Optyk_mechanik_731[04].O1.02

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1

Właściwości metali i stopów

4.1.1

Materiał nauczania

4.1.2

Pytania sprawdzające

4.1.3

wiczenia

4.1.4

Sprawdzian postępów

4.2

Stopy Ŝelaza z węglem
4.2.1

Materiał nauczania

4.2.2

Pytania sprawdzające

4.2.3

wiczenia

4.2.4

Sprawdzian postępów

4.3

Metale nieŜelazne i ich stopy
4.3.1

Materiał nauczania

4.3.2

Pytania sprawdzające

4.3.3

wiczenia

4.3.4

Sprawdzian postępów

4.4

Korozja metali
4.4.1

Materiał nauczania

4.4.2

Pytania sprawdzające

4.4.3

wiczenia

4.4.4

Sprawdzian postępów

4.5

Tworzywa sztuczne
4.5.1

Materiał nauczania

4.5.2

Pytania sprawdzające

4.5.3

wiczenia

4.5.4

Sprawdzian postępów

4.6

Ceramika, szkło i materiały uszczelniające
4.6.1

Materiał nauczania

4.6.2

Pytania sprawdzające

4.6.3

wiczenia

4.6.4

Sprawdzian postępów

Sprawdzian osiągnięć

Literatura

6
8
9

10
11
11
17
17
18
19
19
23
24
25
26
26
28
28
29
30
30
32
32
33
34
34
38
38
39
40
44

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o określaniu właściwości

materiałów stosowanych w przemyśle optycznym i precyzyjnym W poradniku znajdziesz:

−−−−

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 – wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki
modułowej,

−−−−

zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy juŜ opanowałeś określone treści,

−−−−

wiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować

umiejętności praktyczne,

−−−−

sprawdzian postępów,

−−−−

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie materiału całej jednostki modułowej,

−−−−

literaturę uzupełniającą.

Schemat układu jednostek modułowych

731[04].O1.01

Stosowanie zasad

bezpieczeństwa i higieny pracy,

ochrony przeciwpoŜarowej oraz

ochrony środowiska

731[04].O1

Podstawy techniczne zawodu

731[04].O1.04

Wykonywanie

podstawowych pomiarów

warsztatowych

731[04].O1.02

Określanie właściwości

materiałów stosowanych

w przemyśle optycznym

i precyzyjnym

731[04].O1.05

Wykonywanie podstawowych

prac z zakresu ręcznej

i mechanicznej obróbki

materiałów

731[04].O1.06

Zastosowanie

elektrotechniki i elektroniki

w sprzęcie optycznym

731[04].O1.03

Posługiwanie się

dokumentacją

techniczną

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−−−−

stosować układ SI,

−−−−

posługiwać  się  podstawowymi  pojęciami  z  zakresu  chemii  i  fizyki  takimi  jak:
właściwości  fizyczne  i  chemiczne,  stop  metalu,  symbole  pierwiastków  chemicznych;
z zakresu  statyki,  dynamiki,  kinematyki,  takimi  jak:  masa,  siła,  prędkość,  energia;
z zakresu  zajęć  technicznych:  obróbka  plastyczna,  odlewanie,  skrawanie,  spawanie,
lutowanie,

−−−−

określać właściwości fizyczne i chemiczne Ŝelaza i metali nieŜelaznych,

−−−−

obsługiwać komputer na poziomie podstawowym,

−−−−

korzystać z róŜnych źródeł informacji,

−−−−

dokonać prezentacji wykonanej pracy,

−−−−

współpracować w grupie z uwzględnieniem podziału zadań,

−−−−

wyciągać i uzasadniać wnioski z wykonanych ćwiczeń.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

określić właściwości i przeznaczenie stopów Ŝelaza i metali kolorowych,

–

określić właściwości i przeznaczenie tworzyw sztucznych, szkła optycznego, materiałów
ceramicznych, materiałów uszczelniających, szlifierskich i materiałów pomocniczych,

–

zastosować stopy Ŝelaza i metali kolorowych w procesie wytwarzania części, montaŜu,
napraw i konserwacji sprzętu optycznego i optyczno-elektronicznego,

–

scharakteryzować przyczyny powstawania korozji,

–

zastosować metody zabezpieczania materiałów przed korozją,

–

określić powłoki ochronne,

–

scharakteryzować celowość stosowania powłok ochronnych w zaleŜności od wymagań
technologicznych, estetycznych i ochronnych,

–

zastosować tworzywa sztuczne w przemyśle optycznym,

–

zastosować materiały ceramiczne, materiały uszczelniające, szlifierskie i materiały
pomocnicze.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1.

Właściwości metali i stopów

4.1.1.

Materiał nauczania

Materiały w pojęciu technicznym są to ciała o właściwościach umoŜliwiających ich

stosowanie przez człowieka do wytwarzania produktów. Właściwości dzielimy na:

−−−−

fizyczne (mechaniczne, termoizolacyjne, optyczne, elektryczne, magnetyczne i wiele
innych),

−−−−

technologiczne charakteryzujące przydatność materiałów do określonego rodzaju
procesów technologicznych (odlewania, tłoczenia, spawania, lutowania, skrawania
i innych),

−−−−

chemiczne (np. skład chemiczny, odporność na utlenianie, odporność na działanie
niektórych związków chemicznych),

−−−−

eksploatacyjne czyli róŜne cechy określające trwałość materiału w warunkach
uŜytkowania.

Materiały dzielimy na:

−−−−

metale i ich stopy,

−−−−

niemetale (szkło, ceramika, drewno, materiały lakiernicze, kleje, gumę i inne),

−−−−

polimery.

Metale i ich stopy posiadają szereg właściwości, które powodują, Ŝe mają one bardzo

szerokie zastosowanie. Stopy metali będące stopionymi w odpowiednich proporcjach
mieszaninami metali charakteryzują się lepszymi właściwościami niŜ czyste metale.

Właściwości materiałów zaleŜą od ich składu chemicznego i od budowy wewnętrznej

(struktury). Ten sam materiał moŜe posiadać róŜne właściwości, jeśli zmienimy jego strukturę
poprzez zabiegi technologiczne takie jak obróbka cieplna, obróbka plastyczna

Właściwości fizyczne
Gęstość jest to stosunek masy ciała do jego objętości wyraŜony w g/cm

gdzie:

m – masa wyraŜona w g, kg, t,
V – objętość w cm

, dcm

, m

– gęstość w g/cm

, kg/cm

, t/m

Rozszerzalność  cieplna  jest  to  właściwość  rozszerzania  wymiarów  liniowych  ciał  pod
wpływem wzrostu temperatury. Pod wpływem oziębiania zachodzi zjawisko odwrotne, czyli
kurczenie.  Przyrost  długości  ciała  przy  ogrzewaniu  jest  wprost  proporcjonalny  do  jego
długości początkowej i do przyrostu temperatury oraz zaleŜy od rodzaju materiału.

– przyrost długości

– długość początkowa

– przyrost temperatury

– współczynnik rozszerzalności liniowej

Rozszerzalność cieplna musi być uwzględniana przy konstruowaniu urządzeń naraŜonych

na  działanie  zmiennej  temperatury  otoczenia  lub  wytwarzanej  podczas  pracy  urządzenia,
szczególnie,  jeśli  części  urządzenia  są  wykonane  z  materiałów  o  róŜnych  współczynnikach
rozszerzalności liniowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przewodnictwo  cieplne  określa  zdolność  substancji  do  przewodzenia  ciepła  Najlepszym
przewodnikami ciepła jest srebro, a następnie miedź, złoto i aluminium.
Przewodnictwo  elektryczne  określa  zdolność  substancji  do  skierowanego  przenoszenia
ładunków elektrycznych, czyli do przewodzenia prądu. Najlepszym przewodnikiem prądu jest
srebro, a następnie miedź, złoto i aluminium.
Właściwości  magnetyczne  (zdolność  do  magnesowania  się).  Najlepsze  właściwości
magnetyczne ma Ŝelazo, nikiel, kobalt.
Właściwości  mechaniczne  to  cechy,  które  decydują  o  odporności  materiałów  na  działanie
róŜnych  obciąŜeń.  Pozwalają  one  określić  zakres  obciąŜeń,  jaki  moŜna  zastosować  dla
określonego  materiału,  porównać  właściwości  róŜnych  materiałów  lub  dokonać  oceny
jakościowej materiału w warunkach przemysłowych i laboratoryjnych. Określaniem wartości
parametrów  opisujących  właściwości  mechaniczne  materiałów  konstrukcyjnych  zajmuje  się
materiałoznawstwo.  Najczęściej  uwzględnia  się  następujące  właściwości  mechaniczne:
wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, zginanie, skręcanie, twardość, udarność.

Wyniki badań właściwości wytrzymałościowych materiałów, obok ich trwałości,

moŜliwości zastosowania, ochrony środowiska oraz czynnika ekonomicznego stanowią
podstawowe kryterium doboru materiałów na części urządzeń i systemów mechatronicznych.
Wyniki te są niezbędne dla konstruktorów i uŜytkowników.

Wartości parametrów opisujących właściwości wytrzymałościowe dla określonego

gatunku materiału, na przykład stali, znajdują się w normach, poradnikach i w dokumentacji
technologicznej

dotyczącej

wyrobu.

Wartości

przyjmujemy

obliczeń

wytrzymałościowych. W wielu przypadkach dokonuje się oceny, czy otrzymany materiał
spełnia wymagania normy, przeprowadzając badania ściśle określone normami.

Pomiar twardości jest szeroko rozpowszechniony w praktyce, co wynika z prostoty

i szybkości  wykonywania  pomiaru  oraz  występowania  zaleŜności  między  twardością
a innymi  właściwościami  dla  stali,  w  określonych  granicach  zawartości  węgla.  Do  pomiaru
twardości stosuje się najczęściej próby:
–

statyczne, polegające na wgniataniu wgłębnika (penetratora) w dany materiał z siłą
zapewniającą uzyskanie trwałego odcisku (metody: Brinella, Rockwella, Vickersa)
róŜniące się między sobą rodzajem wgłębnika i sposobem wykonania pomiaru,

–

dynamiczne, podczas, których opór materiału jest wywołany działaniem obciąŜenia
udarowego.

Dobór metody zaleŜy od rodzaju badanego materiału i jego twardości

Właściwości wytrzymałościowe i twardość bada się w warunkach statycznych, gdy siła

działa powoli, od zera do maksymalnej wartości. Materiały przeznaczone na części urządzeń
pracujące  pod  zmieniającym  się  gwałtownie  obciąŜeniem  muszą  być  badane  w  podobnych
warunkach.  Wymaganie  to  spełnia  próba  udarności,  której  wykonanie  polega  na  łamaniu
(zginaniu  udarowym)  próbki  jednokrotnym  uderzeniem  młota  wahadłowego.  PoniewaŜ
istnieje konieczność porównywania właściwości róŜnych materiałów, badania ich muszą być
wykonywane metodami ściśle określonymi normami.

Właściwości  technologiczne  są  zespołem  cech  materiału  charakteryzujących  jego
zachowanie  w  czasie  procesu  produkcyjnego.  Podstawą  oceny  tych  właściwości  są  próby
wykonywane  na  badanym  materiale  w  warunkach  zbliŜonych  do  stosowanych  w  procesie
wytwarzania części.
Skrawalność jest to podatność materiału do obróbki narzędziami skrawającymi.
Plastyczność  jest  to  właściwość  materiału  polegająca  na  osiąganiu  znacznych  odkształceń
trwałych  pod  wpływem  działania  sił  zewnętrznych,  co  pozwala  na  nadanie  właściwych
kształtów  podczas  obróbki  plastycznej,  czyli  kucia,  walcowania,  ciągnienia.  Materiały
miękkie  są  plastyczne  na  zimno  –  zwiększają  plastyczność  przy  nagrzewaniu,  a  materiały

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

twarde  i kruche  nie  mogą  być  poddawane  obróbce  plastycznej,  bo  w  czasie  tego  procesu
pękają.
Spawalność  jest  miara  podatności  do  zastosowania  połączeń  spawanych  i  stopnia  trudności
wykonania spoiny.
Właściwości  odlewnicze  charakteryzują  przydatność  metalu  lub  stopu  do  celów
odlewniczych. Są to:

−−−−

lejność czyli zdolność metalu do wypełniania form i zaleŜy od płynności materiału
w temperaturze zalewania formy i ma wpływ na mikrostrukturę odlewu;

−−−−

skurcz czyli zmniejszanie objętości metalu podczas stygnięcia powodujący powstawanie
w odlewie napręŜeń mogących powodować jego pękanie lub odkształcenie.

