Rozpoznawanie materiałów stosowanych w blacharstwie samochodowym

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ Bogdan Chmieliński Rozpoznawanie materiałów stosowanych w blacharstwie samochodowym 721[03].O1.01

Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 1

Recenzenci: mgr Jerzy Mormul mgr inż. Tadeusz Ługowski Opracowanie redakcyjne: mgr inż. Bogdan Chmieliński Konsultacja: mgr inż. Piotr Ziembicki Korekta: Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 721[03].O1.01. Rozpoznawanie materiałów stosowanych w blacharstwie samochodowym zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu blacharz samochodowy. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006


SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 32. Wymagania wstępne 53. Cele kształcenia 64. Materiał nauczania 7

4.1. Klasyfikowanie materiałów 74.1.1. Materiał nauczania 74.1.2. Pytania sprawdzające 234.1.3. Ćwiczenia 234.1.4. Sprawdzian postępów 25

4.2. Otrzymywanie materiałów 264.2.1. Materiał nauczania 264.2.2. Pytania sprawdzające 334.2.3. Ćwiczenia 334.2.4. Sprawdzian postępów 35

4.3. Kształtowanie właściwości materiałów metalowych 364.3.1. Materiał nauczania 364.3.2. Pytania sprawdzające 444.3.3. Ćwiczenia 444.3.4. Sprawdzian postępów 45

4.4. Zastosowanie i zabezpieczanie materiałów wykorzystywanych w blacharstwie samochodowym 46

4.4.1. Materiał nauczania 464.4.2. Pytania sprawdzające 714.4.3. Ćwiczenia 714.4.4. Sprawdzian postępów 75

5. Sprawdzian osiągnięć 776. Literatura 82


1. WPROWADZENIE

Poradnik, który masz w rękach pomoże Ci wzbogacić wiedzę dotyczącą właściwości materiałów blacharskich oraz ukształtować umiejętności rozpoznawania materiałów.

W poradniku zamieszczono: − wymagania wstępne to wykaz umiejętności, które powinieneś mieć opanowane zanim

przystąpisz do realizacji programu jednostki modułowej; przeczytaj je uważnie i odpowiedz sobie na pytanie: czy posiadasz te umiejętności,

− cele kształcenia to wykaz umiejętności, które osiągniesz w wyniku realizacji programu jednostki modułowej,

− materiał nauczania, podzielony na cztery rozdziały, każdy zawiera: − zestaw informacji, który pozwoli Ci przygotować się do wykonania ćwiczeń; naucz

się ich sumiennie pamiętając o tym, że aby umieć coś zrobić najpierw trzeba wiedzieć, jak to zrobić,

− pytania sprawdzające; odpowiadając na nie, stwierdzisz, czy jesteś dobrze przygotowany do wykonania ćwiczeń,

− ćwiczenia: to najważniejszy etap Twojej nauki; będziesz je wykonywał samodzielnie lub w grupie kolegów. Staraj się być aktywny, uważnie i starannie przygotuj ćwiczenie, podczas wykonywania ćwiczeń skorzystaj z instrukcji, materiałów, narzędzi i maszyn, nie lekceważ rad i uwag nauczyciela, sporządź dokumentację ćwiczenia oraz co najważniejsze: bądź ostrożny, przestrzegaj zasad bhp,

− sprawdzian postępów: odpowiadając na zawarte tam pytania, stwierdzisz, czy osiągnąłeś cele kształcenia,

− sprawdzian osiągnięć: to przykład testu (sprawdzianu, klasówki). Podobny test, który przygotuje nauczyciel będziesz wykonywał pod koniec realizacji jednostki modułowej. Sprawdzian dotyczy całej jednostki modułowej, a więc kompleksowo sprawdza wiedzę

i umiejętności, jakie powinieneś nabyć. Przygotuj się do niego solidnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z dobrze wykonanego zadania.

Jednostka modułowa: rozpoznawanie materiałów stosowanych w blacharstwie samochodowym, której treści teraz poznasz jest jedną z pierwszych w module podstawy blacharstwa samochodowego, czyli jest to jednostka modułowa przygotowująca Cię do wykonywania zadań zawodowych na stanowisku pracy blacharza samochodowego. Treści kształcenia zawarte w niej są ważne, bowiem nauczysz się jak rozpoznawać i dobierać materiały blacharskie podczas napraw nadwozia samochodu.

Zagadnienia dotyczące doboru materiałów blacharskich są szczególnie istotne w zakresie: − rozpoznawania i identyfikacji materiałów, − określania struktury wewnętrznej stali, − określania własności materiałów, − Trudności może Ci przysporzyć: − analiza, nawet uproszczona, wykresu żelazo-węgiel, − rozpoznawanie materiałów na podstawie jego oznaczenia, − wykonywanie operacji obróbki cieplnej.

W czasie zajęć edukacyjnych będziesz miał do czynienia z różnymi narzędziami, urządzeniami oraz materiałami. W trosce o własne bezpieczeństwo, jak również Twoich kolegów musisz przestrzegać regulaminu pracowni oraz zasad bhp; szczegółowe przepisy poznasz przed wykonywaniem kolejnych ćwiczeń.


