Temat 2. Nauka o materiałach. Sposoby wyznaczania właściwości materiałów

Transkrypt

1 Temat 2 Nauka o materiałach Sposoby wyznaczania właściwości materiałów

2 ZASADY DOBORU MATERIAŁÓW KRYTERIA DOBORU MATERIAŁÓW TECHNICZNE EKONOMICZNE Właściwości mechaniczne Właściwości technologiczne Wymagania konstrukcyjne Walory estetyczne Koszty materiału Koszty wytwarzania Koszty utylizacji i recyklingu

3 TECHNICZNE KRYTERIA DOBORU MATERIAŁU Właściwości mechaniczne Właściwości technologiczne Wymagania konstrukcyjne Walory estetyczne

4 Stan naprężenia wieloosiowy jednoosiowy

5 Prawo Hooke a σ = E ε ROBERT HOOKE, uznany przez współczesnych za największego wynalazcę wszech czasów, został obecnie okrzyknięty angielskim Leonardem da Vinci. Urodził się w roku W 1662 mianowano go opiekunem eksperymentów w londyńskim Towarzystwie Królewskim, a w 1677 został jego sekretarzem. Zmarł w roku 1703 ODKSZTAŁCENIE CIAŁA POD WPŁYWEM DZIAŁAJĄCEJ NA NIE SIŁY JEST PROPORCJONALNE DO TEJ SIŁY. Współczynnik między siłą a odkształceniem jest często nazywany współczynnikiem (modułem) sprężystości.

6 Prawo Hooke a wg M. Blicharski Zależność pozostaje prawdziwa tylko dla niezbyt dużych odkształceń, nie przekraczających tzw. granicy Hooke a (zwanej też granicą proporcjonalności), i tylko dla niektórych materiałów. Prawo Hooke a zakłada też, że odkształcenia ciała, w reakcji na działanie sił, następują w sposób natychmiastowy i całkowicie znikają, gdy przyłożone siły przestają działać. Takie uproszczenie jest wystarczające jedynie dla ciał o pomijalnie małej lepkości

7 STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA Podstawową próbą do wyznaczenia własności mechanicznych metali jest: statyczna próba rozciągania metali, ujęta normą EN :2001 (poprzednio PN-91/H 04310). Próby te realizowane są w najprostszym stanie naprężeń, jaki powstaje przy jednoosiowym rozciąganiu. Wymagany jednoosiowy stan naprężenia osiągany jest przez zastosowanie specjalnie przygotowanych próbek zamocowanych w odpowiedni sposób, przy pomocy wykonanych w tym celu odpowiednich uchwytów.

8 WYMAGANIA 1. Niezawodne zamocowanie i centrowanie próbki w uchwytach, 2. Możliwość ustawienia i regulowania prędkości w granicach podanych przez normy. 3. Posiadać określoną podatność (sprężystość). 4. Możliwość automatycznej rejestracji zależności pomiędzy obciążeniem a wydłużeniem badanej próbki, bądź to za pośrednictwem wbudowanych urządzeń rejestrujących, bądź przy pomocy zewnętrznych systemów pomiarowych. Próbka okrągła z główkami gwintowanymi Próbka płaska z główkami Próbka okrągła z główkami cylindrycznymi

9 STANOWISKO DO STATYCZNEJ PRÓBY ROZCIĄGANIA

10

11 S So Wykres rozciągania stali miękkiej: umowny (nominalny) 1 i rzeczywisty 2 wg Kocańda

12 Umowna granica plastyczności R 0,2 Jest to naprężenie odpowiadające punktowi przecięcia krzywej wykresu naprężenie-odkształcenie z prostą równoległą do części wykresu w postaci linii prostej, przesuniętej o określone odkształcenie. Przesunięcia dla metali zwykle definiuje się jako 0,2%, Zależność liniowa Zakres opisany prawem Hooke a wg M. Blicharski Przybliżone wyznaczanie umownej granicy plastyczności

