniu
St2N, St3N, St44N, St3NO, 10P - nity, śruby i nakrętki spęczane lub tłoczone na gorąco.
St1Z, St1E - ogniwa łańcuchów technicznych.
Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie
−
20 −
Tab. 2.1. Właściwości wytrzymałościowe stali węglowej ogólnego przeznaczenia. a) zwykłej
jakości (PN-88/H-84020), b) wyższej jakości (PN-75/H-84019)
a)
Znak stali
Grubość
lub śred-
nica
Rm MPa
Re
MPa
do 16
196
St0S
16 ÷ 40
min 314
186
40 ÷ 100
186
do 16
216
St2S
16 ÷ 40 334 ÷ 412 206
40 ÷ 100
196
do 16
235
16 ÷ 40
226
St3SX,
St3SY,
St3S
40 ÷ 100
373 ÷ 461
216
do 16
235
16 ÷ 40
226
St3VX,
St3VY,
St3V,
St3W
40 ÷ 100
363 ÷ 441
216
do 16
255
16 ÷ 40
245
St4SX,
St4SY,
St4S
St4VX,
St4VY,
St4V,
St4W
40 ÷ 100
412 ÷ 510
235
do 16
294
16 ÷ 40 490 ÷ 608 284
40 ÷ 100
275
do 16
334
16 ÷ 40 589 ÷ 706 324
St5
St6
40 ÷ 100
314
do 16
363
16 ÷ 40 687 ÷ 834 353
St7
40 ÷ 100
343
b)
Znak
stali
Stan
obróbki
ciepl-
nej
R
m
MPa
R
e
MPa
08
N
325
195
10
N
335
205
15
N
375
225
15G
N
410
245
N
410
245
20
T
490 ÷ 640
295
20G
N
450
275
N
450
275
25
T
490 ÷ 640
295
N
490
295
30
T
540 ÷ 690
335
N
530
315
35
T
580 ÷ 730
365
N
570
335
40
T
620 ÷ 760
390
N
600
355
45
T
660 ÷ 800
410
45G
N
620
375
50G
N
650
390
N
650
380
55
T
740 ÷ 880
460
N
690
400
60
T
780 ÷ 930
490
60G
N
700
410
65
N
700
410
Stal k onstruk cyjna wyższej jak ości ogólnego przeznaczenia
Oznaczenie: np.: 65G, 50U, 45
- bez oznaczenia,
X - nieuspokojona,
Y - półuspokojona,
G - o zwiększonej zawartości manganu,
U - z wymaganą udarnością w stanie znormalizowanym,
UT - z wymaganą udarnością w stanie ulepszonym,
08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 55, 60, 65 - zawartość węgla w
0,01%.
Podstawy konstrukcji maszyn - projektowanie
−
21 −
15GJ - ogniwa łańcuchów górniczych,
18G2AA - ogniwa łańcuchów kotwicznych.
18A, St4A, 22G2A - nity i śruby spęczane na zimno.
07X, 08J, 08F, 08XA, 08YA - taśmy i blachy karoseryjne.
08XA, 08YA, St1S, Mst1, 05XA, 12X, 22G2A - druty.
04J, 04JA - druty ciągnione.
10BX, 08Z, R, R35, R45, R45A, R50, R55, R60, R65, K10, K18 - rury.
St36K, St41K, St44K - blachy kotłowe na walczaki, zbiorniki ciśnieniowe, rury spawane,
kołnierze, dennice, wymienniki ciepła, rury prostokątne.
E. Konstrukcyjn a o szczególnych właściwościach
•
magnetycznie miękka,
•
automatowa (łatwo obrabialna mechanicznie) - A10X, A11, A11X, A35, A45, A35G2.
F. Narzęd ziowa (PN-66/H-85020)
•
płytko hartująca się, np. N7E, N8E, N9E, N10E, N11E, N12E.
•
głęboko hartująca się, np. N5, N6, N7, N8, N9, N10, N11, N12.
