Technologia Materiałów Konstrukcyjnych (wykład)

UWAGA!!! Uzupełnienia pojawiają się, tak jak poprawki, także wewnątrz całego opracowania. Nie są to tylko dodatkowe tematy dopisywane „na końcu”.

Wstęp.

Technologia-(techn.-wytwarzanie, logos-nauka) nauka o wytwarzaniu, metodach i sposobach wytwarzania, o wyposażeniu pracowni i pracownika służącemu wytworzeniu danego produktu.

Potrzeba- projektowanie- konstrukcja- wytwarzanie (technologia)

Proces-pewien zbiór czynności (zbiór operacji) mający cel i przebiegający w czasie. System dynamiczny przebiegający w funkcji czasu i mający do wykonania cel lub zadanie.

Operacja-czynność wykonywana na jednym stanowisku, przez jednego pracownika i na jednym kawałku materiału.

System-pewien zbiór obiektów (nieuporządkowany) mający pewne relacje i cel.

System dynamiczny-system, w którym pewne relacje się zmieniają.

Technologia odnosi się do wielu rodzajów obiektów:

·         Konstrukcja-obmyślony kształt, wymiary, wytrzymałość i to, z czego się składa, materiały. Efektem konstrukcji jest dokumentacja konstrukcyjna.

·         Technologia-jak zrobić, jakie maszyny i materiały wykorzystać, oraz metody obróbki

Proces produkcyjny-wszystkie działania wykonywane by zrobić wyrób:

·         Proces technologiczny-zbiór operacji w trakcie, których następuje zmiana kształtu, właściwości, wymiarów materiału, a także montaż części. Jest to najważniejszy proces, zależy on od skali realizacji produkcji, w każdym przypadku jest inny:

o       Produkcja jednostkowa-droga produkcja manufakturowa, rzadko stosowana.

o       Produkcja seryjna-produkcja seriami, na dużą skalę, zakład dobrze wyposażony (np. prze pół roku produkowany jest wyrób A, a przez pół B).

o       Produkcja masowa-produkowany jest jeden wyrób przez bardzo długi czas.

·         Proces pomocniczy (logistyczny)-utrzymanie w stanie sprawności budynków, maszyn, a także zaopatrzenie

Większość procesów jest zmechanizowana i człowiek pełni głównie funkcję operatora.

Proces usługowy-wszystko, co dotyczy człowieka w procesie produkcyjnym.

Projektowanie procesu technologicznego.

Projekt-opis rzeczywistości nieistniejącej. Składa się on z informacji usystematyzowanej na użytek wykonania konkretnego przedmiotu.

Dokumentacja technologiczna-służy do zapisu projektu technologicznego. Składa się ona z:

·         Karty technologicznej-zawiera ona wszystkie informacje dotyczące produktu np. wałka z wykonanym rowkiem, wymagającego hartowania pod łożyska:

·         Karty instrukcyjnej-sporządzana jest dla każdej operacji i zawiera informację jak wykonać poszczególne czynności.

1. Metale.

Właściwości i budowa metali.

Metale mają budowę krystaliczną. Łatwo tworzą jony dodatnie (kationy), posiadają wysoką wytrzymałość i są plastyczne. Metale, a także ich stopy dobrze przewodzą prąd i ciepło. Oprócz rtęci metale są w temperaturze pokojowej ciałami stałymi. Najczęściej używanym materiałem konstrukcyjnym jest stal. Stal, czyli stop żelaza z węglem, zawiera ok. 1,8%-2% węgla. Poza stalą najczęściej stosuje się stopy aluminium i miedzi.

Ciała mogą przyjmować postać:

·         Krystaliczną np. metale

·         Amorficzną (bezpostaciową) np. szkło, woda, powietrze

Ciało o budowie krystalicznej składa się z tzw. komórek elementarnych. Komórka elementarna jest najmniejszym składnikiem ciał krystalicznych.

Istnieje kilka rodzajów komórek elementarnych np.:

·         Komórka elementarna prosta (stopień upakowania 1)

·        
Komórka elementarna przestrzennie centrowana (stopień upakowania 2)

(żelazo a, chrom, wolfram, molibden, tantal)

·         Komórka elementarna ściennie centrowana (stopień upakowania 4)

(żelazo g, aluminium, miedź, złoto, iryd, platyna)

Zjawiska zachodzące przy ogrzewaniu i chłodzeniu metali.

Alotropia (polimorfia)- zjawisko polegające na zmianie rodzaju komórki elementarnej w funkcji temperatury np. żelazo i jego dwie odmiany alotropowe

Zmiana stanu ciała krystalicznego podczas zmiany temperatury:

Zmiana stanu ciała amorficznego podczas zmiany temperatury:

Quasiizotropia i tekstura metali.

Ciało izotropowe- ciało mające jednakową wytrzymałość na zmiany w każdym kierunku np. plastelina, powietrze, woda. Przeciwieństwem ciała izotropowego jest ciało a-izotropowe lub anizotropowe

Quasiizotropia- ciała prawie izotropowe np. płyty wiórowe. Komórki elementarne ciał krystalicznych składają się na ziarna, co powoduje, że też są quasiizotropowe.