Schemat układu jednostek modułowych

721[03].O1.03 Przygotowanie samochodu do naprawy

nadwozia

721[03].O1.01 Rozpoznawanie materiałów stosowanych w blacharstwie

samochodowym

721[03].O1.02 Posługiwanie się dokumentacją

techniczną

721[03].O1 Podstawy blacharstwa samochodowego


2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: − posługiwać się językiem matematyki w zakresie podstawowym, − wymieniać podstawowe wielkości fizyczne ciał stałych i cieczy, − charakteryzować typowe cechy fizyczne ciał stałych i cieczy, w szczególności: ciężar,

masa, objętość, temperatura, ciężar właściwy, gęstość itp., − opisywać uproszczoną budowę atomu, − rozpoznawać substancje chemiczne na podstawie ich symbolicznego oznaczania, − opisywać rodzaje wiązań między atomami i cząsteczkami, − charakteryzować podstawowe reakcje chemiczne, − stosować układ jednostek miar SI, − wykonywać podstawowe działania na jednostkach układu SI, − posługiwać się komputerem w zakresie podstawowym, − wykorzystywać informacje pochodzące z różnych źródeł.


3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: − sklasyfikować materiały stosowane we współczesnej technologii nadwozi

samochodowych, − dobrać materiały konstrukcyjne metalowe stosowane w budowie pojazdów

samochodowych, − dobrać materiały konstrukcyjne niemetalowe, w szczególności: drewno, tworzywa

sztuczne, gumę, szkło, − dobrać materiały pomocnicze stosowane w pracach blacharskich, − ocenić jakość materiałów stosowanych w pracach blacharskich, − scharakteryzować sposoby otrzymywania stali i żeliwa, − wykonać procesy technologiczne obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej blach i części, − rozróżnić rodzaje zabiegów cieplnych w obróbce blach, − określić strukturę i właściwości blachy: stalowej, aluminiowej, miedzianej i mosiężnej, − opisać podstawowe procesy przetwarzania tworzyw sztucznych, − wyjaśnić procesy korozji metali, − scharakteryzować sposoby zapobiegania korozji metali, − skorzystać z aktualnej literatury i innych środków informacji technicznej, − uwzględnić najnowsze osiągnięcia technologii materiałowej w procesie pracy.


4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Klasyfikowanie materiałów 4.1.1. Materiał nauczania 4.1.1.1. Źródła otrzymywania materiałów

Człowiek od zarania dziejów posługuje się materiałami. Materiały służą człowiekowi do zaspokajania jego potrzeb; dawno temu, gdy poziom techniki był niski, człowiek wykorzystywał materiały naturalne, takie jak: drewno, kamienie, glina, skóry zwierząt, ewentualnie je tylko kształtował, dziś człowiek wytwarza ogromną różnorodność materiałów przetworzonych i uszlachetnionych, dostosowanych do określonych potrzeb. Ta jednostka modułowa ma na celu przedstawienie Wam – przyszłym blacharzom samochodowym z jakimi materiałami będziecie mieli do czynienia, jakie są ich właściwości, w jaki sposób te właściwości można modyfikować oraz czym się kierować podczas dobierania materiałów w pracach blacharskich. Na początek należy uzgodnić pojęcia podstawowe, takie jak: materiał, materiałoznawstwo, inżynieria materiałowa.

Materiałem w technice nazywa się substancje stałe, o określonych właściwościach, wykorzystywane przez człowieka do wytwarzania produktów, np. narzędzi, maszyn, wyrobów.

Materiałoznawstwo to dziedzina wiedzy zajmująca się związkami pomiędzy składem chemicznym, budową wewnętrzną i właściwościami różnych materiałów.

Inżynieria materiałowa to dziedzina nauki i techniki wykorzystująca teoretyczne podstawy wewnętrznej budowy ciała stałego do celowego kształtowania właściwości materiałów, tak by tworzyć materiały o optymalnych właściwościach dostosowanych do określonych potrzeb. Inżynieria materiałowa jako dyscyplina naukowa pojawiła się w drugiej połowie XX wieku jako odpowiedź na niemożność rozwoju niektórych technologii w wyniku bariery materiałowej, np. w dziedzinie techniki kosmicznej, gdzie znane dotychczas materiały uniemożliwiały dalszy rozwój statków kosmicznych. Skąd zatem człowiek zdobywa materiały, inaczej mówiąc, jakie są źródła otrzymywania materiałów?

Do źródeł materiałów zalicza się: − surowce mineralne (naturalne), − surowce wtórne.

Podstawowym źródłem pozyskiwania i otrzymywania materiałów są surowce mineralne, a więc te wszystkie substancje, które są składnikiem skorupy ziemskiej, w tym oceanów a także otaczającej atmosfery. Wśród tych substancji najważniejszą rolę pełnią kopaliny, takie jak: rudy, kamienie budowlane, kruszywa, węgiel kamienny, gaz ziemny, ropa naftowa, które wydobyte w kopalni i przetworzone stanowią źródło otrzymywania materiałów. Ostatnio także oceany i otaczająca atmosfera stały się obiektem zainteresowania naukowców jako źródło pozyskiwania surowców na materiały.