Tabela 1. Właściwości technologiczne metali i ich stopów [opracowanie własne]

stale

Właściwości

0,1%C

0,45%C

1,2%C

staliwa

węglowe

eliwa

szare

brązy

siluminy

plastyczne

bdb

rednie

złe

bdb

odlewnicze

rednie

bdb

skrawalność

rednia

bdb

zła

bdb

zła

spawalność

bdb

rednia

zła

O doborze materiałów do wykonania określonych części decyduje doświadczenie

i wiedza projektanta, który, aby wykonać dobrze swoje zadanie musi z wielu dostępnych
materiałów wybrać najlepszy, uwzględniając między innymi następujące czynniki:

−−−−

właściwości odpowiednie do wymagań eksploatacyjnych,

−−−−

koszty surowca oraz koszty (ilość energii) wytwarzania,

−−−−

wpływ wybranej technologii wytwarzania na środowisko,

−−−−

prawidłowe kojarzenie materiałów w wyrobie, na przykład dwa elementy z róŜnych
materiałów współpracujące ze sobą w podwyŜszonej temperaturze muszą mieć podobny
współczynnik rozszerzalności cieplnej,

−−−−

trwałość innych części pracujących w zespole.

4.1.2.

Pytania sprawdzające

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

Jaką właściwość miedzi wykorzystasz do obliczenia masy płytki miedzianej o określonej
objętości?

W jakich sytuacjach materiał o takim samym składzie chemicznym moŜe posiadać róŜne
właściwości?

Co to są właściwości mechaniczne?

Gdzie znajdziesz wartości właściwości wytrzymałościowych dla określonego gatunku
materiału?

Jaką nazwą określamy zespół cech materiału charakteryzujących jego zachowanie
w czasie procesu produkcyjnego?

Jakie czynniki naleŜy uwzględniać przy doborze materiałów?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Podaj przykłady właściwości materiałów technicznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z materiałem nauczania 4.1.1 poradnika,

uzupełnić tabelę 2.

Tabela do ćwiczenia 1

Lp.

Rodzaj właściwości

Przykłady właściwości

fizyczne

chemiczne

mechaniczne

technologiczne

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

Mały Poradnik Mechanika,

–

karta ćwiczeń.

Ćwiczenie 2

Określ cechy materiału, uwzględniane podczas doboru na określone w tabeli elementy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z materiałem nauczania 4.1.1,

zaznaczyć w tabeli znakiem X, cechy materiału, uwzględnione podczas doboru materiału
na określone elementy.

Tabela do ćwiczenia 2

Cecha materiału

Tłok

w silniku

spalinowym

Obudowa

termometru
lekarskiego

Obudowa

noktowizora

Nieznacznie

obciąŜone

koło zębate

Izolacja

przewodów

elektrycznych

odporność na wysokie temperatury

odporność na działanie uderzeń

właściwości ekranujące i izolujące

trudnozapalność oraz samogaśnięcie

mały współczynnik tarcia

estetyka wykonania

wytrzymałość

przewodność cieplna

cena

kolor

odporność na korozję

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

karta ćwiczeń.

–

rzutnik,

–

foliogramy z rysunkami omawianych elementów urządzeń.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Oblicz masę płytki miedzianej o wymiarach 100 x 80 x 2,5 mm.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z materiałem nauczania 4.1.1,

wyszukać w Małym Poradniku Mechanika gęstość miedzi,

wypisać dane do zadania,

obliczyć masę podanej w ćwiczeniu płytki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

Mały Poradnik Mechanika,

–

karta ćwiczeń.

4.1.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić dlaczego metale i ich stopy mają bardzo szerokie
zastosowanie?

określić co to są właściwości mechaniczne?

określić jakich przypadkach musi być uwzględniana rozszerzalność
cieplna?

określić jakie dane potrzebne są, aby obliczyć masę przedmiotu?

zdefiniować pojęcie plastyczności?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Stopy Ŝelaza z węglem

4.2.1.

Materiał nauczania

Stopy Ŝelaza z węglem, stale, staliwa i Ŝeliwa (rys. 1), naleŜą do najczęściej stosowanych

materiałów  konstrukcyjnych.  Ich  właściwości  zmieniające  się  w  szerokim  zakresie
w zaleŜności  od  składu  chemicznego  (rys.  2)  i  technologii  wytwarzania  wyrobu.  Stale
i staliwa  wyróŜniają  się  złoŜonym  składem  chemicznym,  wpływającym  na  ich  właściwości
uŜytkowe.

Na właściwości Ŝeliw obok składu chemicznego duŜy wpływ mają warunki krzepnięcia.

do 2% węgla poddawany obróbce plastycznej

stal

stop Ŝelaza z węglem

do 0,6% węgla odlewany

staliwo

od 2 do 3,6% węgla odlewany

Ŝeliwo

Rys. 1. Stopy Ŝelaza z węglem

Stal jest to przerobiony plastycznie stopem Ŝelaza z węglem i innymi pierwiastkami

o umownej  zawartości  węgla  do  2%.  W  praktyce  udział  węgla  w  stali  rzadko  przekracza
1,5%.  Jeśli  stal  krzepnącą  w  formie  odlewniczej  uzyskuje  właściwy  kształt  uŜytkowy  (bez
obróbki  plastycznej)  to  nosi  ona  nazwę  staliwa.  Staliwo  jest,  więc  stopem  Ŝelaza  z  węglem
o zawartości do 2% węgla i z innymi pierwiastkami, w stanie lanym.

W skład stali oprócz węgla wchodzą pierwiastki pochodzące z procesów

metalurgicznych, Mn, Si nazywane domieszkami, S i P będące zanieczyszczeniami oraz
pierwiastki wprowadzane w celu nadania stali odpowiedniej struktury – Cr, Ni, Si, W, Cu, Ti
i inne zwane pierwiastkami stopowymi.

Rys. 2. Wpływ zawartości węgla na właściwości stali

[3, s. 36]

Zwiększenie zawartości węgla do 0,8%
powoduje wzrost wytrzymałości
i twardości stali, ale maleje jej
plastyczność. PowyŜej 0,8% węgla stal
staje się twarda i krucha.
Wprowadzenie pierwiastków
stopowych kształtuje właściwości
mechaniczne, fizyczne, chemiczne
i eksploatacyjne. Jest to jednak dopiero
pierwszy krok do uzyskiwania
odpowiedniego zestaw właściwości,
które zaleŜą przede wszystkim od
struktury stopu, czyli jego budowy
wewnętrznej. Odpowiednia strukturę
uzyskuje się w wyniku obróbki cieplnej
stali.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

stali

zawartości

węgla

poniŜej

0,25%

niskich

właściwościach

wytrzymałościowych (R

minimalne 250–350 MPa) wytwarza się:

−−−−

blachy, pręty, taśmy, płyty, kątowniki, rury okucia budowlane, odkuwki,

−−−−

pręty ciągnione i walcowane, wytłoczki i wyroby z blach i drutu,

−−−−

części maszyn i masowo produkowane śruby, nakrętki, nity, kołki, sworznie, haki.

Stale o zawartości węgla do 0,8% C są droŜsze od stali do 0,25% węgla i produkowane są

w węŜszym zakresie wyrobów. Spowodowane to jest trudniejszą i bardziej kosztowna
obróbka plastyczną. Stal o zawartości węgla 0,3 do 0,5% jest wytrzymała i produkuje się
z niej:

−−−−

wysokoobciąŜone odkuwki,

−−−−

liny stalowe,

−−−−

wały korbowe,

−−−−

szyny,

−−−−

koła zębate i inne części maszyn.

Zwiększenie zawartości węgla od 0,5 do 0,8 powoduje wzrost twardości i wytrzymałości.

Z takiej stali produkuje się:

−−−−

odkuwki na korbowody, wały napędowe i inne obciąŜone części maszyn,

−−−−

płyty do pras, matryce, walce.

Stale o zawartości węgla 0,8 do 1,4% uŜywane są głównie wtedy, gdy ich właściwości po

obróbce cieplnej (twardości odporność na zuŜycie cierne) mogą być właściwie wykorzystane.
(tabela 2)

Tabela 2. Zastosowanie stali o zawartości węgla 0,8 do 1,4 [opracowanie własne]

Zawartość węgla

0,8–1,0%

1,0–1,2%

1,2–1,4%

Przecinaki do obróbki wykańczającej

Niektóre narzędzia do obróbki ręcznej

Igły do szycia

Stemple do monet

Wykrojniki

SpręŜyny

Wiertła, gwintowniki, frezy
i inne narzędzia skrawające
z małą szybkością

Ciągadła,

małe

matryce

i wykrojniki

Części odporne na zuŜycie
cierne

Pilniki

Narzędzia do obróbki metali

i drewna

Mimo powszechnego zastosowania stale niestopowe nie mogą zaspokoić wymagań

nowoczesnej techniki. Zahartowane po nagrzaniu szybko tracą twardość, a więc nie mogą być
stosowane na narzędzia pracujące w podwyŜszonej temperaturze lub nagrzewające się
podczas pracy. Stale te w podwyŜszonych temperaturach ulegają szybkiemu utlenianiu i mają
mniejsza odporność na korozję. Te ujemne cechy mogą być usunięte przez wprowadzenie do
stali odpowiednio dobranych pierwiastków stopowych.

Staliwo nie jest odrębnym tworzywem tylko wyodrębnioną postacią materiału

otrzymywanego  w  procesie  zalewania  formy  ciekłą  stalą.  Właściwości  mechaniczne
i plastyczne  staliwa,  są  na  ogół  niŜsze  niŜ  stali  po  przeróbce  plastycznej,  natomiast
właściwości  eksploatacyjne  zwłaszcza  w  warunkach  podwyŜszonych  temperatur  są  na  ogół
wyŜsze  niŜ  stali  o  porównywalnym  składzie  chemicznym.  Najsilniejszy  wpływ  na
właściwości  staliwa  podobnie  jak  w  przypadku  stali  ma  węgiel.  Ze  wzrostem  węgla
zwiększają  się  właściwości  wytrzymałościowe  a  maleją  plastyczne

staliwa.

RóŜnice we

właściwościach mechanicznych między stalą a staliwem o tym samym składzie chemicznym
wynikają z róŜnic w budowie wewnętrznej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ze staliwa moŜna otrzymywać odlewy o skomplikowanych kształtach, które w wielu

przypadkach magą być nadane tylko na drodze odlewniczej. Ze staliwa moŜna otrzymywać
części maszyn i urządzeń o bardzo małych gabarytach, ale takŜe odlewy o masie do kilkuset
ton.

śeliwo jest to odlewniczy stop Ŝelaza z węglem i innymi pierwiastkami (Si, Mn, P i S)

otrzymywany przez odlanie do odpowiedniej formy ciekłego metalu. W zaleŜności od postaci
węgla w strukturze Ŝeliwo moŜe być białe (węgiel w postaci związanej w Fe

C) lub szare,

w którym węgiel występuje głównie w postaci grafitu.

Właściwości wytrzymałościowe Ŝeliwa szarego są niŜsze niŜ staliwa, ale Ŝeliwo jest tanie

i ma bardzo dobre właściwości odlewnicze. Właściwości wytrzymałościowe i technologiczne
Ŝ

eliwa szarego powodują, Ŝe jest ono szeroko stosowanym materiałem konstrukcyjnym.

eliwo posiada takŜe specjalne właściwości takie jak: zdolność do tłumienia drgań

i dźwięków, odporność na ścieranie, dobre właściwości ślizgowe (samosmarowność),
odporność na czynniki atmosferyczne.

Ze względu na bardzo duŜą ilość stopów Ŝelaza z węglem dla ułatwienia rozpoznawania

materiału stosuje się oznaczenia umoŜliwiające szybkie odszukanie w normach, katalogach
wyrobów i kartach materiałowych oraz identyfikację właściwości.

Tabela 3. Składniki symbolu głównego znaku wybranych stali oznaczonych według ich zastosowania oraz

właściwości mechanicznych [1, s. 532]

Stale lub produkty ze stali

Składniki symbolu głównego znaku stali (przykłady oznaczeń stali)

Stale konstrukcyjne

S i liczba odpowiadająca minimalnej granicy plastyczności w MPa (S235)

Stale maszynowe

E i liczba odpowiadająca minimalnej granicy plastyczności w MPa (E295)

Stale na urządzenia ciśnieniowe P i liczba odpowiadająca minimalnej granicy plastyczności w MPa (P460)
Stale na rury przewodowe

L i liczba odpowiadająca minimalnej granicy plastyczności w MPa (L360)

Produkty płaskie walcowane na
zimno ze stali o podwyŜszonej
wytrzymałości przeznaczonych
do kształtowania na zimno

H i liczba odpowiadająca minimalnej granicy plastyczności w MPa lub
HT i liczba odpowiadająca minimalnej wytrzymałości na rozciąganie w MPa
(H420)

Produkty płaskie ze stali
miękkich przeznaczone do
kształtowania na zimno
(z wyjątkiem stali z grupy H)

DC dla produktów walcowanych na zimno, lub
DD dla produktów walcowanych na gorąco, lub
DX dla produktów bez wymaganego sposobu walcowania

i dwa symbole cyfrowe lub literowe charakteryzujące stal (DC03)

Produkty (blacha i taśma)
walcowni blachy ocynowanej

TH i liczba odpowiadająca nominalnej twardości HR30Tm dla produktów
o jednokrotnie redukowanej grubości
T i liczba odpowiadająca nominalnej granicy plastyczności w MPa dla
produktów o dwukrotnie redukowanej grubości (TH52, T660)

Stale elektrotechniczne

M i liczba odpowiadająca 100-krotnej maksymalnej stratności w W/kg, kreska
pozioma, liczba odpowiadająca 100-krotnej grubości produktu w mm oraz
litera (A, D, E, N, S lub P) oznaczająca rodzaj blachy lub taśmy (M430-50D)

W oznaczanie stali zgodnie z normami europejskimi obowiązują dwa systemy

znakowania

–

znakowy (wg PN-EN 10027-1:1994); znak stali składa się z symboli literowych i cyfr,

–

cyfrowy (wg PN-EN 10027-2:1994); znak stali składa się tylko z cyfr.