13 Definicje Wytrzymałość na rozciąganie Rm [Mpa] R m = F m /S o Pozostałe pojęcia niezbędne do porównywania materiałów F m siła maksymalna S o pole przekroju początkowego Umowna granica sprężystości R 0,05 Wydłużenie względne A [%] Przewężenie względne Z [%] tg α = E wg Kocańda

14 Współczynnik bezpieczeństwa W przypadku braku bliższych danych, w pierwszym przybliżeniu można określić współczynnik bezpieczeństwa jako iloczyn czterech współczynników cząstkowych: n = x 1 x 2 x 3 x 4 gdzie: x 1 współczynnik pewności założeń przy budowie modelu matematycznego, x 2 współczynnik ważności projektowanego wyrobu, x 3 współczynnik jednorodności materiału, x 4 współczynnik zachowania kształtu. Współczynnik bezpieczeństwa dla obciążeń stałych dobiera się: dla stali konstrukcyjnej x=2,0-2,3 dla stali sprężynowej x=1,6 dla żeliwa x=3,5

15 WPŁYW STĘŻENIA WĘGLA NA WYKRES ROZCIĄGANIA STALI WNIOSEK Podwyższenie zaw. węgla w stali zwiększa wytrzymałość a obniża plastyczność wg Kocańda

16 WPŁYW ULEPSZANIA CIEPLNEGO NA WYKRES ROZCIĄGANIA 1. Stal znormalizowana 2. Stal odpuszczona 3. Stal zahartowana WNIOSEK Ulepszanie cieplne stali zwiększa wytrzymałość a obniża plastyczność wg Kocańda

17 WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH I ZGNIOTU NA WYKRES ROZCIĄGANIA STALI WNIOSEK Dodatki stopowe podwyższają granicę plastyczności Re Wprowadzenie zgniotu w stali powoduje zanik wyraźnej podwyższają granicy plastyczności Re wg Kocańda

18 WYKRES ROZCIĄGANIA ŻELIWA WNIOSEK Żeliwa (szare) zaliczamy do materiałów kruchych wg Kocańda

19 WYKRESY ROZCIĄGANIA DLA METALI NIEŻELAZNYCH WNIOSEK Czyste metale nieżelazne charakteryzują się dużą plastycznością i zróżnicowaną wytrzymałością. wg Kocańda

20 WYKRES ROZCIĄGANIA DLA POLIMERÓW WNIOSEK Podczas rozciągania polimerów przed zniszczeniem dochodzi do przegrupowań makrocząsteczek wg M. Blicharski

21 WYKRES ROZCIĄGANIA DLA KOMPOZYTÓW WNIOSEK Wykres rozciągania kompozytów wykazuje dwa etapy; obciążanie włókien i osnowy wg M. Blicharski

22 WYKRES ROZCIĄGANIA DLA CERAMIKI WNIOSEK Ceramiki nie wykazują odkształceń plastycznych a ich wytrzymałość jest wyższa od metali wg M. Blicharski

23 STATYCZNA PRÓBA ŚCISKANIA R c = F c /S o [MPa] Próba statyczna ściskania jest podstawowym sposobem badania materiałów kruchych takich jak żeliwo czy beton, które mają znacznie lepsze własności mechaniczne przy ściskaniu w porównaniu z rozciąganiem. wg Kocańda

24 TEST EGZAMIN zag Któremu z wymienionych poniżej materiałów (zaznacz x w prawej kolumnie) odpowiada wykres rozciągania przedstawiony na rysunkach (B). Zwróć uwagę na kształt wykresu i wartości naprężeń i odkształceń. Dla porównania na rys. (A) zamieszczono wykres rozciągania stali znormalizowanej o niskiej zawartości węgla. Rodzaj materiału stal o zwiększonej zawartości węgla 1% stal z podwyższoną zaw. dodatków stopowych Mn, Si, Cr stal po obróbce plastycznej na zimno (zgniot) stal obróbce cieplnej po wyżarzaniu zmiękczającym żeliwo szare zwykłe czysta miedź czysty nikiel polimer termoplastyczny szkło kompozyt włókno węglowe-polimer stal obróbce cieplnej po odpuszczeniu czyste aluminium stal po obróbce cieplnej po zahartowaniu czysty cynk B A