Rudy metali to kopaliny zawierające związki chemiczne danego metalu oraz tzw. skałę płonną. Przydatność rudy do przemysłowego wykorzystania zależy od procentowej zawartości metalu, np. w przypadku rud żelaza zawartość czystego metalu waha się w granicach od ok. 30% Fe do ok. 70% Fe, rudy miedzi wykorzystuje się przy zawartości kilku % Cu a w przypadku rud uranu opłaca się je eksploatować przy zawartości 0,01% U. Rudy


ubogie w metal, przed ich przetopieniem, wzbogaca się usuwając z niej składniki nieprzydatne – skałę płonną. Wzbogacanie rud odbywa się zazwyczaj przez jej rozdrabnianie i usuwanie skały płonnej. Niejednokrotnie przed przetopieniem rudy tworzy się tzw. spieki, czyli trwałe mieszanki surowców i składników dodatkowych w celu polepszenia procesów chemicznych występujących w piecach wytwarzających metale oraz zmniejszenia kosztów produkcji.

Rys. 1. Wytwarzanie spieku na taśmie [10, s. 64]

Rysunek 1 przedstawia przykład ciągłego wytwarzania spieku rudy z innymi składnikami

na taśmie spiekalniczej wykorzystując koks jako źródło ciepła. Osobną grupę surowców mineralnych stanowią takie surowce, jak ropa naftowa, gaz

ziemny, węgiel kamienny, w których zawartość składników użytecznych jest w zasadzie 100% i nie wymagają one wzbogacania.

Surowce wtórne, czyli złom oraz odpady produkcyjne stanowią cenne uzupełnienie

w procesie pozyskiwaniu pełnowartościowych materiałów. Współczesna cywilizacja wytwarza ogromną ilość produktów, które po okresie eksploatacji stają się bezużytecznym złomem stanowiącym coraz częściej poważne zagrożenie dla człowieka i jego środowiska. Obraz gigantycznych wysypisk śmieci, cmentarzysk zużytych maszyn, gdzie zalegają odpady bardzo różnych produktów stał się problemem współczesnego świata. Gdyby udało się segregować odpady (złom) wówczas mogą stanowić one surowiec do ponownego użytecznego spożytkowania. Złom żelazny już od dawna stanowi uzupełnienie w produkcji stali, obecnie w dużych aglomeracjach miejskich tworzy się programy mające na celu odzyskiwanie, nie tylko złomu, ale również innych odpadów, np. papier, tworzywa sztuczne czy szkło.

Obecnie, w wielu krajach tworzy się systemy prawne i organizacyjne mające na celu odzyskiwanie odpadów. Proces ten zwykło nazywać się recyklingiem.

Recykling to proces odzysku, który polega na powtórnym przetwarzaniu substancji zawartych w odpadach produkcyjnych lub komunalnych w celu uzyskania substancji o przeznaczeniu pierwotnym lub innym użytecznym. Dla blacharza samochodowego użytecznymi informacjami mogą być te, dotyczące recyklingu samochodów. Schemat recyklingu samochodów przedstawia rys. 2.


Rys. 2. Schemat przebiegu recyklingu samochodów [1, s. 459]

Rys. 3. Demontaż samochodu związany z recyklingiem [1, s. 461]

Po przyjęciu samochodu do zakładu recyklingu (rys. 2) jego właściciel otrzymuje

poświadczenie oddania samochodu do recyklingu, po czym samochód po wpisaniu go do rejestru komputerowego i nadaniu mu numeru podlega ocenie. W wyniku oceny decyduje się czy jest ekonomicznie uzasadnione odzyskiwanie poszczególnych elementów samochodu jako części zamienne, które po regeneracji trafią do magazynu części zamiennych i będą podlegały sprzedaży. Ta ocena określa stopień szczegółowości demontażu samochodu. Demontaż rozpoczyna się od wyjęcia akumulatora, elementów, które podczas suszenia mogły by eksplodować, np. poduszek powietrznych, klimatyzacji. Następnie samochód jest osuszany i pozbawiany wszelkich płynów zachowując ich asortyment. Zużyte płyny podlegają


recyklingowi. Po osuszeniu następuje demontaż samochodu, szczegółowość demontażu uzależniona jest od wielu czynników, w szczególności od przepisów prawa, jakie obowiązują w danym kraju (rys. 3). Zazwyczaj demontażowi podlegają: amortyzatory, części zawierające azbest, części o zawartości substancji szkodliwych, elementy z tworzyw sztucznych, koła, szyby, siedzenia, części zawierające metale nieżelazne, silniki elektryczne. Pozostałe elementy samochodu traktuje się jako złom metalowy. Wybrany asortyment elementów podlega recyklingowi. Po demontażu wrak samochodu podlega rozdrobnieniu na kawałki wielkości 5-150 mm oraz sortowaniu rozdrobnionych kawałków na elementy żelazne, oraz metale kolorowe. Pozostałość zazwyczaj podlega spaleniu lub usunięciu na wysypisko śmieci. Szacuje się, że do 2015 roku 95% masy samochodu będzie podlegała recyklingowi, czyli wtórnemu odzyskowi. 4.1.1.2. Właściwości materiałów

Właściwość to cecha charakterystyczna dla danego materiału, tak jak występuje wiele materiałów, tak też cechują się one różnymi właściwościami. Spośród wielu właściwości najważniejsze to: − właściwości chemiczne, − właściwości fizyczne, − właściwości mechaniczne, − właściwości eksploatacyjne, − właściwości technologiczne.