KaŜdy gatunek stali ma nadany znak i numer (tabela 2), identyfikujący tylko jeden

materiał. Symbole w znaku są tak dobrane, Ŝe wskazują na jej główne cechy (na
zastosowanie, właściwości mechaniczne lub fizyczne, albo skład chemiczny), co ułatwia
przybliŜoną identyfikację gatunku stali (tabela 3). Numer stali, który moŜna podawać zamiast
znaku, jest łatwiejszy do elektronicznego przetwarzania danych, gdyŜ składa się tylko z pięciu
cyfr

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Znaki stali dzielą się na dwie główne grupy:

–

znaki z symbolami wskazującymi na zastosowanie oraz właściwości mechaniczne lub
fizyczne stali,

–

znaki z symbolami wskazującymi na skład chemiczny stali (tabela 3).

Tabela 4. Składniki symbolu głównego znaku wybranych stali oznaczonych według ich składu chemicznego

[3, s. 533]

Grupa stali

Składniki symbolu głównego znaku stali (przykłady oznaczeń)

Stale niestopowe (bez stali automatowych)
o średnim stęŜeniu Mn <1%

C i liczba oznaczająca średnie stęŜenie węgla w stali w setnych
częściach % (C35)

Stale niestopowe o średnim stęŜeniu Mn
≥

1%, stale niestopowe automatowe i stale

stopowe (bez szybkotnących) o stęŜeniu
kaŜdego pierwiastka stopowego <5%

liczba oznaczająca średnie stęŜenie węgla w setnych częściach %,
symbole chemiczne pierwiastków stopowych i na końcu liczby
(rozdzielone kreskami), podające średnie stęŜenie głównych
pierwiastków stopowych (w %) pomnoŜone przez odpowiedni
współczynnik (4 – dla Cr, Co, Mn, Ni, Si, W; 10 – dla Al., Be, Cu,
Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr; 100 – dla Ce, N, P, S; 1000 dla B);
(33MnCrB5-2)

Stale stopowe (bez szybkotnących)
o stęŜeniu przynajmniej jednego
pierwiastka stopowego <5%

X, liczba oznaczająca średnie stęŜenie węgla w stali w setnych
częściach %, symbole chemiczne pierwiastków stopowych i na
końcu liczby (rozdzielone kreskami) podające stęŜenie głównych
pierwiastków stopowych w % (X8CrNiMoAl15-7-2)

Stale szybkotnące

HS i liczby (rozdzielone kreskami), podające średnie stęŜenie
(w %) pierwiastków w kolejności: W, Mo, V, Co (HS2-9-1-8)

Klasyfikacja stali według składu chemicznego (tabela 4):

–

stale niestopowe o niewielkiej zawartości innych pierwiastków określonych normą
(tabele 5, 6, 7),

–

stale nierdzewne zawierające poniŜej 10,5% Cr i poniŜej 1,2% C,

–

stale stopowe, w których stęŜenie, co najmniej jednego z pierwiastków jest równe lub
większe od wartości granicznej dla stali niestopowych.

Tabela 5. Zawartość węgla i wybrane właściwości mechaniczne niestopowych stali konstrukcyjnych

i maszynowych [PN-EN 10027-1:1994]

Znak stali

max

MPa

Mpa

A, %

Znak stali

max

MPa

Mpa

A, %

S185

190

185

S235JR
S235JRG1
S235JRG2

0,2
0,2
0,17

S275JR
S275J0
S275J2G3
S275J2G4

0,21
0,18
0,18
0,18

410

275

S235J0
S235J2G3
S235J2G4

0,17
0,17
0,17

340

235

E295
E335
E360

-
-
-

470
570
670

295
335
360

20
16
11

S355JR
S355J0
S355J2G3
S355J2G4
S355K2G3
S355K2G4

0,24
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2

490

355

Klasyfikacja stali według ich własności:

–

odporne na korozję,

–

aroodporne,

–

arowytrzymałe.

W grupie stali odpornych na korozję wyróŜnia się:

–

stale trudno rdzewiejące (przeznaczone do stosowania w temperaturze otoczenia na
elementy, od których wymagana jest podwyŜszona odporność na korozję atmosferyczną,
a takŜe w środowisku atmosfery przemysłowej),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

stale odporne na korozję (stosowane na elementy naraŜone na korozję chemiczną,
elektrochemiczną i atmosferyczną – działanie zasad, kwasów, soli i innych agresywnych
ś

rodków.

Tabela 6. Gatunki i właściwości stali narzędziowych niestopowych [PN-EN ISO 4957:2003]

Średnie stęŜenie

pierwiastków

Twardość

Temperatura, °C

Znak stali

po wyŜarzaniu HB

Po hartowaniu

i odpuszczaniu, HRC

hartowania odpuszczania

C45U

0,45

0,7

0,28

≤

207

≥

810

C70U

0,7

0,25

0,2

≤

183

≥

800

C80U

0,8

0,25

0,2

≤

192

≥

790

C90U

0,9

0,25

0,2

≤

207

≥

780

C105U

1,25 0,25

0,2

≤

212

≥

780

C120U

1,2

0,25

0,2

≤

217

≥

770

180

P ≤0,03, S ≤0,03

W stanie surowym

Tabela 7. Orientacyjny skład chemiczny, warunki obróbki cieplnej oraz niektóre właściwości mechaniczne stali
niestopowych do ulepszania cieplnego (jakościowych Cxx oraz specjalnych CxxE i CxxR) [1, s. 540]

Temperatura, °C / sposób chłodzenia*

Minimalne właściwości

mechaniczne

Znak stali

hartowania odpuszczania normalizowania R

, MPa

A, %

C22
C22E
C22R

0,17÷0,24

410

210

C25
C25E
C25R

0,22÷0,29

860÷900/w

880÷920

440

230

C30
C30E
C30R

0,27÷0,34

850÷890/w

870÷910

480

250

C35
C35E
C35R

0,32÷0,39 840÷880/w,o

860÷900

520

270

C40
C40E
C40R

0,37÷0,44 830÷870/w,o

850÷890

550

290

C45
C45E
C45R

0,42÷0,5

820÷860/w,o

840÷880

580

305

C50
C50E
C50R

0,47÷0,55 810÷850/o,w

860÷870

610

320

C55
C55E
C55R

0,52÷0,6

805÷845/o,w

825÷865

640

330

C60
C60E
C60R

0,57÷0,65 800÷840/o,w

550÷660

820÷860

670

640

28Mn6

0,25÷0,32 830÷870/w,o

540÷680

850÷890

600

310

* - w, o – chłodzenie odpowiednie w wodzie lub oleju

Klasyfikacja stali według klas jakości:

–

stale, dla których określone są wymagania dotyczące niektórych właściwości, zalicza się
do nich między innymi stale: miękkie na taśmy i blachy, walcowane na gorąco lub
zimno, do przeróbki plastycznej na zimno (tłoczne i głęboko tłoczne), automatowe,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

maszynowe, spręŜynowe, elektrotechniczne o określonych wymaganiach dotyczących ich
właściwości magnetycznych, na elektrody otulone i drut do spawania,

–

stale  specjalne  charakteryzujące  się  wyŜszym  stopniem  czystości  i  mniejszym  udziałem
wtrąceń  niemetalicznych  niŜ  stale  jakościowe.  Stale  te  są  zwykle  przeznaczone  do
ulepszania  cieplnego  lub  hartowania  powierzchniowego.  Są  to  między  innymi  stale:
narzędziowe, maszynowe do nawęglania, do hartowania powierzchniowego, na elektrody
otulone i drut do spawania.

Staliwa niestopowe

Staliwa niestopowe (węglowe) klasyfikuje się na dwie grupy podlegające odpowiednio

odbiorowi

–

na podstawie właściwości mechanicznych,

–

na podstawie właściwości mechanicznych oraz składu chemicznego.

Tabela 8. Skład chemiczny i właściwości mechaniczne staliw niestopowych konstrukcyjnych [PN-ISO 3755:1994]

Maksymalne stęŜenie

głównych pierwiastków

, %

Minimalne właściwości mechaniczne

Znak

staliwa

p0,2

), MPa

, MPa

A, %

Z, %

, J

200–400W

200

400

230–450W

1,2

230

450

270–480W

1,2

270

480

340–550W

0,25

1,5

0,6

340

550

W – odbiór staliwa na podstawie składu chemicznego i własności mechanicznych.

P ≤0,035, S ≤0,035, Ni ≤0,4, Cr ≤0,35, Cu ≤0,4, Mo ≤0,15, V ≤0,05, Ni + Cr + Cu + Mo + V ≤ 1

Dla gatunków 200-400 i 230-450, minimalna praca łamania wynosi odpowiednio 30 J i 25 J.

Skład chemiczny staliw zestawiono w tabeli 8. Znak staliwa składa się z dwóch liczb

określających wyraŜone w MPa wartości: minimalnej granicy plastyczności R

oraz

minimalnej wytrzymałości na rozciąganie R

(200–400), po których, w przypadku staliw

węglowych podlegających odbiorowi takŜe na podstawie składu chemicznego, umieszczona
jest litera W (270–480W).

Oznaczenie staliwa stopowego odpornego na korozję składa się z litery G, po której

dalsze składniki symbolu są identyczne z oznaczeniami stali stopowych: GX12Cr12.

Klasyfikacja Ŝeliwa szarego niestopowego

eliwo szare niestopowe (węglowe) moŜna podzielić na trzy grupy (tabela 9):

–

eliwo szare zwykłe,

–

eliwo modyfikowane,

–

eliwo sferoidalne.

eliwo szare klasyfikuje się w dwóch grupach: według wytrzymałości na rozciąganie lub

według twardości. Oznacza się je literami EN-GJL, następnie po znaku pauzy liczbą,
odpowiadającą minimalnej wytrzymałości na rozciąganie w MPa próbek z oddzielnie
odlewanych wlewków próbnych, lub (w drugiej grupie) po znaku pauzy literami HB i liczbą,
odpowiadającą maksymalnej wartości twardości Brinella.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 9. Klasyfikacja Ŝeliwa szarego [PN-EN 1561:2000]

Znak Ŝeliwa

Wytrzymałość na rozciąganie,

, Mpa

Znak Ŝeliwa

Twardość, HB

EN-GJL-100

100÷200

EN-GJL-HB155

≤

155

EN-GJL-150

150÷250

EN-GJL-HB175

100÷175

EN-GJL-200

200÷300

EN-GJL-HB195

120÷195

EN-GJL-250

250÷350

EN-GJL-HB215

145÷215

EN-GJL-300

300÷350

EN-GJL-HB235

165÷235

EN-GJL-350

350÷450

EN-GJL-HB255

185÷255

4.2.2.

Pytania sprawdzające

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

Jakie czynniki wpływają na właściwości stopów Ŝelaza z węglem?

Jakie znasz stopy Ŝelaza z węglem?

W jaki sposób wzrost zawartości węgla wpływa na właściwości wytrzymałościowe stali?

Na czym polega róŜnica między stalą a staliwem?

Jakie specjalne właściwości posiada Ŝeliwo szare?

4.2.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ właściwości stopów Ŝelaza.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z materiałem nauczania 4.2.1,

uszeregować podane gatunki stali wg wzrastającej zawartości węgla,

wpisać w nawiasy litery odpowiadające wytrzymałości po ulepszaniu cieplnym danego
gatunku stali.

( ) C22R

( ) C30

( ) C40

( ) C45

( ) C60E

( ) C50

( ) C55R

( ) C25

a – 500 MPa
b – 850 MPa
c – 800 MPa
d – 600 MPa

e – 700 MPa
f – 630 MPa
g – 550 MPa
h – 650 MPa

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

Mały Poradnik Mechanika,

–

karta ćwiczeń.

–

rzutnik pisma,

–

foliogramy,

–

Poradnik dla ucznia,

–

części stalowe urządzeń optycznych.

Ćwiczenie 2

Dobierz gatunek stali do wyrobu elementów maszyn, urządzeń i narzędzi.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z materiałem nauczania 4.2.1,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dobrać gatunki stali do wymienionych w kolumnie I elementów maszyn i narzędzi,

wpisać w nawiasy litery odpowiadające dobranemu gatunkowi stali.

(    ) gwoździe, śruby
(    ) wały, osie
(    ) stalowa oprawa okularów
(    ) pilniki

A – C60E
B – C22R
C – C120U
D - X30Cr13
E – S235JRG1

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

karta ćwiczeń.