2.1.2. Stale stopowe
Stal e stop owe
Oznaczenie:
..
np. 20H12M1F, 26H2MF
- bez oznaczenia, zaw. pierw. stopowego poniżej 1,5%,
- (liczba) - zaw. pierwiastków stopowych w %
- symbol pierwiastka stopowego: G – mangan, S – krzem, H
chrom, N – nikiel, M –molibden, T – tytan, F – wanad, J – glin,
Cu – miedź, W – wolfram, V - , Nb – niob, B - , A – z niższą
zawartością siarki i fosforu
- zawartość węgla w 0,01%
A. Konstruk cyjna stopowa ogóln ego przezn aczenia
•
do ulepszania cieplnego (tab. 2.2a),
•
do nawęglania (tab. 2.2b),
•
do azotowania.
Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie
−
22 −
B. Konstrukcyjn a stopowa o szczególn ym p rzeznaczeniu
•
sprężynowa (tab. 2.3a),
•
na łożyska toczne, np. ŁH15, ŁH15SG, ŁH18M, ŁH20M, ŁH20GM,
Tab. 2.2. Właściwości wytrzymałościowe stali stopowych do ulepszania (a) i nawęglania (b) w stanie
obrobionym cieplnie (PN-72/H-84030). Uporządkowane wg wartości R
e
.
a)
b)
•
do budowy sprzętu szczególnie obciążonego (tab. 2.3b),
•
do pracy w podwyższonych temperaturach, np. 16M, 15HM, 12HMF, 13HMF, 10H2M.
C. Konstruk cyjna stopowa o szczególn ym p rzeznaczeniu
•
niskostopowa o podwyższonej wytrzymałości, np. 18G2A, 22G2A.
•
odporna na korozję, np. 0H13, 0H13J, 1H13, 2H13, 2H14, 3H13, 3H14, 4H13, 4H14,
H17, 0H17T, H18, H17N2, 2H17N2, 3H17M
•
nierdzewna chromowa, np.: H5M, H6S2, 2H17, H13JS, H18JS, H24JS, H25T, H26N4,
H18N9S, H23N13, H20N12S2, H23N18, H13N4G9, 0H17N4G8, 1H17N4G9, 2H18N9,
1H18N9, 0H18N9, 00H18N10, 1H18N9T, 0H18N10T, 1H18N12T, 0H18N12Nb,
H18N10MT, H17N13M2T, 0H17N12M2T, 00H17N14M2, 0H17N16M3T,
0H23N28M3TCu, 0H22N24M4TCu
•
nierdzewne chromowo-niklowe: żaroodporna i żarowytrzymała, np. H25N20S2,
H18N25S2, H16N36S2, o szczególnych właściwościach magnetycznych, o szczególnych
właściwościach fizycznych.
Znak stali
R
m
MPa R
e
MPa
30G2
785
540
25HM
735
590
20HGS
785
640
36HNM
835
685
45G2, 35SG
880
685
30H
880
735
30HM, 37HS, 37HGNM
930
735
40H, 35HM
980
785
34HNM, 40HNMA,
38HMJ*
980
835
45H, 45HN
1030
835
30HGS
1080
835
40HM
1030
880
50H
1080
930
40H2MF
1230
1030
35HGS
1620
1275
45HNMF
1470
1325
*) Stal do azotowania
Znak stali
R
m
MPa
R
e
MPa
15H
690
490
16HG
840
590
20H
790
640
19HGM
880 ÷ 1180
640
20HG
1080 ÷ 1375
735
15HGM
930
785
18HGT,15HN
980
835
17HGN
1030
835
17HNM
1180 ÷ 1420
835
18H2N2
1230 ÷ 1470
835
18HGM
1080
880
2.0. Materiały konstrukcyjne
−
23 −
D. S topowa narzęd ziowa
•
do pracy na zimno, np. NWV4, NWV1, NWC, NV, NMV, NCL, NCS, NC6, NC10,
•
do pracy na gorąco,
•
szybkotnąca, np. SW9, SW14, SW18, SK5, SW9C, SW12C, SK10V, SK5V, SKC.
Tab. 2.3. Właściwości wytrzymałościowe stali; a) węglowych i stopowych - sprężynowych po ulep-
szaniu cieplnym (PN-74/H-84032), b) do budowy elementów szczególnie obciążonych ( PN-
72/H-84035).
a)
b)
Stale stopowe (przykłady typowych zastosowań):
26H2MF, 21HMF, 20HMFTB - na śruby, nakrętki, podkładki, przekładki, kołki, sworznie,
rozpórki, kołnierze, łączniki rur itp.