Właściwości chemiczne związane są z wewnętrzną budową materiału, wśród wielu właściwości chemicznych można wymienić: − skład chemiczny materiału, − stopień utleniania materiału a raczej odporność na utlenianie, − intensywność reagowania z innymi związkami chemicznymi a ściślej odporność na

oddziaływania chemiczne. To, jaki jest skład chemiczny danego materiału ma decydujące znaczenie dla innych właściwości oraz stanowi podstawę ich doboru. Aby zilustrować wpływ składu chemicznego na właściwości materiałów przedstawimy dwa przykłady.

Przykład 1: Zapewne znamy bardzo popularny materiał zwany stalą. Stal to nic innego jak stop dwóch pierwiastków: żelaza i węgla; okazuje się jednak, że właściwości stali mogą być bardzo zróżnicowane w zależności od tego, jak dużo w stali jest węgla. Każdy z Was zapewne próbował giąć drut stalowy oraz zauważył, że niektóre druty stalowe są sztywne i łatwo pękają przy próbie zginania, inne wręcz przeciwnie, są miękkie i łatwo je zginać nawet wiele razy. Drut stalowy twardy ma więcej węgla, druty stalowe miękkie mają małą zawartość węgla. Gdyby stalowa blacha karoseryjna, która jest podstawowym materiałem dla blacharza samochodowego miała dużą zawartość węgla nie mogła by być kształtowana w postaci wytłoczek.

Przykład 2: Każdy z nas wie, że samochód ma ogumienie wykonane z materiału zwanego gumą, każdy też wie, że istnieją opony letnie i zimowe, z pozoru nie różniące się niczym od siebie, dlaczego więc kierowcy wymieniają ogumienie wiosną i jesienią? Opony letnie i zimowe różnią się składem chemicznym gumy, z której są wykonane, w związku z tym można tak dobrać właściwości gumy, by mimo zmiany temperatury otoczenia ogumienie dobrze przylegało do jezdni (oczywiście ogumienie letnie i zimowe różni się też innymi elementami, np. rzeźbą bieżnika).

Odporność na utlenianie jest ważną właściwością każdego materiału, bowiem większość z nich użytkuje się w środowisku otaczającego powietrza atmosferycznego zawierającego tlen.


Odporność na oddziaływania chemiczne związana jest przede wszystkim ze zjawiskiem korozji, czyli procesem niszczenia materiału na skutek wzajemnego oddziaływania materiału z otaczającym go środowiskiem. Najczęściej tym środowiskiem jest powietrze atmosferyczne, ale może to być też inne środowisko, np. woda w przypadku pompy wodnej, spaliny w przypadku układy wydechowego silnika spalinowego czy różne kwasy organiczne w przypadku sztućców używanych w gospodarstwie domowym.

Właściwości fizyczne to przede wszystkim: − ciężar materiału i jego ciężar właściwy, − masa materiału i jego gęstość, − rozszerzalność cieplna i przewodność cieplna, − oporność elektryczna, oraz wiele innych cech fizycznych, o których uczyliście się na lekcjach fizyki.

W określonych warunkach wymaga się by dany materiał posiadał określone cechy fizyczne, np. bardzo często wymaga się, by materiał był możliwie lekki, by był dobrym izolatorem cieplnym lub wręcz przeciwnie, by jak najlepiej przewodził ciepło. W układach elektrycznych równie ważne jest, by materiał dobrze przewodził prąd elektryczny lub był izolatorem. Dobierając materiał należy uwzględniać jego cechy fizyczne.

Właściwości mechaniczne to zbiór cech materiału opisujących wpływ obciążeń na materiał, czyli odporność materiału na przenoszone siły. Dla blacharza samochodowego znajomość cech mechanicznych materiału stanowi cenną wskazówkę przy ich doborze. Do najważniejszych właściwości mechanicznych należy zaliczyć: − wytrzymałość materiału, − twardość materiału, − udarność materiału.

Wytrzymałość to zdolność materiału do przenoszenia sił zewnętrznych, w technice wyróżnia się wytrzymałość na rozciąganie, na ściskanie, na zginanie, na ścinanie, na skręcanie. Należy podkreślić, że wytrzymałość dotyczy działania sił zarówno statycznych, jak i zmiennych oraz działania sił w temperaturze otoczenia, jak i w temperaturach wysokich. Każdy materiał cechuje określona wartość wytrzymałości, konkretne wartości wytrzymałości można znaleźć w tablicach wytrzymałościowych określonych materiałów lub w normach. Producent konkretnego materiału powinien określić wartość wytrzymałości wytwarzanego materiału, tak by konstruktor projektujący element maszyny mógł w zależności od wielkości obciążeń dobrać odpowiedni materiał.

Twardość materiału to jego odporność na odkształcenia podczas działania sił statycznych, ściślej mówiąc podczas wgniatania jednego materiału w drugi.

Udarność to cecha materiału opisująca jego odporność na działanie sił dynamicznych, zmiennych, czyli odporność na uderzenia.

Właściwości eksploatacyjne to zbiór cech materiału, które opisują odporność materiału podczas jego użytkowania. Do najważniejszych właściwości eksploatacyjnych należy odporność na różne rodzaje zużycia, np. w wyniku tarcia, kawitacji, erozji.