Ćwiczenie 3

Określ właściwości stopów Ŝelaza.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z materiałem nauczania 4.2 poradnika,

wyszukać charakterystykę Ŝeliw w Małym Poradnikiem Mechanika,

przyporządkować gatunki Ŝeliw: a – Ŝeliwo szare, b – Ŝeliwo białe, c – Ŝeliwo stopowe,
d – Ŝeliwo ciągliwe, e – sferoidalne, do wyszukanej charakterystyki,

wpisać w nawiasy litery odpowiadające przyporządkowanym gatunkom:
–

( ) Nie nadaje się na części maszyn, jest twarde, kruche i trudne do skrawania.

–

( ) Otrzymywane jest przez dodanie do ciekłego Ŝeliwa stopów magnezu,
a następnie modyfikowane Ŝelazo-krzemem.

–

( ) Odznacza się dobrymi właściwościami odlewniczymi, duŜą wytrzymałością na
ś

cieranie i małą udarnością.

–

(      )  Otrzymywane  jest  przez  długotrwałe  wyŜarzanie  odlewów  z  Ŝeliwa  białego,
w wyniku,  czego  następuje  rozpad  cementytu  na  grafit  i  Ŝelazo.  Odznacza  się
dobrymi  właściwościami  mechanicznymi  i  dobrą  plastycznością,  stosowane  jest  na
drobne części maszyn i urządzeń.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

karta ćwiczeń,

–

Mały Poradnik Mechanika.

4.2.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

sklasyfikować stopy Ŝelaza z węglem?

określić, na czym polega róŜnica między stalą a staliwem?

wskazać róŜnice istniejące między stalą a Ŝeliwem?

ustalić właściwości stopów Ŝelaza z węglem, w zaleŜności od
zawartości węgla?

określić zastosowanie stali w przemyśle optycznym?

określić zastosowanie Ŝeliw w przemyśle optycznym?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.

Metale nieŜelazne i ich stopy

4.3.1.

Materiał nauczania

Do metali nieŜelaznych stosowanych w budowie maszyn i urządzeń technicznych zalicza

się:  miedź,  nikiel,  cynk,  cynę,  ołów,  aluminium,  magnez  i  chrom  (tabela  10).  Stopy  metali
nieŜelaznych  charakteryzują  się  bardzo  zróŜnicowanymi  właściwościami,  dlatego  mimo
wyŜszej  ceny  od  stopów  Ŝelaza  znajdują  one  szerokie  zastosowanie.  Na  elementy
konstrukcyjne  w  elektronice  i  przemyśle  precyzyjnym  stasowane  są  stopy  srebra  i  złota
(tabela 11).

Tabela 10. Zastosowanie metali nieŜelaznych [opracowanie własne]

Metal

Przykłady zastosowania

Miedź

Główny składnik mosiądzów i brązów. Przewody elektryczne, rury, blachy, nity, części aparatury
elektrotechnicznej, chemicznej, miedziowanie.

Nikiel

Dodatek do stali i stopów metali nieŜelaznych. Części aparatury chemicznej, niklowanie.

Cynk

Składnik mosiądzów, stopów cynku. Blachy, taśmy, wyroby tłoczone, cynkowanie.

Cyna

Składnik brązów, lutów, stopów łoŜyskowych. Pobielanie.

Ołów

Główny składnik stopów lekkich i łoŜyskowych. Części aparatury chemicznej, pokrycie kabli
elektrycznych, akumulatory.

Aluminium Główny składnik stopów lekkich. Części aparatury chemicznej, przewody elektryczne, naczynia,
Magnez

Składnik stopów lekkich.

Chrom

Dodatek stopowy do stali konstrukcyjnych, narzędziowych, nierdzewnych, kwaso-
i ługoodpornych, Ŝeliwa kwasoodpornego i stopów na opory grzejne. Chromowanie.

Tytan

W zaawansowanych technologiach – przemysł lotniczy, kosmicznym, części maszyn i urządzeń
pracujące w warunkach duŜego obciąŜenia przy wysokich temperaturach, obojętny biologicznie -
transplantologia, biŜuteria, oprawki do okularów.

Kobalt

dodatek do stopów do produkcji zaworów i pierścieni silników lotniczych, samochodowych,
parowych, szybkotnących stali narzędziowych, do pokrywania powierzchni innych metali
(bardzo twardy i odporny na korozję).

Do oznaczania stopów metali nieŜelaznych stosuje się znaki, w których są symbole

chemiczne pierwiastków wchodzących w skład stopu oraz ewentualnie liczby określające ich
zawartość. Stopy metali nieŜelaznych podobnie jak stopy Ŝelaza z węglem posiadają nazwy
handlowe. Stop:

−−−−

miedzi z innymi metalami z wyjątkiem cynku i niklu (nazwa w zaleŜności od głównego
pierwiastka stopowego) – brąz cynowy (CuSn10), brąz krzemowy (CuSi3Mn1),

−−−−

miedzi z cynkiem – mosiądz (CuZn38Pb2, Cu Zn 30),

−−−−

aluminium z miedzią – dural (AlCu4Mg Mn),

−−−−

aluminium z manganem – aluman (AlMn1),

−−−−

aluminium z magnezem i manganem – hydronalium (AlMg2Mn),

−−−−

miedzi z niklem: miedzionikiel (Ni do 30%), nikielina (Cu Ni19, 40% N), konstantan
(CuNi40Mn1),

−−−−

aluminium z magnezem, krzemem i manganem – anticorodal (AlMgSiMn),

−−−−

aluminium z magnezem i krzemem – aldrey (AlMgSi),

−−−−

nikiel z Ŝelazem (do 20%) i molibdenem(do 25%) – hastelloy (Ni Fe30Cr21 Mo3).

Najczęściej stosowane stopy cyny i ołowiu to stopy łoŜyskowe, stosowane do wylewania

panewek łoŜysk ślizgowych w: samochodach, wagonach, spręŜarkach i innych maszynach.
Stopy te mają miękką i plastyczną osnowę z cząstkami nośnymi twardych faz zapewniających
duŜą odporność na ścieranie.

WaŜnym metalem, choć stosowanym w ograniczonym stopniu jest nikiel.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stopy niklu to:

–

rezystancyjne (oporowe) – chromel, alumel, kanthal, nichromy,

–

stopy o większej nawet 10x od Ŝelaza przenikalności magnetycznej – permalloy,

–

odporne na korozję hastelloy,

–

stopy o niemal stałym współczynniku rozszerzalności liniowej (bardzo waŜna cecha
pozwalająca na stosowanie złączy metal – ceramika lub metal – szkło w produkcję lamp
w elektrotechnice) – inwar, kowar, ferniko,

–

arowytrzymałe – nimonic i inkonel.

Metale są przewodnikami prądu elektrycznego, przy czym najlepsza przewodnością

charakteryzują się: Ag, Cu, Au, Al.

Tabela 11. Zastosowanie metali szlachetnych w przemyśle (według A. R. Robertsona) [1, s. 794]

Zastosowanie

Specjalne wymagania

Metal lub stop

Urządzenia elektryczne i elektroniczne

Elektrody korpusu świecy
zapłonowej

Odporne na korozję i erozję

PtW4 pokrywany Th, Ir, ODS Pt,
Pd-Au

wieca Ŝarowa / podgrzewacz

silnika odrzutowego

Ponowne uruchomienie silnika
podczas lotu / podczas zerwania
płomienia

Ph-Pt

Doprowadzenia termistorów

Nie utleniają się

Pt i Ag oraz spoiwo

Złącze tranzystorowe

Domieszkowane, niedomieszkowane Au i domieszkowany stop Ir-Pt

Rezystory i potencjometry

Wysoka rezystywność, niski
współczynnik temperaturowy, niska
rezystancja zestyku

PtW8, PtMo5, PtRu10, Au-Pd-Fe,
stopy dentystyczne

Drut i warstwa rezystancyjna

Wysoka rezystywność, niski
współczynnik temperaturowy, niska
rezystancja zestyku

Au-Pd-Pt

Elektrody do przewodów
ceramicznych

Nie utleniają się, do lutowania
miękkiego

Ag lub Pt, ze spoiwem

Elektrody do kondensatorów
powietrznych

Odporne na korozję

Ag i Au

Przewody w obwodach
drukowanych

Odporne na korozję, odpowiednie do
lutowania miękkiego

Ag, Au, Rh, Pd (Ag moŜe
prowadzić do zwarcia jonowego)

Zestyki (tj. końcówki/zaciski)

Niska rezystancja zestyku,
odpowiednie do lutowania miękkiego

Prądowe lub bezprądowe powłoki
Ag, Au, Pd

Połączenia wysokotemperaturowe Konduktywność, niska rezystancja

zestyku, odporność na utlenianie

Bimetal, stałe Ag, Ag-Mg-Ni

Bezpieczniki topikowe

Dobrze przewodzą, odporne
na starzenie

Ag-Au

Doprowadzenia od rtęciowych
urządzeń stykowych

Nieznaczna rozpuszczalność,
nie utleniają się

Pt gdzie jest wymagane nawilŜenie,
takŜe PtIr10; Ir gdzie nawilŜenie
jest niepoŜądane; pokrywany Rh do
pierścieni kolektorowych

Wiązanie w urządzeniach
próŜniowych wymagających
próŜniowo szczelnych uszczelek
niskooporowego uszczelnienia
ciśnieniowego

PoŜądana niska temperatura topnienia
i niska pręŜność pary

AgCu28, AuCu20, PdNi40, Au-Pd

Aparatura pomiarowa

Lut twardy dla wolframu

Ciągliwość, niska temperatura
topnienia i niska pręŜność pary

Sensory do termometrów
rezystancyjnych

Stała i znana rezystancja, wysoki
współczynnik temperaturowy

Ultraczysta Pt

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Termoogniwa

Stabilny pomiar temperatury
Do pomiaru ultrawysokiej
temperatury w atmosferze
beztlenowej
DuŜa siła elektromotoryczna

PtRh10 do Pt, PtRh6 do PtRh30,
PtRh13 do Pt, PtRh5 do PtRh20,
Au-Pd do Ph-Pt, Au-Pd do Ir-Pt
Ir-Rh do Ir, Au-Pd do Rh-Pt, Au-Pd
do Au-Pd-Pt

Złącza termoelektryczne

Złącza o niskiej rezystancji z drutami
z metali nieszlachetnych

Platynowanie

Zawieszenie galwanometru

Odporne na korozję, wytrzymałość,
konduktywność

PdCu40 (powoli chłodzone), 14 k
Au, Ag-Cu

Oś galwanometru

Twardy i odporny na korozję

OsRu40

Styki w przełącznikach
niskoprądowych

Niska rezystancja zestyku

Powlekany galwanicznie Rh,
AuAg25Pt6, Pt, Pd

Pierścienie ślizgowe, szczotki
do selsynów

Niska rezystancja zestyku, dobra
odporność na ścieranie/zuŜycie
i minimalne tarcie

18 k Au, stopy dentystyczne
PdCu40, Ag, powlekane
galwanicznie Rh

Sensory do analizatorów gazu

Działanie katalityczne proporcjonalne
do zawartości gazu

Pd-Pt, Pt

Stopy, których temperatura topnienia jest niŜsza od temperatury cyny, tj. 232

C (505 K) noszą

nazwę niskotopliwych (tabela 12).

Tabela 12. Właściwości i zastosowanie niektórych stopów niskotopliwych [7, s 129]

Cecha, znak

Orientacyjna temperatura

topnienia (końcowa),

Główne zastosowanie

TBC12
BiPb25Sn12Cd

Odlewy precyzyjne, automaty przeciwpoŜarowe
i alarmowe, wyroby ortopedyczne (stop Lipowitza

TBC13
BiPb26Sn13Cd10

Mechanika precyzyjna i medyczna, automaty
przeciwpoŜarowe i alarmowe (stop Wooda)

TBC20
BiPb30Sn30

Mechanika i odlewnictwo precyzyjne (stop
Lichtenberga)

TOC12
PbSn12Bi10

215

Oprawy strzykawek, sprzęt medyczny i ortopedyczny

TOC13
PbBi25Sn12Cd13

146

Mechanika i odlewnictwo precyzyjne

TZC35
ZnSn3Pb25

305

Wylewanie panewek (stop Mirel)

Stopy uŜywane do lutowania nazywa się lutami lub lutowiem. Powinny one mieć

stosunkowo niewysoka temperaturę topnienia i w stanie ciekłym dobrze zwilŜać lutowany
materiał. Lutowia dzieli się na miękkie i twarde.

Lutowia miękkie mają niską temperaturę topnienia (200–300°C, czyli 473–573 K)

i powinny gwarantować jedynie szczelność połączenia bez szczególnych wymagań
wytrzymałościowych. Sporządza się je z cyny (od 90% w lutowiu LC90 do 4% w LC3A)
i ołowiu, ewentualnie z niewielkim dodatkiem antymonu. Wytrzymałość (R

) lutów miękkich

wynosi 50–70 MPa).

Lutowia twarde mają temperaturę topnienia zwykle wyŜszą od 700°C. Lutowanie nimi

jest  bardziej  złoŜone,  ale  połączenie  odznacza  się  znaczną  wytrzymałością.  Przy  lutowaniu
stopów  miedzi  właściwości  są  porównywalne  z  właściwościami  łączonego  materiału.
W charakterze lutów twardych stosuje się mosiądze Cu-Zn lub Cu-Zn-Ag (tzw. luty srebrne),
brązy cynowe, krzemowe, miedź ze srebrem, manganem i krzemem. Luty srebrne stosuje się
tam,  gdzie  przewodnictwo  elektryczne  lutowia  powinno  być  zbliŜone  do  przewodnictwa
metalu podstawowego.