25 Definicja METODY BADANIA TWARDOŚCI Twardość jest miarą odporności materiału na odkształcenie plastyczne spowodowane innym materiałem Twardość Mohsa (znaczenie historyczne) Jest jedna z najstarszych metod polega na przyrównywaniu twardości badanego materiału do twardości wybranych minerałów. Zaproponowana została przez Mohsa, który wybranym minerałom przyporządkował kolejne liczby od 1 do 10. Tworzą one skale twardości minerałów. Na przykład kwarc zarysowuje ortoklaz, natomiast jest zarysowywany przez topaz i stąd jego miejsce w skali Mohsa jest między tymi dwoma minerałami. wg S. Błażewski

26 Metody badania twardości Twardość: Metoda Brinella - HB Metoda Vickersa - HV Metoda Rockwella - HR Inne HB Odkształcenie trwałe powstaje na powierzchni badanego przedmiotu wskutek wciskania drugiego twardszego materiału zwanego wgłębnikiem. HV HR 136 wg: L. Dobrzański

27 Metoda Brinella - HB Nazwa tej metody pochodzi od nazwiska jej twórcy szwedzkiego inż. J. A. Brinella, który wprowadził ją w 1900 roku. Metoda jest znormalizowana i stosowana powszechnie. Johan August Brinell Schemat pomiaru twardości metali sposobem Brinella a) podczas obciążenia, b) po odciążeniu; Warunek poprawności pomiaru 1 kulka, 2 element obciążający, 3 badany materiał, 4 odcisk 0,25 D<d<0,6 D Kule ze stali bądź z węglików 1, 2, 2,5, 5, 10 mm wg M. Blicharski

28 Wartość siły obciążającej oblicza się według wzoru: wg Kocańda

29 Wyliczenie twardości HB Mikroskop warsztatowy do pomiaru średnicy odcisku wg ZEISS Nie ma potrzeby korzystania ze wzorów bo w użyciu są tablice twardości lub przeliczniki elektroniczne Zapis wyniku pomiaru 350 HB 5/750

30 Zaleta sposobu Brinella: Twardość Brinella w przypadku niektórych stopów jest proporcjonalna do wytrzymałości na rozciąganie, co można wykorzystać do przybliżonej oceny wytrzymałości, np. dla: stali Rm [Mpa]= (3,4 3,6)HB stopów miedzi Rm [Mpa]= (4,0 5,5)HB stopów aluminium Rm [Mpa]= (2,4 3,0)HB WNIOSEK Na podstawie pomiaru twardości można oszacować wytrzymałość Wysoka twardość jest charakterystyczna dla stopów obrobionych cieplnie, stopów odlewniczych o budowie eutektycznej i materiałów ceramicznych

31 Metoda Vickersa - HV Schemat zasady porównywalności wyników otrzymanych metodą Brinella i Vickersa 136 wg S. Błażewski Schemat pomiaru metodą Vickersa a) obciążenie próbki, b) odcisk; 1 wgłębnik (penetrator), 2 siła obciążająca, 3 próbka, 4 odcisk Średnia wartość średnicy odcisku równa jest d=0,375 D. Zatem obliczona ze wzoru średnia wartość kąta wgniatania φ = 44. Kąt dwuścienny wgłębnika wynosi: α = = 136 wg M. Blicharski