19G2, 16M, 15HM, 10H2M, 12HMF, 13HMF, 20H12M1F - na rurociągi w instalacjach
kotłowych i turbin parowych.
26H2MF, 23H2MF, 32HN3M, 34HN3M, 20MF, 15H11MF, 15H12WMF, 23H12MNF,
21HMF - na wały wirnikowe, tarcze i łopatki turbin parowych.
H9S2, H10S2M, 4H14N14W2M, 50H21G9N4 - stale zaworowe.
UWAGA! Zgodnie z PN-EN 10027-1 i PN-EN 10027-2 wchodzą w życie nowe oznaczenia
stali. Nowy system oznaczeń stali konstrukcyjnych przedstawiono w tablicy 2.4.
2.2. Staliwa
Staliwa - odlewnicze stopy żelaza z węglem i ewentualnie z pierwiastkami stopowymi
(tab. 2.4).
•
węglowe - o zawartości węgla do 0,6%,
•
stopowe - o zawartości węgla do 1,4% z dodatkami stopowymi.
Znak stali
Znak
stali
R
m
MPa R
e
MPa
65, 65G
980
780
75
1080
880
50S
1080
930
85
1130
980
45S
1180
980
50S2, 50HF
1280
1080
55S2, 50HS
1320
1180
40S2
1370
-
60S2,50HG
1370
1180
60S2A
1520
1180
60SGH
1370
1230
60SG
1570
1370
Znak stali
R
m
MPa R
e
MPa
12HN3A
930
690
30HN2MFA
880
785
20HN3A
930
785
30H2N2M
980
835
25HGS
1080
835
18H2N4WA
1130
835
30HN3A
1080
880
25H2N4WA
1080
930
12H2N4A
1130
930
37HN3A
1130
980
20H2N4A
1275
1080
30HGSNA
1620
1370
65S2WA
1860
1670
Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie
−
24 −
2.3. Żeliwa
Odlewnicze stopy żelaza z węglem, zawierające 2,5 - 4,5%C oraz pewne ilości krze-
mu, manganu, fosforu i siarki pochodzenia metalurgicznego.
Tab. 2.4. System oznaczania stali konstrukcyjnych wg PN-EN 10027-1.
System oznaczenia:
G S nnn an ... + an + an ...
1)
Symbole główne
Symbole dodatkowe
Litery
Wł. mechan.
Dla stali grupy 1
2) 3)
Dla stali grupy 2
4)
Dla wyrobów
Udarność, [J]
27 J
40 J 60 J
Temp.
0
C
JR
JO
J2
J3
J4
J5
J6
KR
KO
K2
K3
K4
K5
K6
LR
LO
L2
L3
L4
L5
L6
20
0
-20
-30
-40
-50
-60
G – staliwo
S – stal
konstruk-
cyjna
R
emin
[MPa]
dla najmn.
zakresu
wymiaro-
wego
M – walcow. termomech.,
N – normaliz. lub walcow.
normalizująco,
Q – ulepsz. Cieplnie,
G – inne cechy np. tech-
nologiczne uzupełnione
jedną lub dwoma cyframi
C – do formowa-
nia na zimno,
D – do powleka-
nia na gorąco,
E – do emaliowa-
nia,
F – do kucia,
L – do stosowania
w niskich tempe-
raturach,
O – na platformy
morskie,
P – na pale sza-
lunkowe,
S – do budowy
statków,
T – na rury,
W – odporne na
korozję atmosf.
an – symb. chem.
wymagan. dodat-
ków.
Wg załączni-
ka normy
PN-EN
10027-1 (tab.
1, 2, 3)
1)
n – symbole cyfrowe, a – symbole literowe, an – symbole alfanumeryczne.
2)
Symbole M, N i Q w grupie 1 dotyczą stali drobnoziarnistych.
3)
Stale oznaczone wg zastosowania i właściwości fizycznych lub mechanicznych.
4)
Stale oznaczone wg składu chemicznego.
Staliwa
Oznaczenie: L np. L450, L17HMII
I - zwykłej jakości,
II - wyższej jakości.