Do łączenia szkła lub ceramiki między sobą albo z metalami są stosowane niskotopliwe

szkła ze znaczną zawartością tlenku ołowiu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stopy metali moŜna otrzymywać stosując metalurgię ogniową, która pozwala na

uzyskanie odpowiedniego składu chemicznego stopu przez stopienie składników i stosowanie
róŜnego rodzaju zabiegów metalurgicznych oraz

metodami metalurgii proszków, czyli przez

prasowanie i spiekanie. Zaletą metalurgii proszków jest moŜliwość:

–

wytwarzania  materiałów,  których  nie  da  się  otrzymać  innymi  metodami  na  przykład
pseudostopy  (styki  W-Cu),  spieki  grafitowo-metalowe  lub  diamentowo-metalowe,
cermetale,  a  takŜe  samosmarowne  materiały  porowate  (na  przykład:  łoŜyska  ślizgowe,
filtry) i innych,

–

otrzymywania poŜądanych właściwości fizycznych i chemicznych wyrobów,

–

uzyskiwania materiałów o określonej strukturze, porowatości i przepuszczalności,

–

seryjnego wytwarzania elementów z duŜą dokładnością,

–

automatyzacji procesów,

–

łączenia ze sobą składników róŜniących się znacznie temperaturą topnienia i gęstością,

–

ekologicznego prowadzenia procesów.

Wyroby z proszków spiekanych:

–

materiały konstrukcyjne,

–

materiały łoŜyskowe i ślizgowe (łoŜyska lite, samosmarowne, porowate, filtry spiekane),

–

spiekane materiały narzędziowe (spiekane stale szybkotnące, węglikostałe spiekane,
węgliki spiekane, cermetale narzędziowe),

–

super twarde materiały narzędziowe (polikrystaliczny syntetyczny diament, spiekany
azotek boru).
Wśród wyrobów wykonanych techniką spiekania proszków, najbardziej liczną grupę

stanowią drobne części maszyn (sworznie, tłoki, dźwignie, pierścienie tłokowe, korbowody,
części pomp, elementy maszyn do szycia, pokrywki, krąŜki, tulejki, kółka, krzywki).

Materiały na łoŜyska stanowią specjalną grupę materiałów stosowanych do wytwarzania

panewek  łoŜysk  ślizgowych  plastycznych.  ŁoŜyska  takie  są  stosowane  w  tych  przypadkach,
w których wał przenosi duŜe obciąŜenia i moŜe ulegać odkształceniom. W takich warunkach,
zastosowanie  twardego  łoŜyska  kulkowego  moŜe  doprowadzić  do  zniszczenia  wału  lub
łoŜyska.  Materiały  stosowane  do  wyrobu  i  wylewania  panewek  plastycznych  łoŜysk
ś

lizgowych muszą spełniać szereg wymagań, a w szczególności muszą mieć: dobrą

smarowność, niewraŜliwość na zacieranie, odpowiednią plastyczność, wytrzymałość na
ś

ciskanie i twardość, odporność na ścieranie, niski współczynnik tarcia oraz dobrą

przyczepność do panewki, odpowiednią temperaturę topliwości, wysoki współczynnik
przewodnictwa cieplnego (rys. 3).

Spełnienie tych wymagań uzyskuje się w stopach o strukturze niejednorodnej, składającej

się  z  twardych  kryształów  rozmieszczonych  równomiernie  w  miękkiej  osnowie.  W  czasie
pracy  twarde  kryształy  przejmują  na  siebie  obciąŜenie  i  przekazują  je  na  całą  panewkę.
NiezaleŜnie  od  tego  umoŜliwiają  wytworzenie  między  powierzchniami  wału  i  powierzchnią
panewki  niewielkiej  przestrzeni,  w  której  umieszcza  się  smar.  Miękka  osnowa  łatwo
przystosowuje  się  do  zarysu  powierzchni  czopa;  zapewnia  równomierny  rozkład  obciąŜenia
i moŜliwość  wchłaniania  produktów  tarcia,  przez  co  zmniejsza  się  zuŜycie  pary  trącej.  Jako
stopy łoŜyskowe stosuje się Ŝeliwa, brązy oraz łatwotopliwe stopy na osnowie cyny, ołowiu,
kadmu, cynku i aluminium.

Surowe wymagania

stawiane stopom łoŜyskowym

spełniają spieki, które posiadają

dodatkowe właściwości umoŜliwiające wytwarzanie łoŜysk samosmarownych.

Metody metalurgii proszków umoŜliwiają wytwarzanie produktów, których nie moŜna

wytworzyć innymi metodami. Do produktów tych naleŜą między innymi: łoŜyska lite,
łoŜyska porowate, filtry spiekane.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Spiekane łoŜyska ślizgowe wykazują dobre własności mechaniczne. Spiekane łoŜyska

lite  są  wytwarzane  przez  prasowanie  na  gorąco  lub  nasycenie  szkieletu  z  metali  trudno
topliwych metalami o niŜszej temperaturze topnienia. Mogą być stosowane w podwyŜszonej
lub  obniŜonej  temperaturze  oraz  przy  wysokich  obciąŜeniach,  które  to  warunki  wykluczają
smarowanie  olejami.  Spiekane  łoŜyska  lite  o  odpowiednim  udziale  grafitu  lub  miękkich
metali  niskotopliwych  są  samosmarowne.  Najczęściej  wytwarza  się  je  z  Ŝelazografitu  lub
miedziografitu.

Rys. 3. Schemat współpracy zespołu: stop łoŜyskowy wał [8, s. 140]

W przeciwieństwie do licznych materiałów spiekanych, charakteryzujących się duŜą

gęstością, niektóre produkty, takie jak łoŜyska samosmarowne, są wytwarzane jako porowate.
Pory  istniejące  wewnątrz  materiału  są  połączone  ze  sobą,  tworząc  kapilarne  kanaliki.
Objętość  porów  sięga  50%  całkowitej  objętości  łoŜysk.  ŁoŜyska  porowate  są  wytwarzane
z proszków metali, najczęściej ze stopów Ŝelaza lub miedzi, do których mogą być dodawane
proszki  niemetali.  Najczęściej  łoŜyska  te  produkuje  się  w  postaci  cienkościennych  tulei  lub
tulei z kołnierzami, a takŜe w postaci baryłkowatej. Są równieŜ wytwarzane taśmy porowate,
nakładane na podkładki stalowe i zawijane w półpanewki.

4.3.2.

Pytania sprawdzające

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

Dlaczego metale nieŜelazne i ich stopy mimo wyŜszej ceny są często stosowane do
wykonywania części maszyn i urządzeń technicznych?

W jaki sposób oznacza się stopy metali nieŜelaznych?

Które stopy odznaczają się wysoką rezystywnością?

Jakie właściwości mają stopy hastelloy, nimonic i inkonel?

Jakie jest zastosowanie lutów miękkich?

Jakie jest zastosowanie lutów twardych?

Jaki materiał zastosujesz do łączenia części metalowej ze szklaną?

Jakie znasz przykłady zastosowania wyrobów z proszków spiekanych?

Z jakich materiałów wytwarza się łoŜyska samosmarowe?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ zastosowanie stopów Ŝelaza i metali kolorowych do wykonania opraw

okularowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z materiałem nauczania 4.2 poradnika dla ucznia,

przeprowadzić analizę warunków pracy oprawy okularowej,

wyszukać w Małym Poradniku Mechanika i poradniku ucznia podane materiały,

zaznaczyć w tabeli, który z podanych materiałów moŜe być zastosowany do wykonania
opraw okularowych.

Tabela do ćwiczenia 1

materiał

eliwo

sferoidalne

Stal
chromowo
niklowa

TBC12

S185

Stop
tytanowy

Stal
niklowana

Stal
kadmowana

oprawa
okularowa

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

karta ćwiczeń,

–

Mały Poradnik Mechanika.

Ćwiczenie 2

Określ zastosowanie metali nieŜelaznych i ich stopów do wykonywania elementów

aparatury kontrolno-pomiarowej, elementów automatyki i armatury.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wypisać z katalogu Antikor Controls wszystkie urządzenia, których elementy wykonane
są z metali nieŜelaznych lub ich stopów,

podać obok nazwy urządzenia (elementu) nazwę stopu: manometr na bardzo niskie
ciśnienia seria 2000 – aluminium, mosiądz.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

karta ćwiczeń,

–

katalog Antikor Controls.

Ćwiczenie 3

Dobierz materiał na łoŜysko ślizgowe obciąŜone statycznie i dynamicznie: nacisk 9 MPa,

prędkość obwodowa 4 m/s.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

scharakteryzować struktury materiałów posiadających właściwości wymagane od stopów
łoŜyskowych,

uzasadnić wymagania stawiane stopom łoŜyskowym,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dobrać materiał na łoŜysko obciąŜone statycznie i dynamicznie: nacisk 9 MPa, prędkość
obwodowa 4 m/s.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

materiały pomocnicze do ćwiczenia,

–

karta ćwiczeń,

–

Mały Poradnik Mechanika.

4.3.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić, dlatego mimo wyŜszej ceny od stopów Ŝelaza znajdują stopy
metali nieŜelaznych znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle
precyzyjnym?

określić, sposób znakowania stopów metali nieŜelaznych?

określić właściwości i zastosowanie brązów w przemyśle
precyzyjnym?

określić właściwości i zastosowanie mosiądzów w przemyśle
precyzyjnym?

w przemyśle optycznym?

scharakteryzować stopy o nazwie: hastelloy, nimonic i inkonel?

wymienić korzyści wynikające ze stosowania technologii proszków?

przedstawić wymagania stawiane materiałom na łoŜyska?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Korozja metali

4.4.1.

Materiał nauczania

Korozja jest to stopniowe niszczenie (destrukcja) materiału spowodowane chemicznym,

lub elektrochemicznym oddziaływaniem otaczającego środowiska. Korodować, mogą róŜne
materiały: metale i stopy, ceramika, tworzywa sztuczne, beton. Z materiałów konstrukcyjnych
stosowanych w budowie maszyn najszybciej ulegają korozji metale i ich stopy.

Koszty bezpośrednie, stosunkowo łatwe do wyliczenia, które ponosi gospodarka

z powodu korozji metali są szacowane w zaleŜności od kraju i strefy klimatycznej na 3 do
10% produktu narodowego brutto. Wynikają one z:

−−−−

wymiany lub remontu skorodowanych maszyn, urządzeń konstrukcji, pojazdów
i instalacji przemysłowych, które mogłyby pracować dłuŜej,

−−−−

nakładania pokryć lub stosowanie innych rodzajów ochrony antykorozyjnej,

−−−−

stosowania droŜszych materiałów konstrukcyjnych niŜ stal niestopowa.

WyŜsze, groźniejsze i trudniejsze do wyliczenia są koszty pośrednie powodowane przez:

−−−−

przerwy w produkcji spowodowane awariami skorodowanych części (na przykład
wyłączanie instalacji zasilającej zakład w wodę z powodu korozji rurociągu),

−−−−

zmniejszenie wydajności skorodowanych urządzeń (tłoki i cylindry silników),

−−−−

katastrofy ekologiczne (wyciek ropy naftowej spowodowany korozją zbiornika),

−−−−

zmniejszenie tempa rozwoju energetyki jądrowej ze względu na niedostateczną
odporność na korozję materiałów konstrukcyjnych.

Rys. 4. Przykłady ochrony katodowej. Napięcie zewnętrzne powoduje, Ŝe rura jest katodą (a). Metale
anodowe (Mg, Zn) nadają rurze i kadłubowi statku charakter katody (b, c) [7, s. 157]

Rodzaje korozji

Klasyfikacja ze względu na mechanizm zjawiska:

–

korozja chemiczna, zachodząca w suchych gazach (O

, H

, Cl

, parach siarki, bromu,

jodu) w cieczach niebędących elektrolitami (benzen, fluor, ropa naftowa),

–

korozja elektrochemiczna spowodowana działaniem ogniw i mikroogniw lokalnych.

Ośrodki korozji moŜna klasyfikować uwzględniając ich wygląd, miejsce występowania,

rodowisko w jakim zaistniała, okoliczności jakie ją wywołały (korozja ziemna, wŜerowa,

równomierna, punktowa, międzykrystaliczna, napręŜeniowa, szczelinowa, gazowa i inne).

Metody ochrony przed korozją:

−−−−

nakładanie powłok (warstw) ochronnych,

−−−−

zmiana potencjału elektrodowego chronionego materiału wobec środowiska (rys. 4),

−−−−

modyfikacja środowiska korozyjnego,

−−−−

zmiana konstrukcji urządzenia (rys. 5).

Katoda

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 5. Rozwiązania konstrukcyjne elementów naraŜonych na niszczenie

korozyjne spowodowane pozostałościami wilgoci [7, s. 155]

Powłoki ochronne mają na celu zabezpieczenie powierzchni metalu przed bezpośrednim

oddziaływaniem środowiska korozyjnego.