Właściwości technologiczne to te, które opisują materiał podczas jego przetwarzania, obróbki i kształtowania. Wśród wielu cech technologicznych można wymienić: − skrawalność, czyli łatwość kształtowania materiału metodami obróbki skrawaniem, − spawalność, czyli łatwość kształtowania materiału metodami spawalniczymi. Dla

blacharza samochodowego ta cecha materiału jest bardzo ważna, bowiem prace spawalnicze, w tym zgrzewanie to podstawowe metody kształtowania i łączenia blach nadwozia samochodowego.

− tłoczność, czyli łatwość kształtowania materiału metodami obróbki plastycznej, równie ważna cecha dla blacharza samochodowego.


Tabela 1 Gęstość wybranych metali [13 s. 50]

Podsumowując rozważania dotyczące właściwości materiałów należy zwrócić uwagę na:

− większość właściwości materiałów są wzajemnie od siebie zależne, mówiąc inaczej nie ma materiału idealnego z punktu widzenia wymagań, najczęściej jest tak, że pewne pozytywne cechy materiału wykluczają inne. Dobierając materiał zawsze należy znaleźć kompromis pomiędzy różnymi właściwościami danego materiału,

− właściwości materiałów powinny być wymierne, czyli ściśle określone w postaci konkretnych wartości oraz dostępne dla osób, które mają zamiar dany materiał wykorzystać. Obowiązek ten spoczywa na producencie danego materiału,

− ważną cechą każdego materiału jest jego cena zakupu, bowiem koszt materiału ma decydujące znaczenie przy jego doborze i zastosowaniu.

4.1.1.3. Badanie materiałów

Określenie „badanie materiałów” może mieć dwojakie znaczenie; można mówić o naukowym badaniu materiałów, kiedy bada się strukturę wewnętrzną materiału, tworzy nowe materiały, opracowuje technologię wytwarzania materiałów, czy wpływa się na zmianę właściwości już istniejących materiałów. W węższym zakresie przez badanie materiałów rozumie się określanie ilościowe ich właściwości oraz opisywanie metod i technik sprawdzania tych właściwości. Poniżej przedstawiono wybrane zagadnienia badania materiałów w tym drugim znaczeniu. Ramy poradnika nie pozwalają na przedstawienie i opisanie badania wszystkich właściwości wymienionych w poprzednim podrozdziale. Dla blacharza samochodowego ważne są wybrane właściwości fizyczne, mechaniczne i technologiczne.

Badanie właściwości fizycznych ograniczymy do określania gęstości materiałów. Gęstość to parametr opisujący stosunek masy materiału do jego objętości – ρ [g/cm3],


ρ = V

m [g/cm3]

gdzie: m – masa materiału [g], V – objętość materiału [cm3] Gęstość materiałów zmienia się w bardzo szerokim zakresie: od 0,1 g/cm3 dla niektórych tworzyw sztucznych i korka do 22,5 g/cm3 dla metalu o nazwie osm. Dobierając materiał, prawie zawsze zależy nam na możliwie małej gęstości materiału, bowiem gęstość określa wzajemny stosunek masy materiału (a więc w konsekwencji jego ciężar) do jego objętości. Materiał, który jest lekki i zajmuje mało miejsca jest bardziej przydatny niż ciężki i zajmujący dużą objętość. Tabela 1 przedstawia wartości liczbowe gęstości wybranych metali, natomiast rys. 4 obrazuje gęstości różnych materiałów. Na rysunku zaznaczono w postaci nieregularnych zamkniętych linii wartości gęstości różnych materiałów. Ponieważ nie znacie jeszcze klasyfikacji materiałów, możemy jedynie w sposób ogólny porównać gęstość różnych grup materiałów, i tak z rysunku 4 wynika, że tzw. inżynierskie stopy metali, a więc materiały bardzo popularne w budowie maszyn mają dość duże gęstości (od ok. 2 g/cm3 do ok. 22 g/cm3), drewno jest stosunkowo lekkie (ok. 0,2 do ok. 0,8 g/cm3), tworzywa sztuczne (nazwane tu: pianki polimerowe, elastomery, polimery, laminaty) mają zróżnicowaną gęstość. Rysunek 4 odnosi gęstość materiałów do ich wytrzymałości – dobry materiał to ten, który ma małą gęstość oraz wysoką wytrzymałość, a jeśli przy tym niewiele kosztuje to jest to materiał doskonały; niestety jest niewiele takich materiałów.

Rys. 4. Wzajemne zależności pomiędzy gęstością a wytrzymałością różnych materiałów [3, s. 42]

Badanie właściwości mechanicznych materiałów należy do najważniejszych badań dla

każdego mechanika, a więc i blacharza samochodowego. Poniżej przedstawiono ogólny opis wybranych badań dla materiałów metalowych i ich stopów.

Próba statyczna rozciągania należy do podstawowych badań wytrzymałościowych i jest stosowana powszechnie do materiałów metalowych, stopów metali oraz ma zastosowanie do innych materiałów. Próba polega na rozciąganiu próbki materiału o ściśle określonym


kształcie i wymiarach na maszynie zwanej zrywarką wytrzymałościową do momentu zniszczenia próbki (rozerwania). Podczas próby rozciągania rejestruje się siłę rozrywającą oraz wydłużenie próbki. Nowoczesne zrywarki kreślą wykres rozrywania, a więc zależność siły rozrywającej od wydłużenia próbki. Podstawowym parametrem określanym podczas próby rozciągania jest wytrzymałość na rozciąganie, tj. stosunek największej siły rozciągającej Fm do początkowego przekroju poprzecznego próbki So.