- trzycyfrowa liczba oznaczająca wytrzymałość na rozciąganie (R
m
[MPa])w
stanie znormalizowanym dla oznaczenia staliw węglowych. W staliwach sto-
powych - łańcuch symboli jak w stalach stopowych.
2.0. Materiały konstrukcyjne
−
25 −
2.3.1. Żeliwa węglowe
Szare
PN-86/M-83101 (tab. 2.5).
Największe zastosowanie przemysłowe spośród żeliw. Do-
bre właściwości odlewnicze, dobre właściwości przeciwcierne i zdolność tłumienia drgań.
Ż
eliwa szare modyfikowane – o drobniejszych wydzieleniach grafitu płytkowego. Materiał
anizotropowy – ok. 4-krotnie niższa wytrzymałość na rozciąganie od wytrzymałości na ści-
skanie.
Tab. 2.4. Właściwości wytrzymałościowe staliw. Uporządkowane wg wartości R
e
.
Rodzaj
Znak stali-
wa
R
m
MPa R
e
MPa Zastosowanie
L400
400
250
L450
450
260
L500
500
320
L600
600
360
Staliwo węglowe
wg PN-85/H-83152
L650
650
380
W stanie
znormalizo-
wanym
L17HM
590
245
L20G
550
300
L25HN
500
300
L30GS
650
390
L35G
650
400
L35GM
620
410
L30H
700
450
L25HM
750
450
L40H
700
500
L35HN
750
550
L35HNM
750
550
L35HGS
850
650
L30HNM
880
700
Staliwa stopowe
wg PN-87/H-83156
L40HF
1200
900
W stanie
obrobionym
cieplnie
Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie
−
26 −
Sferoid aln e
PN-86/H-83123. Grafit w postaci kulkowej. Zastępuje z powodzeniem staliwo i nie-
które odkuwki stalowe.
Białe
Stosowane zazwyczaj w postaci warstwy powierzchniowej na żeliwie szarym co
zwiększa odporność na ścieranie.
Ciągliwe
PN-82/H-83221.Uplastycznione żeliwa białe. Łączy dobre właściwości odlewnicze
ż
eliwa z dobrymi właściwościami mechanicznymi staliwa. Rozróżnia się:
•
ciągliwe białe,
•
ciągliwe czarne.
2.3.2. Żeliwa stopowe
Otrzymane przez dodanie pierwiastków stopowych. Wyróżnia się następujące grupy
ż
eliw stopowych: niklowe PN-79/H-83115, chromowe PN-79/H-83115, molibdenowe PN-
72/H-83173, miedziowe PN-72/H-83170, aluminiowe PN-75/H-83112, tytanowe PN-72/H-
83171, wanadowe PN-72/H-83172, antymonowe PN-71/H-83125, krzemowe PN-79/H-
83111, manganowe PN-76/H-83114.
Tab. 2.5. Właściwości wytrzymałościowe żeliw szarych (PN-86/M-83101)
Znak
ż
eliwa
Grubość
ś
cianki odle-
wu [mm]
R
m
[MPa]
Ś
rednia wy-
trzymałość na
zginanie [MPa]
Min. moduł
sprężystości
[10
5
MPa]
4 ÷ 8
140
-
8 ÷ 15
120
-
15 ÷ 30
100
-
Zl100
30 ÷ 50
80
-
0,7 ÷ 1,1
4 ÷ 8
220
340
8 ÷ 15
170
320
Żeliwa
Oznaczenie: Z np: Zl450, Zs55003, Zcp60003, ZlNi30Si5Cr5
- wydłużenie A
5
w [%].
- wytrzymałość na rozciąganie R
m
[MPa] (trzy znaki),
- dla żeliw stopowych, składniki stopowe: symbol chemiczny pierwiastka i
zawartość w [%] (dwa znaki),
- l - szare lub stopowe,
- s - sferoidalne,
- cb - ciągliwe białe,
- cc - ciągliwe czarne,
- p - ciągliwe perlityczne
2.0. Materiały konstrukcyjne
−
27 −
15 ÷ 30
150
300
30 ÷ 50
110
270
4 ÷ 8
270
410
8 ÷ 15
220
390
15 ÷ 30
200
360
Zl200
30 ÷ 50
160
330
8,5 ÷ 1,1
4 ÷ 8
310
-
8 ÷ 15
270
460
15 ÷ 30
250
420
Zl250
30 ÷ 50
210
390
0,9 ÷ 1,1
8 ÷ 15
320
-
15 ÷ 30
300
480
Zl300
30 ÷ 50
260
450
1,2 ÷ 1,45
8 ÷ 15
380
-
15 ÷ 30
350
540
Zl350
30 ÷ 50
310
510
1,3 ÷ 1,55
2.4. Stopy miedzi
Stopy miedzi - materiały konstrukcyjne w których głównym składnikiem stopowym
jest miedź. Rozróżnia się następujące rodzaje stopów miedzi.