Powłoki ochronne metalowe stosowane do zabezpieczenia wszystkich stali i staliwa,

są to:

−−−−

powłoki  nakładane  (utrzymują  się  na  powierzchni  metalu  lub  stopu  siłami  adhezji).  Do
wykonanie  powłoki  uŜywa  się:  nikiel,  chrom,  miedź,  srebro,  aluminium,  cynk,  cynę,
ołów,  kadm.  Nakłada  się  je  galwanicznie  oraz  przez  zanurzenie,  natryski  lub
platerowanie,

−−−−

powłoki wytwarzane (uzyskiwane najczęściej w wysokich temperaturach na zasadzie
dyfuzji metalu ochronnego w głąb metalu chronionego).

Powłoki ochronne niemetalowe (warstwy ochronne lub podkład pod powłokę malarską).

Jednym ze sposobów ochrony antykorozyjnej jest stosowanie powłok organicznych.

Powłoki  malarskie  (farby,  lakiery  i  emalie)  nakłada  się  w  postaci  cienkiej  warstwy  na
powierzchnię  przedmiotu.  Ich  działanie  polega  głównie  na  zabezpieczeniu  metalu  przed
wpływem wody, wilgoci oraz zawartych w niej agresywnych zanieczyszczeniach.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Inhibitory korozji stanowią substancje, które powodują zmniejszenie agresywności
ś

rodowiska korozyjnego. Są stosowane do zahamowania procesu korozji w układach

zamkniętych, pracujących w stałym lub rzadko odnawialnym roztworze (instalacje chłodnicze
lub ciepłownicze). Stosowana jest metoda ochrony przed korozją oparta na prostym załoŜeniu
– ochraniany metal naleŜy uczynić katodą wobec otaczającego środowiska. Metoda ta jest
znana pod nazwą ochrony katodowej lub protektorowej.

4.4.2.

Pytania sprawdzające

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

Co to jest korozja i jakie substancje najszybciej ulegają jej wpływom?

Jakie są rodzaje kosztów, które gospodarka ponosi z powodu korozji?

Jakie rodzaje powłok stosuje się do ochrony stopów metali?

Jaki jest wpływ konstrukcji elementów na ich podatność na korozję?

4.4.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Uzasadnij podstawowe załoŜenia projektu ochrony urządzeń naraŜonych na korozję.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z materiałem nauczania 4.3 poradnika,

wyjaśnić, jakie zjawiska powodują, Ŝe rozwiązania konstrukcyjne przedstawione na
rysunku 14 zostały uznane za nieprawidłowe,

podać i omówić zasady projektowania elementów urządzeń naraŜonych na korozję.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

Mały Poradnik Mechanika,

–

próbki części ze zmianami korozyjnymi,

–

karta ćwiczeń,

–

foliogramy,

–

sprzęt audiowizualny.

Ćwiczenie 2

Dobierz powłoki antykorozyjne do: opraw okularowych wykonanych ze stali, części

eliwnej obudowy mikroskopu metalograficznego i do

sprawdzianów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z materiałem nauczania 4.3 poradnika,

uzasadnić decyzje wyboru zastosowania powłok ochronnych do wymienionych
elementów,

dobrać powłoki korzystając z Małego Poradnika Mechanika,

uzasadnić wybór danego rodzaju powłoki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

Mały Poradnik Mechanika,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

poradnik dla ucznia,

–

arkusz ćwiczeniowy,

–

próbki elementów ze zmianami korozyjnymi,

–

karta ćwiczeń.

4.4.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

scharakteryzować róŜne rodzaje korozji i określić przykłady ich
występowania?

określić sposoby ochrony przed korozją?

dokonać i uzasadnić wybór powłok metalowych nakładanych na
stalowe oprawy do okularów celu ochrony przed korozją?

uzasadnić wybór antykorozyjnych powłok niemetalowych
nakładanych na przyrządy pomiarowe?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.

Tworzywa sztuczne

4.5.1.

Materiał nauczania

Rys. 6. Schemat podziału tworzyw sztucznych [8, s. 67]

Tworzywa sztuczne (rys. 6) są to wielkocząsteczkowe materiały organiczne, przewaŜnie

o skomplikowanej budowie chemicznej, którym w określonych warunkach i odpowiedniej
temperaturze, ciśnieniu moŜna nadawać dowolne kształty (tabele 13, 14). Tworzywa sztuczne
są to materiały

syntetyczne

produkowane na bazie polimerów z dodatkiem środków

utwardzających i sieciujących, napełniaczy, plastyfikatorów, stabilizatorów, barwników.
Stałym i koniecznym składnikiem jest polimer stanowiący materiał nośny i wiąŜący.
W przypadku polietylenu, polimer jest jedynym składnikiem tworzywa sztucznego.

Tabela 13. Podstawowe właściwości i obszary zastosowań niektórych tworzyw termoplastycznych [8, s. 91]

Nazwa

Gęstość

g/cm

MPa

A,
%

Zakres zastosowania, zakres temperatur pracy °C

(przykłady)

polietylen wysokociśnieniowy
polietylen niskociśnieniowy

0,92
0,96

14
27

600
600

Opakowania, nieobciąŜone części maszyn i urządzeń,
pokrowce, pokrycia, folie; – 70÷80

polipropylen

0,9

25÷40 500

Rury, części motoryzacyjne, elementy chłodziarek,
zbiorniki, opakowania; – 20÷130

poliamid*

1,1

50÷70 300

Części maszyn, liny, sznury, odzieŜ; – 60÷100

polistyren

1,06

2,0

Sprzęt radiotechniczny i fotograficzny,
elektroizolacja, spienione materiały izolacyjne
(styropian); – 40÷65

polichlorek winylu

1,39

2,0

Oprzyrządowanie  chemiczne,  rury,  profile,  części
maszyn,  elementy  pomp,  wentylatorów,  opakowania,
wykładziny  podłogowe,  sztuczna  skóra,  ramy
okienne; – 40÷70

politetrafluoroetylen (teflon)

2,15

200

Przemysł chemiczny, elektrotechniczny, maszynowy
(łoŜyska); – 269÷260

polimetakrylan metylu (szkło
organiczne)

1,18

3,0

Części oświetlenia i optyki, oszklenie w lotnictwie,
transporcie lądowym i wodnym; – 60÷100

poliwęglany

1,20

100

Dokładne części

maszyn i aparatury, radio-

i elektrotechnika, taśmy fotograficzne; – 100÷135

Tworzywa sztuczne są często stosowane w konstrukcji maszyn i urządzeń technicznych,

poniewaŜ charakteryzuje ich:

–

mała gęstość,

–

wysoka odporność na korozję,

Tworzywa

wielkocząsteczkowe

Elastomery

Plastomery

Wulkanizujące

Niewulkanizujące

Termoplasty

Duroplasty

Termoutwardzalne

Chemoutwardzalne

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

dobre właściwości mechaniczne i plastyczne,

–

moŜliwość wykorzystania na łoŜyska ślizgowe dla małych obciąŜeń,

–

dobre właściwości elektroizolacyjne,

–

dobre właściwości termoizolacyjne,

–

łatwość uzyskiwania dowolnej gamy kolorów i przezroczystości,

–

łatwość formowania wyrobów o skomplikowanych kształtach, dokładnych wymiarowo.

Tabela 14. Właściwości i zastosowanie niektórych materiałów utwardzalnych [8, s. 93]

Nazwa

Gęstość

g/cm

MPa

Zakres

temperatur pracy

°C (K)

Zakres zastosowania (przykłady)

fenoplasty

1,7

-70÷140 (203÷413)

NiskoobciąŜone części maszyn, korpusy przyrządów,
panele, części elektrotechniczne

aminoplasty

1,8

-60÷130 (213÷403)

Części aparatury i urządzeń oświetleniowych, części
elektrotechniczne i izolacyjne, wyroby gospodarstwa
domowego

tekstolit

1,3

-40÷160 (233÷433)

Koła zębate, tulejki, łoŜyska ślizgowe, części maszyn
i konstrukcji, elektrotechnika

szkłotekstolit

1,9

300

-60÷200 (213÷473)

Części obciąŜonych konstrukcji, korpusy, karoserie
i kabiny pojazdów, zbiorniki, termo- i elektroizolacja

Tworzywa sztuczne stosowane w optyce

Tworzywa sztuczne zaczęto wykorzystywać w optyce w latach 40 dwudziestego wieku,

kiedy  izotropowowe  i  jednorodne  polimery  osiągnęły  inne  właściwości  optyczne
porównywalne z typowymi szkłami optycznymi. Pierwszym materiałem tego typu był CR39
(columbia  resins  no  39),  następnym  szkło  organiczne,  stosunkowo  nowym  materiałem  jest
poliwęglan a ostatnio trivex i NXT.

Szkła organiczne ( polimetakrylan metylu, polistyren, Ŝywica poliwęglanowa i inne) są

łatwo formowalne na gotowe części optyczne nawet duŜych rozmiarów, zachowują tolerancję
wymiarową średniej klasy, pozwalają się utwardzać. Szkła organiczne posiadają następujące
właściwości:

−−−−

Współczynnik załamania od n = 1,5 do n = 1,74.

−−−−

Mały cięŜar właściwy.

−−−−

DuŜa odporność na stłuczenie.

−−−−

MoŜliwość barwienia na dowolne kolory.

−−−−

Równomierny rozkład koloru na całej powierzchni soczewki barwionej i fotochromowej.

−−−−

Niska twardość powierzchni wymagająca, jeśli chce się osiągnąć odporność na
zarysowania podobną do szkieł mineralnych, nakładanie powłok utwardzających.

−−−−

Niska podatność na zaparowanie wynikająca z małej pojemność cieplnej.

−−−−

Bardzo dobre wygaszanie promieniowania ultrafioletowego.
Tworzywa te, względu na bardzo dobre właściwości technologiczne i dobre optyczne są

szeroko stosowane w produkcji seryjnej przyrządów optycznych średniej klasy oraz
elementów optycznych o skomplikowanych kształtach np. z powierzchniami asferycznymi
oraz szkieł okularowych.

Coraz to szersze zastosowanie tworzyw sztucznych w optyce, eliminujące ich wady,

umoŜliwia stosowanie powłok uszlachetniających, które mogą być nakładane na soczewki
Stosuje się powłoki: utwardzające, antyrefleksyjne i ułatwiające pielęgnację.

Polimery przewodzące prąd elektryczny, półprzewodnikowe i elektroluminescyjne

Oprócz wielu rodzajów tworzyw sztucznych o określonych właściwościach istnieją

polimery przewodzące prąd elektryczny. Podstawową zaletą tych polimerów jest niski koszt
wytwarzania, w postaci cieniutkich filmów, które są stosowane: w ekranach świetlnych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

i układach scalonych, na osłony elektromagnetyczne, antystatyczne, w superkondensatorach
i kondensatorach elektrolitycznych, jako materiały antykorozyjne.
Wadami tworzyw sztucznych są: niska odporność cieplna (100–120

C), niska twardość,

skłonność do starzenia się oraz trudności z degradacją odpadów. Jednak jest wiele warunków
eksploatacyjnych, w których tworzywa sztuczne mogą konkurować ze stopami metali.

4.5.2.

Pytania sprawdzające

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

Jakie cechy tworzyw sztucznych decydują o ich szerokim za stosowaniu?

Jakie cechy tworzyw sztucznych ograniczają ich stosowanie?

Jakie zalety szkieł organicznych wykorzystuje się w optyce?

W jaki sposób eliminujemy wady szkieł organicznych stosowanych w optyce?

4.5.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ odporność tworzyw sztucznych na działanie środowiska korozyjnego i podaj

przekłady ich zastosowania w produkcji elementów uŜywanych do budowy aparatury
kontrolno pomiarowej, automatów oraz armatury.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wypisać z katalogu Antikor Controls wszystkie urządzenia, których elementy wykonane
są z tworzyw sztucznych,

zapisać obok nazwy urządzenia (elementu) nazwę tworzywa na przykład:
przepływomierz elektromagnetyczny seria FM-300 – guma ebonitowa, teflon,

określić na podstawie katalogu rodzaj środowiska, na które jest odporne tworzywo.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

katalog Antikor Controls,

–

zestaw próbek tworzyw sztucznych,

–

karta ćwiczeń.

Ćwiczenie 2

Dobierz tworzywa sztuczne do wykonania następujących wyrobów: pokrowiec na

maszynę, soczewki okularowe, wykładziny podłogowe, elementy pomp, ramy okienne, koła
zębate, korpus przyrządu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z materiałem nauczania 4.4 poradnika,

wpisać do karty ćwiczeń nazwy dobranych tworzyw.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

karta ćwiczeń.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić róŜnicę między polimerem a tworzywem sztucznym?

określić cechy tworzyw sztucznych decydujące o ich szerokim
zastosowaniu?

wskazać cechy tworzyw sztucznych ograniczające ich stosowanie?

podać przykłady zastosowania tworzyw termoplastycznych?

podać przykłady zastosowania tworzyw utwardzalnych?

określić zastosowanie tworzyw sztucznych w optyce?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.