Rm = o

m

SF [MPa]

gdzie: Rm – wytrzymałość na rozciąganie [MPa], Fm – największa siła rozrywająca [MN], So – początkowy przekrój poprzeczny próbki [m2] Rys. 5 przedstawia typową zrywarkę wytrzymałościową, która jest w istocie rodzajem prasy hydraulicznej. Próbkę 1 mocuje się w uchwytach 2 i 3. Podczas pomiaru uchwyt 2 jest unoszony za pomocą stołu 8, który z kolei połączony jest z tłokiem 5 za pomocą belki 7 w wyniku czego próbka jest rozciągana. Tłok 5 przemieszcza się w cylindrze 4 na skutek tłoczenia oleju przewodem 6. Pomiar siły rozrywającej odbywa się na manometrze 10 wyskalowanym w jednostkach siły działającej na tłok. Na bębenku 12 rysik 14 kreśli wykres rozciągania na skutek wzajemnego połączenia nicią wydłużenia próbki z ruchem wskazówki manometru. Maszyna wytrzymałościowa służy także do wykonywania próby ściskania. Próbkę pomiarową umieszcza się wówczas pomiędzy płytkami 9. Próbę wykonuje się wg znormalizowanych wymiarów, (rys. 6).

Rys. 5. Zrywarka wytrzymałościowa [12, s. 25] (opis w tekście) Długość pomiarowa próbki Lo jest zazwyczaj wielokrotnością średnicy do, pozostałe wymiary zależą od sposobu mocowania próbki do maszyny wytrzymałościowej.

Rys. 6. Kształt i wymiary próbki do próby rozciągania [11, s. 23]


Rysunek 7 przedstawia wykres rozciągania kreślony przez maszynę wytrzymałościową oraz kształt próbki w charakterystycznych momentach rozciągania. Na wykresie przedstawiono dwa charakterystyczne wykresy rozciągania: pierwszy (linia ciągła) dotyczy materiałów miękkich mających tzw. wyraźną granicę plastyczności, drugi (linia przerywana) dotyczy materiałów twardych. Na wykresie pierwszym można zaobserwować charakterystyczne punkty:

Fh – siła odpowiadająca granicy proporcjonalności (do tego punktu wydłużenie materiału jest proporcjonalne do działającej siły),

Fsp – siła odpowiadająca granicy sprężystości (do tego punktu materiał wykazuje właściwości sprężyste, tzn. po usunięciu obciążenia materiał wraca do pierwotnego kształtu),

Fe – siła odpowiadająca granicy plastyczności (materiał wykazuje własności plastyczne, wydłużenie próbki jest wyraźne i obserwowalne), miarą plastyczności materiału jest wydłużenie, które określa się podczas próby zrywania jako:

A = oLL∆ 100% [%]

gdzie: A – wydłużenie [%] ∆L = Lu – Lo [mm] Lu – długość próbki materiału po zerwaniu [mm] Lo – długość początkowa próbki materiału [mm]

Fm – siła odpowiadająca wytrzymałości materiału na rozciąganie, Fu – siła zrywająca próbkę materiału

Rys. 7. Wykres statycznej próby rozciągania [14, cz. 1 s. 52] (opis w tekście)

Wytrzymałość na rozciąganie Rm oraz plastyczność (miarą plastyczności jest jego wydłużenie A) są podstawowymi właściwościami mechanicznymi materiałów, ich wartości można znaleźć w poradnikach i tablicach wytrzymałościowych, np. tabela 2.

Tabela 2 Właściwości mechaniczne czystych metali [13, cz. 1 s. 52]


Należy ponadto pamiętać, że wytrzymałość materiału zależy od temperatury pracy, wraz

ze wzrostem temperatury wytrzymałość materiału obniża się. W przypadku materiałów będących stopami metali można ich wytrzymałość zmieniać na skutek różnych zabiegów technologicznych, np. obróbki cieplnej. Pomiar twardości metodą Brinella

Podczas pracy maszyn i urządzeń ich elementy składowe wzajemnie na siebie oddziaływają stopniowo się zużywając. Twardość materiału to charakterystyczna właściwość opisująca odkształcanie materiału na skutek kontaktu z innym materiałem. Zazwyczaj wymaga się, by materiał był twardy, chociaż bywają i takie elementy maszyn, które powinny być miękkie. Bardzo rozpowszechnioną i stosunkowo prostą metodą określania twardości materiałów jest metoda Brinella polegająca na wciskaniu w próbkę materiału kulki stalowej przy pomocy urządzenia zwanego twardościomierzem Brinella (rys. 8). Miarą twardości wg metody Brinella jest stosunek siły wciskającej kulkę do powierzchni powstałego wgniecenia:

HAB. = FP

gdzie: HB – twardość wg metody Brinella, P – siła nacisku [kG] F – powierzchnia odcisku [mm2] W praktyce, by ułatwić i przyśpieszyć pomiar dokonuje się pomiaru średnicy odcisku d (rys. 9). i z tabel (tabela 3) odczytuje się wartość HB. Twardościomierz Brinella jest w istocie prasą hydrauliczną (rys. 8). Siłę nacisku 5 oraz średnicę kulki dobiera się w zależności od twardości materiału i grubości próbki. Po zamocowaniu próbki 8 na stole 1 śrubą 7 zbliża się próbkę do zetknięcia z kulką pomiarową 6. Dźwignią 3 uruchamia się oddziaływanie obciążników 5 na próbkę. Manometr 2 wyskalowany w jednostkach siły wskazuje obciążenie próbki. Po ściśle określonym czasie działania obciążenia dokonuje się pomiaru średnicy odcisku przy pomocy lupy i korzystając z tablic określa twardość HB.