2.4.1. Miedź techniczna
Zawiera od 0,01 ÷ 1,0% zanieczyszczeń. Rozróżnia się miedź: surową, rafinowaną i
przetopioną. A ta ostatnia dzieli się na : beztlenową, tlenową i odtlenioną PN-77/H-82120.
2.4.2. Miedź stopowa
PN-79/H-87053. Zawiera do 2% dodatków stopowych. Przeznaczona do przeróbki
plastycznej
2.4.3. Mosiądze
Stopy miedzi w których głównym składnikiem stopowym jest cynk w ilości powyżej
2%. Dzielą się na mosiądze odlewnicze PN-79/H-87026 (tab. 2.6) i do przeróbki plastycznej
PN-77/H-87025 (tab. 2.7), a te ostatnie na mosiądze dwuskładnikowe, ołowiowe, wysoko-
niklowe i specjalne.
Tab. 2.6. Właściwości wytrzymałościowe mosiądzów odlewniczych ( PN-79/H-87026).
Stopy mi ed zi
Oznaczenie: np: MA58, MNM201, BA1032, BB2T
- zawartość [%] składników stopowych,
- M, MA, MC, MK, MM, MO - mosiądze,
- MN, MNA, MNK, MNM, MNŻ - miedzionikle,
- B, BA, BB, BK, BM - brązy,
Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie
−
28 −
Tab. 2.7. Właściwości wytrzymałościowe mosiądzów do obróbki plastycznej ( PN-82/H-93620.01).
Ozna-
czenie
Ś
rednica
pręta
okrągł.
[mm]
Bok pręta
6 lub 4
kątnego
[mm]
Grubość
pręta pro-
stokątnego
[mm]
Szerokość
pręta pro-
stokątnego
[mm]
Stan
techno-
logicz-
ny
R
m
[MPa]
10 ÷ 160 10 ÷ 100
5 ÷ 40
20 ÷ 150
pp
270
2 ÷ 50
3 ÷ 46
2 ÷ 25
4 ÷ 60
r
290
2 ÷ 50
3 ÷ 46
2 ÷ 25
4 ÷ 60
z4
370
2 ÷ 13
3 ÷ 13
-
-
z6
440
M63
2 ÷ 6
-
-
-
z8
490
10 ÷ 160 10 ÷ 100
5 ÷ 40
50 ÷ 150
pp
340
2 ÷ 50
3 ÷ 46
-
-
r
330
M60
2 ÷ 50
3 ÷ 46
2 ÷ 25
4 ÷ 60
z4
390
2 ÷ 13
3 ÷ 13
-
-
z6
470
10 ÷ 160 10 ÷ 100
4 ÷ 40
20 ÷ 150
pp
350
MO58A
2 ÷ 50
3 ÷ 50
2 ÷ 25
4 ÷ 60
r
360
10 ÷ 160 20 ÷ 100
5 ÷ 40
20 ÷ 150
pp
290
2 ÷ 50
3 ÷ 46
-
-
z4
340
MO62
2 ÷ 13
3 ÷ 13
-
-
z6
430
2 ÷ 20
-
-
-
z4
390
MO61
2 ÷ 13
-
-
-
z6
460
MK80
4 ÷ 100
-
-
-
pp
390
2 ÷ 22
3 ÷ 20
2 ÷ 14
4 ÷ 30
z4
430
22 ÷ 50
20 ÷ 50
14 ÷ 25
30 ÷ 60
z4
410
2 ÷ 13
3 ÷ 13
-
-
z6
500
MO58B
MO58
MO59
2 ÷ 8
-
-
-
z8
540
MA58
10 ÷ 160 10 ÷ 100
10 ÷ 40
20 ÷ 150
pp
590
10 ÷ 160 10 ÷ 100
5 ÷ 40
20 ÷ 150
pp
490
2 ÷ 50
3 ÷ 50
2 ÷ 25
4 ÷ 60
r
370
2 ÷ 50
3 ÷ 50
2 ÷ 25
4 ÷ 60
z4
440
MM59
2 ÷ 13
3 ÷ 13
-
-
z6
490
pp - próbka wyciskana, r - rekrystalizowany,
z4 - półtwardy, z6 - twardy, z8 – sprężysty
Ozna-
czenie
Stan tech-
nologiczny
R
m
[MPa]
R
e
[MPa
]
lp
360
120
MM47
lk
400
140
lp
450
lk
500
MM55
le
400
180
lp
250
120
