MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE I CHARAKTERYSTYKA

MATERIAŁY

KONSTRUKCYJNE I

CHARAKTERYSTYKA



Materiałami konstrukcyjnymi

nazywamy materiały

inżynierskie, które są

wykorzystywane do budowy

maszyn i urządzeń. Do

materiałów konstrukcyjnych

zaliczamy metale i ich stopy,

polimery, ceramikę i kompozyty.

METALE



są to materiały, które w stanie stałym

charakteryzują się następującymi

właściwościami:

- dobre przewodnictwo ciepła i

elektryczności,

- połysk,

- plastyczność,

Właściwości te wynikają z wiązania

metalicznego występującego pomiędzy

atomami tworzącymi metal i budowy

krystalicznej. Dzielimy je na dwie grupy,

żelazne i nieżelazne (kolorowe).

Dla celów praktycznych

metale dzieli się na:



-metale i stopy żelazne ( stal, żeliwo),



- metale i stopy nie żelazne - podstawowy

składnik aluminium , miedź, cyna



W budownictwie pierwsze miejsce

zużycia ma stal a później żeliwo.

Metale dla budownictwa-Zależnie od

składu chemicznego rozróżniamy żeliwo i

jego stopy , metale nieżelazne i jego

stopy.

Żelazo i jego stopy-Surowce do

wyprodukowania żelaza



Ze względu na małą odporność żelaza na

czynniki agresywne, nie występuje on w

przyrodzie w stanie czystym.



Stop żelaza z węglem o zawartości węgla <

2%= stal



Staliwo- stop żelaza z węglem o zawartości

węgla do 2,1 % stosowany w stanie odlanym

nie obrobionym plastycznie



Żeliwo- to stop żelaza z węglem o zawartości

węgla powyżej 2,1 %, w którym podczas

krzepnięcia zachodzi przemiana eutektyczna.

Stale konstrukcyjne



to stale stosowane do

wyrobu części maszyn,

urządzeń i konstrukcji

pracujących w zwykłych

warunkach tj. w temp. nie

przekraczającej 300 C.

Właściwości stali:



- dobra wytrzymałość



- dobre właściwości plastyczne,

wysoka granica plastyczności



- wysoka wytrzymałość

zmęczeniowa



- wysoka twardość powierzchniowa



- odporność na ścieranie

Stale konstrukcyjne dzielą

się na:



-niskostopowe o podwyższonej

wytrzymałości



-stale do nawęglania



-stale do ulepszania cieplnego



- stale do azotowania



-stale sprężynowe



-stale na łożyska toczne

POLIMERY



są nazywane także tworzywami

wielkocząsteczkowymi. Dzielą się na

naturalne i sztuczne.



Naturalne

nazywane biopolimerami

otrzymuje się poprzez obróbkę i częściową

modyfikacje surowców naturalnych.



- Sztuczne

powstają w wyniku łączenia

najczęściej wiązaniami kowalencyjnymi

wielu identycznych niewielkich

ugrupowań atomów, zwanych

monomerami.

Polimery,



nazywane także, tworzywami sztucznymi lub

plastikami stanowią grupą materiałów

organicznych, złożoną ze związków węgla,

wodoru i innych pierwiastków

niemetalicznych. W skład polimerów wchodzą

również dodatki barwników lub pigmentów,

katalizatorów, napelniaczy, zmiękczaczy

(plastyfikatorów), antyutleniaczy i innych. W

temperaturze pokojowej polimery

są bezpostaciowe lub krystaliczne.

Podział polimerów:



Polimery w zależności od kształtu i

budowy makrocząsteczki można

podzielić na 4 grupy:

a) liniowe

b) liniowe z rozgałęzieniami

c) z rozgałęzieniami poprzecznymi

d) silnie usieciowione

Właściwości polimerów są

zależne od



wielkości makrocząstek, tzn.

od liczby jednostek

monomerycznych zawartych

w każdej makrocząstce.