Pełne oznaczenie twardości metodą Brinella powinno zawierać warunki pomiaru, np. HB 10/3000/15 = 232 co oznacza, że pomiaru dokonano kulką o średnicy 10 mm pod obciążeniem 3000 kG w czasie 15 s.

Rys. 8. Twardościomierz Brinella [13, cz. 1 s. 53] Rys. 9. Wgłębnik (kulka) w próbie Brinella opis w tekście. d – średnica odcisku. [13, cz. 1 s. 52]

Tabela 3. Tabela do przeliczania twardości [13, cz. 1 s. 56]

Rys. 10. Aparat Erichsena [13, cz. 1 s. 59], opis w tekście.

Metoda Brinella pozwala określić twardość materiałów stosunkowo miękkich, dla materiałów bardzo twardych stosuje się inne metody, np. metodę Rockwella gdzie wgłębnikiem jest stożek diamentowy lub metodę Vickersa z wgłębnikiem w postaci diamentowego ostrosłupa. Badanie właściwości technologicznych


Dla blacharza samochodowego ważną cechą jest plastyczność blach cienkich, bowiem z takim właśnie materiałem ma on do czynienia na co dzień w pracy zawodowej. Plastyczność materiału określa się jako zdolność do osiągania trwałych odkształceń bez naruszenia jego spójności. Podstawową metodą określania plastyczności blach cienkich jest próba tłoczności wg metody Erichsena, rysunek 10. Próbkę 4 w postaci krążka zaciska się dociskaczem matrycy 5 pomiędzy matrycą 1, a dociskaczem 2. Tłocznik 3 poruszany kołem 6 odkształca próbkę do momentu utraty spójności. Miarą plastyczności materiału jest głębokość wgłębienia tłocznika do momentu utraty spójności mierzona przy pomocy podziałki nastawnej 7 i podziałki głównej 8. Na rysunku 11 przedstawiono podstawowe wymiary matrycy w aparacie Erichsena.

Rys. 11. Wymiary matrycy w aparacie Erichsena [13, cz. 1 s. 59]

4.1.1.4. Klasyfikowanie materiałów

Współczesny człowiek używa bardzo wielu materiałów, zarówno w życiu codziennym, jak i w pracy zawodowej, dzięki inżynierii materiałowej stają się one coraz bardziej doskonałe oraz spełniające coraz bardziej wyszukane wymagania. By móc je efektywnie wykorzystywać dokonamy ich klasyfikacji, czyli podzielimy je na grupy. Istnieje wiele klasyfikacji materiałów, rodzaj klasyfikacji zależy od przyjętego kryterium podziału, a więc określonej cechy, która pozwala przyporządkować określoną ilość materiałów do jednej grupy materiałowej. Najbardziej ogólnym podziałem materiałów mających znaczenie techniczne jest podział wg kryterium pochodzenia materiału: − materiały naturalne, − materiały inżynierskie.

Materiały naturalne stanowią naturalne surowce występujące na ziemi, by je wykorzystać w technice należy im nadać jedynie odpowiedni kształt nie zmieniając ich budowy wewnętrznej. Do tej grupy materiałów zaliczyć możemy np. kamienie, skały, drewno, niektóre metale. Wykorzystanie materiałów naturalnych w przemyśle jest stosunkowo niewielkie.

Materiały inżynierskie nie występują w naturze, są wytwarzane z surowców mineralnych lub surowców wtórnych. Współczesny człowiek opanował wiele technologii pozyskiwania materiałów z surowców mineralnych, stanowią one zdecydowaną większość materiałów wykorzystywanych w technice. W dalszej części poradnika zajmiemy się jedynie materiałami inżynierskimi. Materiały inżynierskie można podzielić na cztery duże grupy materiałowe (rys. 12).


Rys. 12. Klasyfikacja materiałów

Kryterium podziału materiałów inżynierskich wynika z ich wewnętrznej budowy a mówiąc ściślej z rodzaju wiązań występujących między atomami. Metale i ich stopy

Metale i ich stopy stanowią podstawową grupę materiałów inżynierskich, zdecydowana większość produktów wykonywana jest z metali lub ich stopów. Pierwiastki chemiczne należące do grupy metali stanowią znaczącą grupę układu okresowego pierwiastków. Przykłady metali zawiera tabela 1. Cechą charakteryzującą wszystkie metale jest łączenie się ich atomów w postaci tzw. wiązania metalicznego tworząc budowę krystaliczną. Budowa krystaliczna metali polega na określonym, uporządkowanym rozmieszczeniu atomów w przestrzeni (rys. 13). Środki atomów metali tworzą określone figury geometryczne, czyli siatkę krystaliczną.

Rys. 13. Budowa wewnętrzna metali – sieć krystalograficzna [14, cz. 1 s. 37]

a- sieć płaskocentyczna, np. odmiana alotropowa Fe, b- sieć heksagonalna zwarta, np. Mg, Zn, c,d- komórka elementarna z zaznaczeniem środków atomów.