32 Zalety sposobu Vickersa: Zakres pomiaru twardości metodą Vickersa jest bardzo szeroki i umożliwia pomiar twardości zarówno metali miękkich jak i ba rdzo twardych. W metodzie tej stosuje się jedną skalę dla całego zakresu twardości. Pomiar metodą Vickersa w minimalny sposób uszkadza badany przedmiot, odcisk jest tak nieznaczny, że można tą metodą badać cienkie warstwy utwardzane o wysokiej twardości np. po azotowaniu lub węgloazotowaniu oraz ostrza narzędzi po szlifowaniu

33 Metoda Rockwella HR Schemat pomiaru twardości metodą Rockwella a) d) kolejne fazy pomiaru; F0, F1 obciążenie wstępne i główne, h0, hc głębokości odcisku przy obciążeniach wstępnym i głównym, h trwały przyrost głębokości odcisku pod obciążeniem wstępnym bez obciążenia głównego, wg M. Blicharski

34 Zalety sposobu Rockwella: Metoda Rockwella jest bardzo wygodną do kontroli części hartowanych przy masowej produkcji, ze względu na szybkość pomiaru oraz łatwość odczytu na czujniku. Wadą metody Rockwella jest znaczna liczba skal twardości i ograniczone możliwości ich porównywania. Metoda ta jest bardzo wrażliwa na błędy ustawienia próbki oraz właściwą obsługę twardościomierza.

35 wg MITUTOYO

36 Twardość Shore a Badanie twardości Shore`a polega na pomiarze wysokości odskoku bijaka, spadającego ze stałej wysokości 275 mm. Bijak o ciężarze 2,626 g, wykonany jest ze stali i na końcu posiada diamentowy wgłębnik. Wysokość odskoku bijaka jest odczytywana na podziałce, ilość działek odpowiadająca odskokowi określa liczbę twardości Shore`a.

37 Metody uproszczone pomiaru twardości Schemat pomiaru twardości za pomocą młotka Poldi ego gdzie: HB W - twardość próbki wzorcowej wg Kocańda

38 TEST EGZAMIN zag. 3 Brinella, Vickersa, Rockwella, skala C Rockwella, skala F Shore a. Poldi 3. Jakiego rodzaju jest penetrator oraz na podstawie jakiego pomiaru wyznacza się twardość w jednej z następujących metod pomiaru: Zaznacz po jednym polu w kolumnach 1 i 2 Rodzaj penetratora 1 Sposób pomiaru 2 Ostrosłup diamentowy o podstawie kwadratu i kącie wierzchołkowym 136 Porównanie średnicy odcisku (czaszy kulistej) w materiale badanym i o znanej twardości Kulka stalowa lub węglikowa 1, 2, 2,5, 5, 10 mm Pomiar średniej arytmetycznej długości przekątnych odcisku i odczyt z tablic Bijak z diamentową końcówką Pomiar średnica odcisku (czaszy kulistej) i odczyt z tablic Kulka stalowa dowolnej średnicy Pomiar głębokości wnikania bezpośrednio na twardościomierzu Kulka stalowa 1,5875, lub 3,175 mm Stożek diamentowy o kącie wierzchołkowym 120 Pomiar wysokości odbicia Porównanie głębokości wnikania kuli w materiał

39 TEST EGZAMIN zag Która z metod badania twardości jest odpowiednia dla następującej grupy materiałów stal węglowa miękka np. do wyrobu blachy. stal stopowa po obróbce cieplnej. stal narzędziowa po obróbce cieplnej. żeliwo. staliwo. stop aluminium. czysta miedź. mosiądz, brąz lub miedzionikiel stop cynku stop tytanu stop niklu i kobaltu. polimer. materiał spiekany (porowaty) szkło Metoda pomiaru 1 Brinella, Vickersa, Rockwella, skala C Rockwella, skala F Shore a. Poldi Żadna z powyższych metod