Głównymi sposobami

łączenia polimerów są



klejenie, zgrzewanie

oraz stosowanie różnych

złączek, które często

wykonuje się z

polimerów.

Ceramika są to



nieorganiczne związki metali z tlenem,

azotem, węglem, borem i innymi

pierwiastkami. Atomy są połączone

wiązaniem jonowym i kowalencyjnym.

Po zaformowaniu materiały

ceramiczne wygrzewane są w

wysokich temperaturach.



- większość materiałów ceramicznych

to tlenki lub związki chemiczne

metalu z pierwiastkiem C, N, P, S

Właściwości ceramiki:



-stabilność chemiczna tj. odporność na

utlenianie w podwyższonej temp.



- twardość i odporność na zużycie

ścierne



- mały ciężar, są o połowę lżejsze niż

wyroby ze stali,



- zróżnicowane właściwości cieplne:

ceramika węglikowa dobrze przewodzi

ciepło.

Podział ceramiki:



- wielkotonażowa



- specjalna



-szkło



Ceramika wielkotonażowa

obejmuje przede wszystkim

materiały budowlane (cement,

gips, cegły, płyty), ceramikę

sanitarną, ogniotrwałą itp.

Podstawowymi surowcami

do wyrobu tej ceramiki są:



1. Glina

– składająca się z bardzo

drobnych ziarn uwodnionego krzemianu

glinu,

2. Krzemionka

– krystaliczna odmiana

SiO2, zwana również kwarcem.

3. Skaleń

– glinokrzemian metali

alkalicznych stanowiących mieszaninę:

skalenia potasowego, skalenia sodowego i

skalenia wapniowego.

Ceramika specjalna



to zróżnicowana grupa materiałów

i produktów. Należą do niej

materiały dla elektroniki, na

narzędzia skrawające i elementy

odporne na ścieranie, tworzywa

ogniotrwale o wysokiej jakości,

ceramika stosowana w przemyśle

jądrowym, w silnikach cieplnych,

ceramika dla celów medycznych.

Jako przykłady można

podać:



1. Ferryty

– ceramiczne materiały

magnetyczne z których najważniejszy to

magnetyt. W zależności od

charakterystyki znalazły zastosowanie na

elementy pamięci w komputerach,

rdzenie transformatorów wysokiej

częstotliwości, trwałe magnesy.

Jako przykłady można

podać:



2. Sialon

– tworzywo

konstrukcyjne

stosowane na łopatki

turbin i elementy

silników cieplnych.

Jako przykłady można

podać:



Cermetale

– złożone z drobnych

cząstek krystalicznej ceramiki

(np. węglików) rozmieszczonych

na osnowie metalowej, np. WC

w osnowie

Co, przeznaczone na narzędzia

skrawające.

Materiały ceramiczne

stosowane są m.in.



- jako tworzywa elektro-

iTermoizolacyjne,



- jako tworzywa żaroodporne

(wysoka temperatura topnienia),



- odporne na działanie czynników

chemicznych.

Szkła –



to materiały nieograniczone,

głównie tlenki, których stan fizyczny

jest stanem pośrednim pomiędzy

stanem ciekłym a stałym. Szkła są

materiałami bezpostaciowymi, w

których występuje uporządkowanie

bliskiego zasięgu.

Najważniejszą właściwością

szkła jest



jego przezroczystość

. Podczas

chłodzenia ze stanu ciekłego szkła

nie tworzą się puste miejsca ani inne

defekty o wielkości zbliżonej do

długości fali światła, które są

przyczyną rozpraszania w

kryształach niemetalicznych

wytworzonych metodą spiekania.

- Szkło ma bardzo słabe

przewodnictwo elektryczne



zaliczane jest do izolatorów.

Przewodność cieplna szkła jest o kilka

rzędów wielkości mniejsza od ceramiki

krystalicznej.