MM58
lk
350
160
lp
400
170
lk
480
200
MA58
lg
480
200
lp
250
lk
270
lc
280
MO59
lg
300
120
lp
250
MO60
lk
280
120
lp
300
MA67
lk
400
180
lp
300
140
MK80
lk
400
160
lp - odlew piaskowy, lk - odlew koki-
lowy, le - odlew odśrodkowy, lg - przy
odlewaniu ciągłym
2.0. Materiały konstrukcyjne
−
29 −
2.4.4. Miedzionikle
PN-78/H-87052. Stopy miedzi do przeróbki plastycznej w których głównym składni-
kiem stopowym jest nikiel w ilości powyżej 2%. Np. MN25 – na monety, MNM401 – kon-
stantan (drut do termopar).
2.4.5. Brązy
Stopy miedzi w których głównym składnikiem stopowym w ilości powyżej 2% jest
cyna lub glin, krzem, beryl, ołów i mangan. Brązy dzielą się na odlewnicze PN-79/H-87026 i
do przeróbki plastycznej PN-77/H-87050. Brązy aluminiowe podlegają ulepszaniu cieplnemu,
brązy krzemowe i berylowe - utwardzaniu dyspersyjnemu.
2.5. Stopy aluminium
Po stopach żelaza najbardziej rozpowszechnione tworzywa konstrukcyjne.
2.5.1. Aluminium technicznie czyste
Zawiera od 0,01 ÷ 1,0% zanieczyszczeń (głównie Fe, Si, Cu, Zn i Ti). Rozróżnia się
aluminium: hutnicze (99,8, 99,7, 99,5, 99,0% Al) i rafinowane (99,99 i 99,95% Al).
2.5.2. Odlewnicze stopy aluminium
Stopy z krzemem, miedzią, magnezem, manganem (tab. 2.8). Zawierają także: nikiel
lub tytan. Stopy z krzemem (siluminy) poddaje się modyfikacji w celu uzyskania struktury
drobno-ziarnistej.
2.5.3. Do przeróbki plastycznej
Stosowane b ez ob róbki ci epln ej
PN-76/H-88027. Stopy: Al-MN, Al-Mg, Al-Mg-Mn. Stosuje się umacnianie przez
zgniot. Duża plastyczność, mała wytrzymałość.
Utwardzane dysp ersyjni e
PN-79/H-88026. Należą do nich tzw. durale (stopy z miedzią) (tab. 2.9).
Tab. 2.8. Właściwości wytrzymałościowe odlewniczych stopów aluminium ( PN-76/H-88027).
Właściwości, min
Sym-
bol
Stan
R
m
, MPa R
0,2
, MPa A
5
% HB
AK20 tb
200
-
0,2
90
AK12 tb
220
-
0,5
95
AK11
b
te
180
200
90
-
3
6
55
55
AK9
b
tb
180
240
100
200
2
1,5
60
80
AK7
b
te
160
190
110
90
2
4
60
60
Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie
−
30 −
AK64
b
170
110
1
70
AK52
b
tb
170
240
-
-
1
0,5
70
75
AK51
b
tb
180
230
120
200
1
0,5
70
75
AG10 te
300
170
10
70
AG51
b
160
90
3
60
AM5
te
210
150
6
60
AM4
ta
330
200
8
90
b – bez obróbki cieplnej,
ta – natur. utwardzony wydzielinowo,
tb – sztucznie utwardzony wydzielinowo,
te – przesycony.