40 Techniczne kryteria doboru materiału Próba odporności na dynamiczne zginanie Udarność KC Próg kruchości Tk 1 głowica wahadłowa 2 oś obrotu wahadła 3 - dźwignia hamulca 4 ramię wahadła 5 zapadka 6 dźwignia 7 wskazówka 8 tarcza pomiarowa 9 kolumny młota 10 podpory do mocowania próbki 11 próbka 12 pas hamulca 13 podstawa młota wg Kocańda

41 Próba odporności na dynamiczne zginanie KC = udarność [J/cm 2 ] K : energia łamania wskazana na młocie wahadłowym S : przekrój początkowy próbki

42 PRÓG KRUCHOŚCI Tk Tk - temperatura progu kruchości WNIOSEK Badanie udarności pozwala wyznaczyć właściwości stali w warunkach dynamicznych oraz temperaturę przejścia w stan kruchy wg: L. Dobrzański

43 Techniczne kryteria doboru materiału Zmęczenie to zniszczenie materiału pod wpływem cyklicznych naprężeń poniżej granicy plastyczności krzywa Wöhlera Zg wg: L. Dobrzański

44 WNIOSEK Stale wykazują wytrzymałość zmęczeniową przy nieograniczonej liczbie cykli, metale nieżelazne tylko ograniczoną do określonej liczby cykli np. 10 5, 10 6, 10 7, 2*10 8, dla materiałów porowatych i ceramik nie bada się zmęczenia ze względu na brak powtarzalności wyników. Materiały jednorodne (np. roztwory stałe) charakteryzują się wyższą odpornością zmęczeniową

45 TEST EGZAMIN zag W jaki sposób wyznacza się wytrzymałość zmęczeniową Zg następujących materiałów. Zaznacz właściwą odpowiedź dla stali. dla metali nieżelaznych. dla kompozytów. dla szkła i ceramiki. dla materiałów spiekanych. Przy nieskończonej liczbie cykli obciążenia Przy liczbie cykli obciążenia 2x10 8 Przy najmniejszej liczbie cykli powodującej pęknięcie materiału Przy badaniu odporności na pełzanie Przy ograniczonej liczbie cykli obciążenia 10 5,10 6, 10 7 Na podstawie asymptoty na wykresie zmęczeniowym Wöhlera Przy największej liczbie cykli powodującej pęknięcie materiału Przy próbie statycznego rozciągania Nie wyznacza się żadną metodą

46 Techniczne kryteria doboru materiału Pełzaniem nazywamy proces trwałego odkształcenia plastycznego związany z bardzo małą szybkością odkształcenia w stałej, wysokiej temperaturze pod działaniem prawie stałego naprężenia wg: L. Dobrzański

47 Odporność na pełzanie określają: Czasowa granica pełzania Rx/τ/t Czasowa wytrzymałość na pełzanie Rz/τ/t Z wykresu odczytuje się: Czasową granicę pełzania: Rx/τ/t - naprężenie powodujące trwałe odkształcenie, które po upływie czasu τ przy stałej temperaturze t powoduje trwałe wydłużenie próbki = x. Np. x=0,2 % to odpowiada Re Dla stali granicę pełzania wyznacza się dla: 10 2, 10 3, 10 4, 10 5 i h. Czasową wytrzymałość na pełzanie: Rz/τ/t - naprężenie powodujące zerwanie próbki po upływie czasu τ przy stałej temperaturze t WNIOSEK Badanie odporności na pełzanie pozwala wyznaczyć właściwości stali; wytrzymałość i odkształcenie w wysokich temperaturach w warunkach statycznych wg: L. Dobrzański

48 Techniczne kryteria doboru materiału Odporność na ścieranie Do elementarnych procesów zużywania ściernego należą : a) bruzdowanie, b) ścinanie nierówności, c) ścieranie nierówności ścierniwem przez występ nierówności, d) odkształcenie plastyczne materiału. wg: L. Dobrzański