Tekstura metali- ukształtowanie ziaren. Ma to na celu wzmocnienie wytrzymałości poprzez odpowiednie „uporządkowanie” ziaren w metalu. Im ziarna mają strukturę bardziej zbliżoną do idealnej struktury krystalicznej i mniej mają wtrąceń obcych pierwiastków, oraz błędów odlewniczych tym bardziej są wytrzymałe i mają strukturę zbliżoną do ciała izotropowego. Metale odlewane w stanie nieważkości mają prawie idealną strukturę izotropową. Ulepszanie przeprowadza się na gorąco lub zimno poprzez obróbkę plastyczną. Ulepszanie „na zimno” zaburza strukturę krystaliczną podnosząc właściwości wytrzymałościowe. Nosi ona nazwę zgniotu.

Obróbka plastyczna i umocnienie metali.

2. Metaloznawstwo.

Metaloznawstwo-nauka o budowie, własnościach i metodach badań metalurgicznych materiałów konstrukcyjnych. Zadaniem tej dziedziny wiedzy technicznej jest określenie wpływu zmiany warunków zewnętrznych na budowę materiału oraz ustalenie zależności między składem i budową materiału, a jego właściwościami.

Metale-materiały, które w stanie stałym charakteryzują się następującymi właściwościami:

·         Fizyczne-dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne (1020), połysk metaliczny, nieprzezroczystość, stan stały w temperaturze otoczenia (z wyjątkiem rtęci), wzrost oporu elektrycznego wraz ze wzrostem temperatury

·         Chemiczne-tendencja do oddawania elektronów (tworzą kationy), tworzą tlenki metali, reagując z wodą tworzą zasady

·        
Mechaniczne:

o       Technologiczne:

Właściwości odlewnicze-oceniane są na podstawie jednorodności składu chemicznego w całej masie odlewu, skurczu podczas stygnięcia, lejności (zdolności do wypełniania formy). Lejność zależy od płynności materiały w temperaturze zalewania formy. Jej miarą jest odległość, na jaką płynie metal w znormalizowanej formie ustawianej poziomo i mającej kształt pręta lub spirali. Skurcz ma wpływ na powstawanie w gotowym przedmiocie naprężeń mogących powodować pęknięcia lub odkształcenia. Do celów odlewniczych nadają się szczególnie stopy o małej różnicy temperatury początku i końca krzepnięcia, gdyż wówczas segregacja składników nie jest zbyt duża

Skrawalność-jest to podatność do obróbki skrawaniem. Metale charakteryzujące się dobrą skrawalnością mają małą wytrzymałość mechaniczną. Skrawalność ocenia się na podstawie trwałości ostrza, oporów skrawania, gładkości powierzchni obrabianej i postaci wióra.

Ścieralność-podatność materiału do zużywania się w skutek tarcia ślizgowego. Miarą ścieralności jest zmniejszenie masy badanej próbki spowodowane tarciem twardej tarczy o badany materiał.

Właściwości plastyczne-bada się je na podstawie prób zginania, nawijania drutu, kucia i tłoczności, mających wykazać podatność materiału do trwałych odkształceń niezbędnych do nadania właściwych kształtów przedmiotów

o       Wytrzymałościowe-podstawowym i głównym sposobem określania tych właściwości jest statyczna próba rozciągania (próba zrywania).

                            P- obciążenie, siła

                            DL- wydłużenie

Psp- punkt sprężystości

                            Pm- punkt maksymalnej wartości siły

                            Pe- punkt plastyczności

                            Pz- punkt zerwania

SIŁA MAKSYMALNA / PRZEKRÓJ POPRZECZNY = NAPRĘŻENIE

P/A=t

Rm = Pm/A0

Re = Pe/A

Rz = Pz/A

Względne wydłużenie procentowe A=(Lu-L0)/L0

Przewężenie procentowe Z=(A0-Au)/A0

(Lu -długość po zerwaniu, Au- powierzchnia przekroju poprzecznego po zerwaniu)

Pełzanie- wydłużenie materiału pod niezmiennym obciążeniem w miarę upływu czasu. Stosunek wydłużenia do czasu jego powstawania nazywamy prędkością pełzania.

AB- początkowy okres pełzania, podczas którego następuje znaczne odkształcenie próbki w krótkim czasie

BC- powolny i równomierny okres pełzania (odkształcenia trwałe)

CD- coraz szybszy i ciągły przyrost długości prowadzący do zerwania próbki

Wytrzymałość zmęczeniowa-, jeżeli na materiał działają siły zmieniające swą wartość okresowo w czasie to mogą w nim powstać pęknięcia, mimo że wartość siły jest znacznie mniejsza maksymalna wartość powodująca dopuszczalne naprężenia.

Udarność- odporność na uderzenia zależna od próbki i kształtu badanego materiału, rodzaju materiału, temperatury i sposobu obciążenia. Udarność ocenia się na młotach udarnościowych (np. CHARPY).

Właściwości cieplne...