Ceramika, szkło i materiały uszczelniające

4.6.1.

Materiał nauczania

Materiały ceramiczne

Ceramiką nazywa się wyroby formowane z plastycznych surowców ceramicznych

(glinka  iłowa,  kaolin,  glina  zwykła  i  garncarska,  margiel  ilasty,  łupek  ilasty,  less,  kwarc,
mika,  substancje  organiczne)  i  wypalane  w  wysokiej  temperaturze.  Materiały  ceramiczne
charakteryzuje  wysoka  twardość,  wysoka  wytrzymałość  na  ściskanie  i  praktycznie  zerowa
plastyczność. Ceramika naleŜy do grupy materiałów izolacyjnych o stałej dielektrycznej

= 1

do 3 (przewodniki

= 300 do 50 000, półprzewodniki

= 80 do130).

ZaleŜnie od struktury wyroby ceramiczne dzielą się na:

−−−−

wyroby o przełomie (czerepie) porowatym, otrzymywanym przez wypalanie
w temperaturach wyŜszych od temperatury spiekania charakteryzujące się szorstką,
matową powierzchnią, duŜą porowatością i nasiąkliwością (materiały budowlane),

−−−−

przełomie nieporowatym, w której udział porów nie przekracza kilku procent, o lśniącej
szklistej powierzchni, duŜej twardości i wytrzymałości. NaleŜą do niej następujące grupy
materiałów: porcelana, porcelit, kamionka, klinkier odporny na ścieranie i działanie
czynników chemicznych.
W zaleŜności od zastosowania dzielimy ceramikę na:

−−−−

budowlaną,

−−−−

ogniotrwałą,

−−−−

elektrotechniczną,

−−−−

specjalną (techniczną), wytwarzaną z surowców o duŜej czystości, co umoŜliwia
otrzymanie powtarzalnych specyficznych właściwości uŜytkowych.

Tabela 15. Podstawowe klasy i rodzaje ceramiki technicznej oraz przykłady jej zastosowania [8, s. 87]

Klasa ceramiki

Rodzaj

Zastosowanie

z tlenku aluminium (korundowa)

wyroby ogniotrwałe, technika próŜniowa, części
maszyn, wyroby chemoodporne i izolacyjne

z dwutlenku cyrkonu

wyroby ogniotrwałe i chemoodporne

z tlenku magnezu

części ogniotrwałe i chemoodporne

z tlenku wapnia

części ogniotrwałe i chemoodporne

tlenkowa

na bazie krzemionki

lotnictwo, metalurgia

mulitowa i mulitowo-korundowa

elektronika, radiotechnika

klinoenstatywowa

technika próŜniowa, radiotechnika, elektronika

fosterytowa

technika próŜniowa

kordierytowa

elektronika

krzemianowa
i glinokrzemianowa

cyrkonowa

elektro- i radiotechnika

na bazie tlenków
tytanu, związków
tytanu i cyrkonianów

z dwutlenku tytanu (rutylowa),
związków

tytanu

cyrkonu

właściwościami

piezoelektrycznymi

kondensatory, piezoelementy, radiotechnika

ze spineli magnezowych

materiały ogniotrwałe, elektrotechnika, technika
próŜniowa, elektronika, radiotechnika

na bazie spineli

(

III
2

)

ze spineli Ŝelazowych

elektronika, radiotechnika

Chromitowa ziem
rzadkich

z chromitów lantanowych

elementy nagrzewu wysokotemperaturowego,
elementy przewodzące

wysokotopliwa
beztlenkowa

z węglików, azotków, borków,
krzemków

części ogniotrwałe, nagrzew elektryczny, części
konstrukcji

konstrukcyjna

—

części konstrukcyjne, materiały ogniotrwałe

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zakres zastosowań ceramiki technicznej ciągle się rozszerza (tabela 15). Pojawiły się

grupy ceramiki specjalnego przeznaczenia: magnetyczna, optyczna, chemiczna, bioceramika,
termoceramika, ceramika jądrowa, pancerna, nadprzewodząca, narzędziowa, motoryzacyjna
i inne. Stosuje się ją między innymi w:

−−−−

przemyśle elektrotechnicznym i energetyce (elektrody, elementy grzewcze, łopatki
wysokotemperaturowych turbin gazowych, styki, termoizolatory i systemy osłony
termicznej),

−−−−

budowie maszyn i urządzeń (części pracujące w środowiskach agresywnych,
w warunkach intensywnego ścierania, wysokiej temperaturze, w reaktorach jądrowych),

−−−−

lotnictwie i kosmonautyce (zespoły ruchu i napędu, części hamulców, świece zapłonowe,
czujniki gazowe i cieplne),

−−−−

medycynie (precyzyjne czujniki, stawy, zęby).

Szkło

Szkło jest bezpostaciową substancją otrzymywaną przez stopienie: surowców kwaśnych

(tlenek krzemu, tlenek glinu), surowców alkalicznych (topniki zawierające Na

O lub K

O),

których  zadaniem  jest  stopienie  na  jednorodną  przezroczystą  masę  trudnotopliwych
składników  szkła,  surowców  wapniowych  i  pokrewnych  (zawierających  CaO,  MgO,  PbO),
w celu  zwiększenia  odporności  masy  szklanej  na  działanie  czynników  chemicznych,
surowców pomocniczych (barwniki, odbarwiacze, środki mącące).

Struktura szkła sprawia, Ŝe jego skład chemiczny moŜna zmieniać w bardzo szerokim

zakresie. Dodając do masy szklanej pierwiastek lub tlenek, który rozpuszcza się w tej masie,
zmienia  się  szkłu  właściwości  w  bardzo  szerokim  zakresie.  W  inŜynierii  właściwości  szkła
uŜywa  się  około  35  pierwiastków,  przy  czym  zmiana  zawartości  składnika  o  1%  istotnie
zmienia właściwości szkła

Właściwości optyczne szkła to zespół takich cech jak: współczynnik załamania światła,

zabarwienie,  zdolność  do  odbijania,  rozpraszania  i  pochłaniania  światła  widzialnego
i poszczególnych  części  widma.  Współczynnik  załamania  materiału  optycznego,  z  którego
wykonane  są  soczewki  nazywany  jest  w  branŜy  optycznej  indeksem.  Współczynnik
załamania klasycznego (mineralnego) szkła okularowego (BK 516/64) wynosi około n = 1,5.
Niektóre  materiały  stosowane  do  produkcji  soczewek  osiągają  maksymalnie  współczynnik
n = 1,9. WyŜszy „indeks” materiału uzyskujemy zwiększając jego gęstość.

Właściwości nieoptyczne szkła to:

−−−−

właściwości mechaniczne materiałów optycznych ze względu na ich przydatność
w przyrządach optycznych obejmuje – twardość, moduł spręŜystości, kruchość, a dla
celów technologicznych właściwości obróbcze określone w ustalonych warunkach,

−−−−

właściwości termiczne – współczynnik rozszerzalności cieplnej, odporność na działanie
niskiej i wysokiej temperatury i odporność na nagłe zmiany temperatury, przewodność
cieplna, temperatura mięknienia i przemiany szkieł, temperatura topnienia,

−−−−

właściwości chemiczne ujęte katalogowymi kategoriami odpornością działanie
roztworów kwaśnych, zasadowych i atmosfery wilgotnej.

Wśród cech szkła, wyróŜnia się jego temperatura zeszklenia, poniŜej której szkło nabiera

kruchości. Dla szkieł krzemianowych wynosi ona 425 do 600°C (698 do 873 K). PowyŜej tej
temperatury masa szklana jest przerabiana na wyroby szklane. Gęstość szkła wynosi 2,2 do
8,0 g/cm

Szkło jest tworzywem mającym teoretycznie jedną z największych wytrzymałości na

rozrywanie (1500 do 3000 MPa), w praktyce bliską teoretycznej wytrzymałość posiada
jedynie włókno szklane, szkło zaś ma wytrzymałość na rozciąganie R

= 30 do 90 Mpa, a na

ciskanie 400 do 600 Mpa.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zaletami szkła, jako materiału konstrukcyjnego są: znaczna twardość i wytrzymałość na

ciskanie oraz łatwość kształtowania w stanie plastycznym, odporność na działanie

czynników  atmosferycznych  oraz  rozcieńczonych  kwasów  i  zasad,  odporność  na  działanie
podwyŜszonej  temperatury,  przezroczystość,  gładkość  i  połysk,  niepalność,  mała
przewodność  cieplna  i  elektryczna,  niska  cena.  Dzięki  powyŜszym  zaletom  szkło  znalazło
powszechne  zastosowanie  we  wszystkich  gałęziach  przemysłu,  w  gospodarstwie  domowym
i laboratoriach  naukowych.  Wadami  szkła  są:  kruchość,  brak  odporności  na  duŜe  zmiany
temperatury.

Szkło według przeznaczenia moŜna podzielić na: techniczne, budowlane, gospodarcze,

na opakowania. Poza wymienionymi rodzajami szkieł produkuje się następujące materiały
szklane:

−−−−

szkło piankowe (stosowane jako materiał izolujący cieplnie i akustycznie),

−−−−

włókno szklane (uŜywane do wyrobu mat stosowanych w budownictwie jako izolatory
cieplne), wata szklana (materiał termoizolacyjny),

−−−−

szkło krystaliczne (wytrzymałość 2 do 3 krotnie większa od szkła, duŜa odporność na
ś

cieranie, odporność na udar cieplny, odporność na działanie kwasów i zasad w wysokich

temperaturach).

Szkło techniczne stosuje się do produkcji Ŝarówek i lamp, wodowskazów i termometrów,

aparatury chemicznej i laboratoryjnej oraz do produkcji soczewek pryzmatów i innych
elementów aparatury technicznej.

Typy szkła optycznego sa klasyfikowane na podstawie ich składu i stałej optycznej

(współczynnika dyspersji, liczby Abbego). Obecnie istnieje ponad 250 typów szkła
optycznego. Szkło stosowane do produkcji soczewek moŜna podzielić w zaleŜności od
współczynnika Abbego (charakteryzującego stopień dyspersji światła w materiale) na:

−−−−

szkło kronowe (K) – liczba Abbego γ > 50

−−−−

szkło flintowe (F) – liczba Abbego γ < 50

Flint jest to odmiana szkła kronowego, w którym CaO zostało zastąpione przez PbO.

Przykładowe oznaczenia  szkła optycznego:
“K”:  BK7;  BalK3,  K3,  BaK4,  KF2,  BaK2,  KF8
,  LF2,  LF7,  LF5,  PSK3,  ZK102, KzF2,  PK3 oraz lustrzane.
“F” - SK4, F3, F4, SF2, SF1, SF4 , SK10, BAF, BG – filtrowe miękkie.

Szkła stosowane do produkcji soczewek posiadają następujące właściwości:

−−−−

Współczynnik załamania od n = 1,5 do n = 1,9 (bardzo wysokie współczynniki załamania
pozwalają na korekcję duŜych wad refrakcji przy pomocy soczewek o małej grubości).

−−−−

DuŜa twardość powierzchni.

−−−−

Niska dyspersja (takŜe przy duŜych współczynnikach załamania).

−−−−

Niska tendencja do rozszczepiania światła na wiązkę barwną w kolorze tęczy (niŜsza niŜ
w przypadku soczewek organicznych).
Materiały szklanokrystaliczne (dewitryfikatory) stosuje się do produkcji: wymienników

ciepła, łoŜysk ślizgowych i kulkowych pracujących bez smaru do temperatury 980

(1253 K), części naraŜone na silne działanie erozyjne i chemiczne, części silników
spalinowych oraz tarcze i łopatki pomp do przetaczania agresywnych cieczy ze ścierniwem,
Ŝ

aroodporne emalie odporne na ścieranie do zabezpieczania części metalowych.

Materiały uszczelniające, szlifierskie i pomocnicze

Szlifowanie i polerowanie jest bardzo waŜnym etapem w procesie produkcji soczewek

optycznych. Od prawidłowego szlifowania i polerowania zaleŜy jakość elementu finalnego.

Polerowanie  moŜe  być  wykonywane  przy  pomocy:  smoły  polerskiej,  filcu  polerskiego,  folii
polerskiej,  róŜu  polerskiego.  Do  precyzyjnego  i  o  wysokiej  dokładności  polerowania  na
róŜnych podłoŜach, lecz głównie na smole uŜywa się czystego tlenku ceru.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Do ochrony wyrobów przed niszczącym działaniem czynników zewnętrznych słuŜą

wyroby lakierowe, które często tworzą efekty dekoracyjne

Wyroby lakierowe są wieloskładnikowymi zastawami, które naniesione na powierzchnię

przedmiotów,  po  wyschnięciu  tworzą  trwałą  błonę  utrzymywaną  siłami  adhezji
(przyczepności).  Wyschnięte  –  utwardzone  błony  materiałów  lakierniczych  nazywamy
powłokami  lub  pokryciami.  Wyroby  lakierowe  nałoŜone  na  podłoŜe  tworzą  powłokę
o właściwościach ochronnych (drewna przed  gniciem, metalu przed korozją), dekoracyjnych
lub specjalnych. Właściwości specjalne pokryć to: utwardzające, elektro – i termoizolacyjne,
ś

wiatłoczułe i światłoodporne, odporne na działanie substancji chemicznych.