49 Rodzaje tarcia WNIOSEK Wysoką odporność na zużycie ścierne wykazują materiały zbudowane z faz o zróżnicowanej twardości; stale z dużą zawartością węglików stopy podeutektyczne Pomiar współczynnika tarcia wg: L. Dobrzański

50 Techniczne kryteria doboru materiału Odporność na korozję Potencjał elektrochemiczny Typowe uszkodzenia korozyjne zaciemniono strefę objętą tym rodzajem korozji: a) korozja równomierna, b) korozja wżerowa, c) korozja selektywna, d) korozja międzykrystaliczna, e) pękanie korozyjne WNIOSEK Spośród metali tworzących ogniwo korozyjne anodę stanowi metal o niższym standardowym potencjale elektrodowym, wykazując większą aktywność, a zatem większą podatność na korozję. Ocenę stopnia korozji przeprowadza się podczas badań metalograficznych. wg: L. Dobrzański

51 TEST EGZAMIN zag Jakiemu testowi należy podać materiał, aby ocenić jego przydatność do wykonania elementu urządzenia technicznego pracującego w następujących warunkach statycznego ściskania dużych nacisków powierzchniowych ścierania odkształcenia plastycznego długotrwałego narażenia na wysoką temperaturę bez naprężeń tarcia tocznego pracy w podwyższonej temperaturze naprężeń o dużej liczbie cykli > 10 5 dużej szybkości narastania obciążenia bardzo niskiej temperatury statycznego rozciągania odkształcenia sprężystego środowiska agresywnego chemicznie bardzo dużego naprężenia Twardości metodą Vickersa Statycznej próbie rozciągania Próbie udarności w niskich temperaturach Próbie odporności na pełzanie Statycznej próbie rozciągania w niskich temperaturach Próbie udarności w wysokich temperaturach Próbie dynamicznego rozciągania Badaniom odporności korozyjnej Próbie zmęczeniowej Próbie ściskania Twardości metodą Rockwella Badanie modułu Younga Badaniom metalograficznym Twardości metodą Brinella Próba tarcia Próbie udarności w temperaturze otoczenia

52 TEST EGZAMIN zag Która z przedstawionych w tabeli właściwości materiału ma kluczowe znaczenie dla określenia podatności do przeróbki plastycznej podatności do obróbki ubytkowej podatności do odlewania odporności na korozję odporności na pracę w wysokich temperaturach odporności na tarcie np. w hamulcach podatności do przenoszenia dużej liczby cykli zmiennych obciążeń stateczności konstrukcji w obliczeniach wytrzymałościowych zdatności do pracy w dużym zakresie temperatur podatność do spawania podatności do klejenia odporności na dynamiczne obciążenia przydatności w technice lotniczej i rakietowej odporności na kruche pękanie estetyki wykonania Wytrzymałość na rozciąganie R m Granica plastyczności R p (R e R 0,2 ) Moduł Younga E Wytrzymałość doraźna R m / Twardość Potencjał elektrochemiczny Wytrzymałość czasowa Z/T/t Ekwiwalent węglowy Skurcz Temperatura progu kruchości Tk Połysk i kolor Duża chropowatość Gładkość powierzchni Łamliwość wióra Udarność K Współczynnik odprowadzania ciepła Gęstość Wytrzymałość zmęczeniowa Zg