- Właściwości mechaniczne szkła

poddanego obciążeniom szybko

wzrastającym są podobne do właściwości

ciał stałych. Przy obciążeniach

zmieniających się bardzo wolno szkła

zachowują się jak ciecze newtonowskie.

kompozyty



są połączeniem dwóch lub więcej

odrębnych nie rozpuszczających się

w sobie faz, z których każda

odpowiada innemu podstawowemu

materiałowi inżynierskiemu

zapewniającymi lepszy zespół

własności i cech strukturalnych, od

właściwych dla każdego z

materiałów składowych oddzielnie.



Materiały kompozytowe

znajdują zastosowanie

in. w sprzęci kosmicznym ,

samolotach, samochodach,

łodziach, jachtach.



Kompozyty

są to tworzywa

składające się z dwóch lub

więcej faz o własnościach

nieosiągalnych w żadnym

innym materiale.



Do najbardziej znanych

kompozytów należą

żelazo -

beton, eternit, szkło zbrojone

siatką metalową, węgliki

spiekane, cermetale i inne.

Kompozyty dzielimy na:



- umacniane cząstkami

(dyspersyjnie)



- umacniane włóknami

(włókniste) ;



- na umacniane włóknami

ciętymi



- na umacniane włóknami ciągłymi.

Kompozyty pozwalają na

otrzymywanie



lekkich, mocnych i

elastycznych konstrukcji. Są

nimi także materiały

żarowytrzymałe (np. łopatki

turbin gazowych) i narzędzia

(np. węgliki spiekane).



Kompozyt składa się z

osnowy

i umieszczonego w niej

drugiego składnika (zbrojenia) o

znacznie lepszych

właściwościach mechanicznych.



Zbrojenie

może mieć postać

proszku lub włókien. Dodawane

jest do kompozytu w dużej

ilości. Oddziałuje ono zazwyczaj

tylko fizycznie na osnowę.

Zadania zbrojenia to:



●

poprawia określone

właściwości mechaniczne i/lub

użytkowe wyrobu

●niekiedy zmniejsza koszt

wsadu surowcowego (dotyczy to

napełniaczy proszkowych

Osnowa –



jest to najczęściej polimer, może to być także

metal ( np. tytan, glin, miedź) lub ceramika

( np. tlenek glinu). Wymienione materiały

różnią się znacznie właściwościami takimi jak

wytrzymałość na rozciąganie, sztywność,

odporność na kruche pękanie, temperatura

użytkowania, a przede wszystkim różnią się

ciężarem właściwym. Najczęściej osnową są

polimery, ze względu na ich mały ciężar

właściwy i łatwość kształtowania. Niezależnie

jednak, jaki to jest materiał osnowa spełnia w

kompozycie wymienione funkcje.

Osnowa pełni następujące

funkcje:



●

utrzymuje razem zbrojenie

●zapewnia wytrzymałość na

ściskanie

●przenosi naprężenie zewnętrzne

na zbrojenie,

●zatrzymuje rozprzestrzenianie

się pęknięć,



●

nadaje wyrobom żądany kształt.

Podział kompozytów ze

względu na osnowę:



1)kompozyty metalowe

●kompozyty o osnowie ze stopu

metali lekkich ( Mg, Al, Ti)

●kompozyty o osnowie ze stopu

srebra i miedzi

●kompozyty o osnowie ze stopu niklu

●kompozyty o osnowie ze stopu

ołowiu i cynku

Podział kompozytów ze

względu na osnowę:



2) kompozyty polimerowe

(żywice termoutwardzalne jak

fenoplasty i aminoplasty;

duroplasty chemoutwardzalne,

silikony, tworzywa

termoplastyczne)

Podział kompozytów ze

względu na osnowę:



3) kompozyty ceramiczne

(materiały budowlane jak

cement i gips; materiały

hutnicze

- głównie ogniotrwałe;

materiały stosowane w

elektronice)

Document Outline