Do utwardzania soczewek okularowych wykonanych ze szkła organicznego stosuje się

lakiery  syntetycznym,  oparte  na  polimerach  krzemopochodnych  (silikonach)  twardszych  od
podstawowego  materiału  soczewki.  Utwardzanie  przez  lakierowanie  jest  procesem
chemicznym,  który  wymaga  zachowania  ścisłego  reŜimu  technologicznego.  Utwardzanie  tą
metodą odbywa się na gotowych soczewkach przez naniesienie na ich powierzchnię powłoki
lakieru  o  grubości  kilku  mikrometrów  (1  mikrometr  =  0,001  mm),  a  następnie  poddanie  jej
procesowi utwardzenia drogą polimeryzacji.

Niektóre rodzaje lakierów i emalii są stosowane w technice elektroizolacyjnej.

W procesie wytwarzania są one stosowane w stanie ciekłym, przy suszeniu lakieru ulatnia się
rozpuszczalnik,  natomiast  ciało  stałe  lub  olej,  stanowiące  jego  osnowę,  tworzą  po
wyschnięciu  cienką  błonę  elektroizolacyjną.  Lakiery  elektroizolacyjne  dzielimy  na:
nasycające  słuŜące  do  nasycania  porowatych  i  włóknistych  materiałów  izolacyjnych,
powlekające,  klejące  słuŜące  jako  lepiszcze  do  innych  materiałów  izolacyjnych  (sklejanie
płatków  miki),  specjalne  nasycające  i  powlekające  do  urządzeń  elektrycznych  pracujących
w szczególnie trudnych warunkach. Istnieją teŜ lakiery posiadające właściwości przewodzące
o rezystywności powierzchniowej około 0,2 Ω /cm

(tabela 16).

Tabela 16. Własności i zastosowanie wybranych lakierów elektroizolacyjnych [opracowanie własne]

Nazwa

Właściwości

Zastosowanie

Lakier
końcowy
serii 1310

Rozpuszczalne w wodzie, schną na
powietrzu, wykonane na bazie
uretanizowanych Ŝywic alkidowych. Klasa
izolacji F.

Dla końcowego / ochronnego pokrywania
elementów, obudów w przemyśle
elektrotechnicznym. Stosowane w warunkach stałej
temperatury 155°C, jako ochronne lakiery do
zmontowanych paneli z obwodami drukowanymi.

Lakiery
końcowe
serii 1020

Krótki czas schnięcia, wysoka elastyczność,
dobre właściwości mechaniczne, bardzo
dobra odporność na starzenie, się bardzo
dobre właściwości dielektryczne, nawet
w warunkach wysokiej wilgotności, dobra
odporność na olej, wodę i słabe chemikalia
w temperaturze pokojowej.

Do impregnacji cewek i uzwojeń, pokrywania
materiałów izolacyjnych w celu zwiększenia
oporności powierzchniowej
i oporności ścieŜek do impregnacji elementów
z twardego papieru oraz tektury przyciętych
brzegów materiałów wielowarstwowych.

Lakiery
końcowe
serii 1050

Dobra plastyczność, wysoka przyczepność
do podłoŜa, wysoki stopień pokrywania,
nieprzezroczystość, odporność na starzenie
się, oporność dla prądu upływu, odporność
na wilgotność, olej i chemikalia. Krótki czas
schnięcia. Klasa izolacji: B przy 130°C.

Do transformatorów, obudów, mechanizmów,
silników i tym podobnych.

Pur-
Isolierlack

Po pokryciu tworzy równą i elastyczną
powierzchnię. Bezbarwny, transparentny
oraz przylutowalny. Nie zawiera składników
niszczących oznaczenia na pokrywanych
elementach. Odporny na wodę, oleje,
większość środków chemicznych.
Klasa izolacji: B przy 130°C.

Do pokrywania uzwojeń silników, generatorów, do
płytek przewodzących. Stosowany do maszyn
precyzyjnych z określoną tolerancją przyrządów
pomiarowych, maszyn biurowych, zaników,
wyłączników, klawiatur urządzeń, poszczególnych
części maszyn, wyłączników wysokiego oraz
niskiego napięcie, a takŜe instalacji elektrycznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyroby lakierowe powinny odznaczać się: wysoką przyczepnością do podłoŜa,

współczynnikiem  rozszerzalności  cieplnej  powłoki  porównywalnej  do  współczynnika
lakierowanego  materiału,  wysoką  ściśliwością,  brakiem  porowatości,  wysoką  elastycznością
przy  odpowiednio  wysokiej  twardości  i  wytrzymałości,  odpornością  cieplną,  chemiczną
i świetlną, oraz nieprzepuszczalnością dla gazów i wody.

Jakość i Ŝywotność powłok lakierniczych zaleŜy od ich zestawu, składu chemicznego,

rodzaju lakierowanego materiału, przygotowania powierzchni, technologii i jakości
nanoszonego pokrycia. Podstawowymi wyrobami lakierowymi są: farby, lakiery i emalie.

4.6.2. Pytania sprawdzające

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

Co to jest ceramika?

Jakie jest zastosowanie podstawowych rodzajów ceramiki technicznej?

Co to jest szkło?

Jakie są zalety szkła jako materiału konstrukcyjnego?

Na czym polega róŜnica między szkłem optycznym kronowym a flintowym?

Jakie właściwości posiadają szkła stosowane do produkcji soczewek?

Jakie jest zastosowanie materiały szklanokrystalicznych?

Jakie zastosowanie w optyce mają lakiery?

Jakie materiały stosuje się do szlifowania soczewek?

10.

Od jakich czynników zaleŜy jakość i Ŝywotność powłok lakierniczych?

4.6.3

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Porównaj właściwości optyczne i zastosowanie szkła flintowego, kronowego

i organicznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z materiałem nauczania 4.5 poradnika,

zapoznać się z materiałami pomocniczymi,

zaplanować tabelę do wpisania właściwości optycznych i zastosowania określonych
w ćwiczeniu materiałów.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

materiały pomocnicze,

−

karta ćwiczeń.

Ćwiczenie 2

Przyporządkuj oznaczenia szkła flintowego, kronowego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z materiałem nauczania 4.5 poradnika,

zapoznać się z materiałami pomocniczymi,

ułoŜyć na planszy oznaczenia szkła flintowego, kronowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−−−−

materiały pomocnicze,

−−−−

instrukcja do gry,

−−−−

plansza do gry dydaktycznej.

Ćwiczenie 3

Dobierz lakier do elektroizolacji i ochrony

klawiatur urządzeń.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z materiałem nauczania 4.5 poradnika,

zapoznać się z materiałami pomocniczymi,

dobrać lakier do elektroizolacji i ochrony

klawiatur urządzeń.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−−−−

materiały pomocnicze,

−−−−

karta ćwiczeń.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić właściwości i przeznaczenie materiałów ceramicznych?

określić właściwości i przeznaczenie szkła optycznego?

określić właściwości i przeznaczenie szlifierskich?

określić właściwości i przeznaczenie lakierów?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

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

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

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

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

Na rozwiązanie testu masz 30 min.

Powodzenia

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

Stal jest to stop Ŝelaza z węglem
a)

i innymi domieszkami o zawartości węgla 2,5%.

o zawartości węgla do 2,0%.

i innymi domieszkami o zawartości węgla do 2,0%, poddany obróbce plastycznej.

i innymi domieszkami, poddany obróbce cieplnej.

eliwo białe jest to stop, który

otrzymywany jest przez dodanie do ciekłego Ŝeliwa stopów magnezu, a następnie
modyfikowanie Ŝelazo-krzemem.

odznacza się dobrymi właściwościami odlewniczymi, duŜą wytrzymałością na
ś

cieranie i małą udarnością.

odznacza się dobrymi właściwościami mechanicznymi i dobrą plastycznością.

nie nadaje się na części konstrukcyjne, jest twarde, kruche i trudne do obróbki.

NajwyŜszą wytrzymałość na rozciąganie, spośród podanych poniŜej, ma stal
a)

C50.

C30.

C22R.

C45.

Do wykonania elementów zwilŜanych manometru cyfrowego uŜyjemy
a)

stal szybkotnącą.

stal kwasoodporną.

stal narzędziową.

eliwo.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stop miedzi z cynkiem to
a)

hydronalium.

brąz.

mosiądz.

dural.

Materiałem który jest przewodnikiem prądu elektrycznego to
a)

kauczuk naturalny.

szkło.

miedź.

chromel.

Właściwości tworzyw sztucznych, które ograniczają ich stosowanie do produkcji
elementów maszyn to
a)

dobre właściwości wytrzymałościowe.

mała odporności na działanie podwyŜszonych temperatur.

znaczna odporność na działanie czynników atmosferycznych.

mała gęstość.

Do wykonania izolacji przewodów elektrycznych nie stosuje się
a)

gumy.

polichlorek winylu (PVC).

polietylenu.

ołowiu.

Korozja nie jest to
a)

odwracalny proces chemiczny zmieniający jedynie na pewien czas własności
uŜytkowe wyrobu.

zjawisko powodujące zmianę przewodności elektrycznej materiału.

proces chemiczny lub elektrochemiczny powodujący powstawanie produktów
o niskiej wytrzymałości.

zjawisko zmieniające zazwyczaj wygląd powierzchni.

10.

Materiały ceramiczne charakteryzują się
a)

dobrą przewodnością elektryczną.

bardzo dobrą przewodnością cieplną.

dobrą plastycznością.

odpornością na agresywne działanie stęŜonych kwasów i zasad.

11.

Do wykonania zaworów bezpośredniego działania i wspomagane ciśnieniem medium
wybierzesz
a)

mosiądz i stal kwasoodporną.

brąz ołowiowy i stal kwasoodporną.

znal i stal konstrukcyjną.

kanthal i inwar.

12.

Rozwiązaniem konstrukcyjnym sprzyjającym powstawaniu korozji jest
a)

tworzenie przestrzeni zamkniętych.

ustawianie zbiorników na piasku z inhibitorami.

zachowanie odstępów między elementami nie mniejsze niŜ 45 mm.

zapewnienie łatwego opróŜniania i oczyszczania zbiorników.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13.

Lutowia miękkie są to stopy
a)

aluminium.

o temperaturze topnienia powyŜej 232

Cu-Zn.

które powinny gwarantować jedynie szczelność połączenia bez szczególnych
wymagań wytrzymałościowych.

14.

Materiałem, który nie jest stosowany do wyrobu materiałów optycznych jest
a)

polimetakrylan metylu.

polistyren.

ywica poliwęglanowa.

polichlorek winylu.

15.

Na niszczenie konstrukcyjne spowodowane pozostałościami wilgoci są naraŜone
elementy wykonane wg rysunku

16.

Szkło kronowe oznacza się

BaF 8.

SSK 2.

TiF 4.

LLF 3.

17.

Zaletą tworzyw sztucznych stosowanych na soczewki jest

bardzo dobre wygaszanie promieniowania ultrafioletowego.

wysoka twardość.

duŜa gęstość.

dobra przewodność cieplna.

18.

Powłokę antyrefleksyjne na soczewki organiczne stosuje się w celu

utwardzenia powierzchni.

ułatwienia pielęgnacji okularów.

nadania odpowiedniej barwy.

eliminacji straty światła przy przejściu przez soczewkę.

19.

Flint jest to odmiana szkła kronowego

w którym CaO zostało zastąpione przez PbO.

w którym PbO zostało zastąpione przez CaO.

liczba Abbego γ > 50.

bardzo dobrej przewodności cieplnej.

20.

WyŜszy „indeks” materiału (współczynnik załamania materiału optycznego) uzyskuje się

zwiększając jego gęstość.

zmniejszając jego gęstość.

zwiększając twardość.

poprzez nadanie odpowiedniego kształtu wyrobom optycznym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

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

Określanie właściwości materiałów stosowanych w przemyśle optycznym
i precyzyjnym

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

LITERATURA

Dobrzański L.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwie. Materiały inŜynierskie
z podstawami projektowania materiałowego. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne,
Gliwice – Warszawa 2002

Dretkiewicz-Więch J.: Materiałoznawstwo. Materiały do ćwiczeń. OBR Pomocy
Naukowych i Sprzętu Szkolnego, Warszawa 1993

Lisica A. Laboratorium materiałoznawstwa. Wydawnictwo Politechniki Radomskiej,
Radom 2005

Mały Poradnik Mechanika. Praca zbiorowa t. I. WNT, Warszawa 1996

Miller P., Radwanowicz H.: Towaroznawstwo wyrobów nieŜywnościowych. WSiP,
Warszawa 1998

Szwedowski A.: Materiałoznawstwo optyczne i optoelektroniczne. WNT, Warszawa
1996

Wojtkun F., Bukała W.: Materiałoznawstwo cz. I. WSiP, Warszawa 1999

Wojtkun F., Bukała W.: Materiałoznawstwo cz. II. WSiP, Warszawa 1999

Zając B.: Materiały pomocnicze dla nauczycieli liceum technicznego o profilu
mechanicznym cz. II. WODN, Łódź 1996.