53 Badania struktury materiałów Małe pow. do 50x, zakres makro Mikroskop stereoskopowy

54 Badania struktury materiałów Duże pow. od 50x do 2000x zakres mikro Przygotowanie próbek

55 Szlifowanie i polerowanie ręczne

56 Szlifowanie i polerowanie automatyczne

57 Trawienie Niektóre odczynniki chemiczne Trawienie stosowane do wytrawiania szlifów metalograficznych stali

58 Badania struktury materiałów Duże pow. od 50x do 2000x zakres mikro Stale o różnym stężeniu węgla

59 Mikroskopy metalograficzne

60

61 Badania struktury materiałów Bardzo duże pow. od 1000x do x zakres mikroskopii elektronowej

62

63 Przygotowanie próbek do mikroskopii elektronowej Bardzo duże pow. od 1000x do x zakres mikroskopii elektronowej

64 TEST EGZAMIN zag Wskaż rodzaj mikroskopu lub przyrządu optycznego (w kol. 1) oraz sposób przygotowania próbek (w kol 2). właściwych do przeprowadzenia badań metalograficznych w następującym zakresie: obserwacji zużycia współpracujących części maszyn. obserwacji powierzchni metali w zakresie makro do 50x. obserwacji przełomów zniszczonych części maszyn w zakresie makro do 50x. obserwacji postępu korozji na powierzchni zniszczonych części maszyn w zakresie makro do 50x obserwacji wielkości kryształów metali w zakresie mikro do 500x. obserwacji faz w stopach metali nieżelaznych w zakresie mikro do 500x obserwacji mikropęknięć zmęczeniowych w zakresie mikro 500x obserwacji struktury spoin spawalniczych w zakresie mikro do 1000x obserwacji wpływu obróbki cieplnej na budowę fazową stopu w zakresie mikro do 1000x obserwacji postępu korozji w głąb zużytych części maszyn w zakresie mikro do 500x obserwacji powierzchni cząstek proszków metalicznych zakresie do 5000x do obserwacji linii dyslokacji w powiększeniach do x Rodzaj mikroskopu lub przyrządu optycznego Kol 1 Sposób przygotowania próbek lub części maszyn do badań Kol 2 Lupa Wycinanie próbek, szlifowanie polerowania i trawienie odczynnikami chemicznymi Aparat fotograficzny z obiektywem makro Mechaniczne czyszczenie części w celu odsłonięcia powierzchni Mikroskop stereoskopowy 50x Mikroskop metalograficzny (system odwrotny) Mikroskop biologiczny (system prosty) Mikroskop elektronowy skaningowy Mikroskop elektronowy transmisyjny Napylanie próżniowe powierzchni metalami szlachetnymi w celu zapewnienia odpływu ładunków elektrycznych Inkludowanie w żywicy epoksydowej szlifowanie, polerowanie i trawienie odczynnikami chemicznymi Mycie i delikatne czyszczenie chemiczne bez naruszenia powierzchni badanej. Wycinanie, szlifowanie i trawienie w celu uzyskania próbki w formie ultra cienkiej folii metalicznej. Bez przygotowania powierzchni

65 TECHNICZNE KRYTERIA DOBORU MATERIAŁU Właściwości mechaniczne Właściwości technologiczne Wymagania konstrukcyjne Walory estetyczne

66 TECHNICZNE KRYTERIA DOBORU MATERIAŁU Właściwości technologiczne: Skrawalność Plastyczność Zdolność do wypełniania formy odlewniczej (lejność) Spajalność : spawalność i podatność do klejenia

67 Techniczne kryteria doboru materiału Dobra skrawalność to: Niskie opory skrawania Gładka powierzchnia Łamliwy wiór Dobra skrawalność występuje w: Stopach wielofazowych Żeliwach Trudna skrawalność: Stopy jednofazowe Stopy o silnym umocnieniu zgniotem Metale twarde lub w stanie zahartowanym Ceramika

68 Techniczne kryteria doboru materiału Dobrej plastyczność sprzyja: Duże wydłużenie ΔL Równoosiowość odkształceń Drobnoziarnistość Jednorodność Dobra plastyczność występuje w: Stopach jednofazowych Metalach o dużej czystości Trudna obróbka plastyczna: Stopy wielofazowe Stopy o silnym umocnieniu zgniotem Metale twarde lub w stanie zahartowanym Ceramika Spieki