Tab. 2.9. Właściwości wytrzymałościowe plastycznych stopów aluminium ( PN-76/H-88027).
Wymiary, mm
Właściwości, min
Symbol Stan
d, a, s
g
R
m
,
MPa
R
0,2
,
MPa
A
5
% A
10
%
HB
Z
go
,
MPa
pp
100
40
17
15
30
r
Wszystkie wy-
miary
100
40
18
16
30
z4
do 30
do 20 130
90
9
8
40
PA43
z6
do 20
do 8
160
140
4
3
50
pp
150
60
16
14
40
-
r
Wszystkie wy-
miary
150
60
17
15
40
120
z4
do 30
do 20 180
110
9
8
50
-
PA2
z6
do 20
do 8
210
160
4
3
60
125
pp
180
60
15
13
45
-
r
Wszystkie wy-
miary
180
80
16
14
45
110
z4
do 30
do 10 230
140
9
8
65
120
PA11
z6
do 15
do 5
250
180
4
3
75
PA13
pp
270
160
12
10
60
pp
240
120
14
12
55
-
r
Wszystkie wy-
miary
240
100
16
14
55
135
z4
do 30
do 10 250
150
7
6
70
PA20
z6
do 15
do 5
290
200
4
3
90
pp
100
40
17
15
25
-
r
Wszystkie wy-
miary
90
40
17
15
20
54
z4
do 30
do 15 120
100
6
5
35
63
PA1
z6
do 20
do 8
150
120
4
3
40
68
ta
140
80
14
12
50
tb
do 120 wycisk.
wszystk. ciągn. 220
160
12
10
70
pp,tc
120
60
15
13
50
pp,td
do 15
200
140
12
10
70
pc,tg
140
80
10
8
50
PA38
pc,tl
do 12
220
160
8
6
70
ta
200
100
12
10
60
PA4
tb
do 120 wycisk.
wszyst. ciągn.
270
200
10
8
80
-
2.0. Materiały konstrukcyjne
−
31 −
Rm
1)
pc, tl
wszyst. wym.
310
250
9
7
95
ta
180
110
15
13
55
tb
do 120 wycisk.
wszyst. ciągn.
260
230
10
8
80
PA45
pp,tb
Rm
2)
290
250
104)
-
85
pp,ta
180
100
16
14
55
73
PA10
pp,tb
do 120
290
230
14
12
85
do 20 wycisk. i
ciągn.
380
250
12
10
105
20÷120 wycisk.
PA6
ta
20÷50 ciągn.
390
270
10
8
105
-
Tab. 2.9. Cd.
do 30 ciągn.
410
270
10
8
110
105
do 120 wycisk.
PA7
ta
30 ÷ 50 ciągn.
430
290
10
8
115
PA29
350
270
12
10
95
-
PA30
390
310
6
-
105
140
PA31
do 120
350
270
14
12
95
do 20
440
-
12
10
110
pp,tb
20 ÷ 120
450
-
12
10
110
-
PA33
pp,tb
Rm
3)
do 120
470
410
7
4)
-
115
125
do 20 wycisk.
wszyst. ciągn.
490
390
7
6
130
150
PA9
tb
20 ÷ 120 wyci-
skane
530
420
7
6
140
-
Wym. pręta: a – kwadrat., d – okrągł., s – sześciokątn. g – grubość blachy.
pc – ciągniona, pp – wyciskana, r – rekrystalizowana, ta – naturalnie. utwardz.
wydzielinowo, tb – sztucznie utwardz. wydzielinowo, tc – naturalnie starzony,
td – sztucznie starzony, tg - naturalnie starzony i zgnieciony, tl – przesyc.,
zgniec. i szt. starzony, z4 – półtwardy, z6 – twardy.
1)
R
m
= 310 MPa,
2)
R
m
= 290 MPa,
3)
R
m
= 470 MPa,
4)
Wydłużenie A
4
.
2.6. Stopy magnezu
Najczęściej stosowane są stopy podwójne Mg-Mn i wieloskładnikowe Mg-Al.-Zn-Mn
i Mg-Zn-Zr. Gęstość ok. 1,74 g/cm
3
. Wytrzymałość na rozciąganie 150 ÷ 350 MPa.