69 Techniczne kryteria doboru materiału Dobra zdolność do wypełniania formy odlewniczej to: Niskia temperatura topnienia Rzadkopłynność (brak fazy półpłynnej) Dobra zdolność do wypełniania formy odlewniczej występuje w: Stopach eutektycznych Żeliwach Metalach czystych Ograniczenia technologii odlewniczych: Stopy jednofazowe Stopy o dużej rozpiętości temperatur przejścia z fazy ciekłej do stałej Metale wysokotopliwe Stopy metali o dużej różnicy gęstości Staliwa

70 Techniczne kryteria doboru materiału Dobra spajalność to: Właściwości spoiny zbliżone do materiału spawanego Odporność na przegrzanie Spawanie Dobra spawalność występuje w: Stalach węglowych o niskim Ce Stopy jednofazowe Tworzywa sztuczne Ograniczenia spawalności: Stale stopowe ulepszone cieplnie wysoki Ce Metale i stopy o dużej przewodności cieplnej Ceramika Klejenie (chropowatość powierzchni) CEV, Ce równoważnik węglowy gdzie: C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu odpowiadają stężeniu masowemu tych pierwiastków w stali. W przypadku gdy CEV 0,45%, stale są spawalne bez żadnych ograniczeń. Stale o większym równoważniku węgla wymagają podgrzewania przed spawaniem, regulowanego chłodzenia albo wyżarzania po spawaniu.

71 Zasady ekonomicznego stosowania materiałów Istniejąca sytuacja oraz prognozowanie na przyszłość wymagają od inżynierów skoordynowanych działań w celu oszczędzania dostępnych surowców polegających na: 1. Projektowaniu z oszczędnym wykorzystaniem materiałów, zwłaszcza trudno dostępnych i wyczerpujących się, przy minimalizacji ich energochłonności 2. Stosowaniu zamienników łatwiej dostępnych i o dużej rezerwie czasu do wyczerpania się zasobów surowcowych oraz o mniejszej energochłonności w miejsce trudno dostępnych i wyczerpujących się, 3. Pełnym wykorzystaniu energooszczędnego recyklingu w celu ponownego wykorzystywania i odzysku materiałów we wszystkich możliwych i ekonomicznie uzasadnionych przypadkach Recykling zużytych produktów prowadzi do skrócenia cyklu produkcyjnego.

72 Cykl obiegu materiałów Schemat technicznego cyklu trwania materiałów inżynierskich wg: L. Dobrzański

73 Schemat postępowania przy projektowaniu nowego wyrobu

74 Schemat ogólny komputerowego systemu wspomagania doboru materiałów Komputerowy system wspomagania doboru materiałów inżynierskich Kolejna grupa programów komputerowych umożliwia wspomaganie doboru materiałów inżynierskich w wyniku automatycznego przeszukiwania bardzo obszernych baz danych wg ściśle określonych kryteriów. Zadaniem użytkownika tego systemu jest określenie kryteriów, jakie powinien spełniać materiał. Kryteria te obejmują zarówno własności, skład, możliwe do zastosowania metody obróbki materiału, postać półproduktu, jak i poszczególne grupy materiałów inżynierskich. Po dokonaniu przez program selekcji materiałów na podstawie ustalonych kryteriów użytkownik może przyjąć ewentualne dodatkowe kryteria. Po ich uwzględnieniu lista wynikowa materiałów zostanie dodatkowo zawężona do tych materiałów, które spełniają wszystkie zadane kryteria. Tak więc selekcja materiałów może być procesem iteracyjnym. Na podstawie listy kryteriów program wyświetla, i na żądanie drukuje, dane materiałów spełniających te kryteria. Ogólny schemat systemu podano na rysunku W tym systemie wyróżnia się cztery główne moduły: - system relacyjnych baz danych, - wyszukiwania danych na podstawie zbioru zadanych kryteriów, - wyszukiwanie zamienników materiałów przy kryteriach podobieństwa o podanych przez użytkownika stopniu zgodności z wymaganymi wartościami, - prezentacji danych oraz przygotowanie raportów.