2.6.1. Stopy odlewnicze
PN-75/H-88050. Oznaczenia: GA3, GA6, GA8, GA10, GZ5, GRE3.
2.6.2. Do przeróbki plastycznej
Brak aktualnej normy. Oznaczenia: GA, GA3, GA5, GA6, GA8, GZ3, GZ5, GME.
Podstawy Konstrukcji Maszyn - projektowanie
−
32 −
2.7. Stopy łożyskowe
Do wytwarzania panewek łożysk ślizgowych.
2.7.1. Cynowe
PN-82/H-87111. Oznaczenia: Ł89, Ł83, Ł83Te, Ł80S, Ł16, Ł10As, Ł6.
2.7.2. Cynkowe
PM-80/H-87101. Oznaczenia: Z105, Z284.
2.8. Tworzywa
polimerowe
Rozróżniamy: elastomery – po zdjęciu obciążenia powracają do pierwotnej postaci,
plastomery – pozostałe tworzywa.
Tworzywa termoplastyczne (termoplasty) utwardzane podwyższoną temperaturą:
•
plastomery: polietylen, polichlorek winylu: twardy, zmiękczony, spieniony; polistyren,
kopolimery ABS, poliamidy, polimetakrylan metylu, poliwęglany, poliacetale, polioksyfe-
nylen, poliestry termoplastyczne, termoplastyczne estry celulozy: azotan celulozy, octan
celulozy, octano-maślan celulozy, tworzywa fluorowe, fenoplasty, aminoplasty,
•
elastomery termoplastyczne.
Tworzywa utwardzalne (duroplasty) utwardzane chemicznie
•
plastomery: żywice poliestrowe nienasycone, żywice epoksydowe, silikony.
•
eleastomery: kauczuki: naturalny, syntetyczne: butadienowe, butadienowo-
akrylonitrylowe, butadienowo-styrenowe, chloropremowe, izopremowe, butylowe, akry-
lowe, wielosiarczkowe, silikonowe, fluorowe, ebonit.
2.9. Spieki ceramiczno-metalowe
2.9.1. Cermetale Cr-Al
2
O
3
Zastosowanie jako materiały narzędziowe i konstrukcyjne do prac wymagających od-
porności na ścieranie i wysoką zmienną w czasie – temperaturę.
2.9.2. Cermetale SAP
Na części: samochodów i samolotów, łopatki sprężarek, tłoki silników, blachy poszy-
cia samolotów odrzutowych, aparatury elektrotechnicznej i jądrowej.
2.10. Drewno
Tworzywo naturalne. Gęstość 0,45 ÷ 0,83 g/cm
3
. Materiał higroskopijny o ograniczo-
nej trwałości.
2.10.1. Forniry
2.0. Materiały konstrukcyjne
−
33 −
PN-85/D-97101. Dzielą się na: okleiny – do oklejania wyrobów stolarskich, obłogi –
podkład pod okleinę, farbę itp. Cienkie płyty o grubości 0,4 ÷ 3,0 mm.
2.10.2. Sklejka
PN-83/D-97005/11. Płyty sklejane z nieparzystej liczby fornirów o włóknach skrzy-
ż
owanych względem siebie. Dzieli się na: suchotrwałą, półwodooddporną, wodoodporną.
2.10.3. Płyty pilśniowe
BN-74/7122-11. Płyty z włókien lignocelulozowych. Dzielą się na: miękkie, twarde,
bardzo twarde.
2.10.4. Lignofol
BN-74/7126-01. Płyty warstwowe ze sklejanych graniaków. Dzieli się na: rónoległy,
równoległy wzmocniony, krzyżowy i gwiaździsty. Oraz na: zwykły i samosmarowny.
2.10.5. Drewno prasowane
Drewno prasowane w podwyższonej temperaturze i nasycone żywicą fenolowo-
formaldehydową lub melaminowo- formaldehydową. Gęstość do 1,45 g/cm
3
.
Piśmiennictwo
[1] Ciszewski A., Radomski T.: Materiały konstrukcyjne w budowie maszyn, PWN, War-
szawa 1989.
[2] Luty W.: Poradnik inżyniera, obróbka cieplna stopów żelaza, WNT, Warszawa 1977.