Metale i ich stopy wyróżniają się następującymi właściwościami:

Materiały inżynierskie

Metale i ich stopy

Polimery (tworzywa sztuczne, plastiki)

Materiały ceramiczne

Kompozyty

a b

c d


− plastycznością, czyli zdolnością do trwałych odkształceń pod wpływem obciążeń, − połyskiem metalicznym, − dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym, − stosunkowo wysoką wytrzymałością w stosunku do gęstości (patrz rys. 4)

Stopy dwu lub więcej metali powstają na skutek ich połączenia w stanie ciekłym. Powszechnie stosowanym stopem metali jest stal czyli stop żelaza z węglem (o zawartości węgla do 2%) oraz w niewielkiej ilości innych pierwiastków. W technice stosuje się wiele metali i ich stopów, nieżelaznych (kolorowych), np. miedź, aluminium. Metale poza nielicznymi wyjątkami nie występują w stanie czystym w skorupie ziemskiej, źródłem otrzymywania metali są rudy występujące najczęściej pod postacią tlenków. W wyniku procesów metalurgicznych polegających na reakcji chemicznej redukcji oraz procesów rafinacji (oczyszczania) otrzymuje się metale oraz ich stopy. Polimery

Cechą charakterystyczną polimerów jest występowanie pomiędzy atomami wiązania kowalencyjnego, to wiązanie odróżnia polimery od innych materiałów. W skład polimerów, w przeciwieństwie do metali wchodzi niewielka ilość pierwiastków chemicznych; najważniejsze z nich to wodór i węgiel, a ponadto azot, tlen, siarka. Budowa wewnętrzna polimeru to łańcuchy wielkocząsteczkowe składające się z powtarzających się monomerów (w łańcuchu polimeru może być nawet 50 000 monomerów). Najprostszy monomer to etylen C2H4 (rys. 14) składający się z dwóch atomów węgla i czterech atomów wodoru. Połączeni w łańcuch wielu tysięcy monomerów etylenu tworzy tworzywo sztuczne o nazwie polietylen. Zastąpienie w monomerze etylenu jednego atomu wodoru chlorem Cl powoduje powstanie innego tworzywa sztucznego o nazwie polichlorek winylu. Inne proste monomery przedstawia rysunek 15.

Rys. 14 Monomery etylenu [13, cz. 2 s. 63]

Rys. 15. Monomery [14, cz. 2 s. 64] Aby zmienić właściwości polimerów dodaje się do nich dodatki w postaci: barwników, pigmentów, katalizatorów, napełniaczy, zmiękczaczy oraz innych.

Surowcem do produkcji polimerów jest ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel oraz niektóre surowce pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, np. celuloza, kazeina.

Polimery wyróżniają się następującymi właściwościami: − małą gęstością (patrz rys. 4), − dobrymi właściwościami izolacyjnymi cieplnymi i elektrycznymi,


− w przeciwieństwie do metali nie mają połysku (słabo odbijają światło), − nie nadają się do pracy w wysokich temperaturach, − zwykle są giętkie i odkształcalne.

Polimery obok metali znalazły powszechne zastosowanie w produkcji artykułów powszechnego użytku, jak również w technice. W zastosowaniu do samochodów można wymienić polimery: ogumienie, wykładziny, elementy łożysk, izolatory oraz wiele innych. Materiały ceramiczne

Materiały ceramiczne stanowią trzecią grupę materiałów inżynierskich charakteryzujących się wiązaniami głównie jonowymi pierwiastków wchodzących w ich skład. Pierwiastki chemiczne stanowiące ceramikę to przede wszystkim: węgiel, azot, tlen, krzem, fosfor i siarka oraz większość metali, czyli przeważająca część układu okresowego pierwiastków. Struktura wewnętrzna ceramiki to współistnienie w bardzo różnych proporcjach dwóch faz: krystalicznej i szklistej. Do materiałów ceramicznych zalicza się szeroką gamę materiałów: − ceramika inżynierska (materiały spiekane) a więc węgliki, azotki i tlenki różnych

pierwiastków spiekane w postaci proszku w wysokich temperaturach, − ceramika porowata wytwarzana z gliny, krzemionki, kwarcu, skalenia lub kaolinu,

stosowana przede wszystkim w budownictwie, − szkło i ceramika szklana wytwarzane z tlenków, głównie krzemu, modyfikatorów oraz

niektórych metali. Materiały ceramiczne wytwarza się prawie zawsze w wysokiej temperaturze przez wypalanie lub spiekanie składników.

Ceramika wyróżnia się następującymi właściwościami: − wysoka i bardzo wysoka twardość, − wysoka wytrzymałość na ściskanie, − praktycznie zerowa plastyczność, − niska przewodność cieplna i elektryczna, − odporność na wysokie temperatury. Materiały ceramiczne znalazły zastosowanie przede wszystkim w budownictwie a także w przemyśle narzędziowym, w medycynie, jako izolatory. W budowie samochodów nie mają większego znaczenia oprócz szkła. Kompozyty

Kompozyty to grupa materiałów specjalnych. Dotychczas poznane grupy materiałów: metale, polimery i ceramika charakteryzowały się pewną wspólną cechą; mianowicie, o tym, że stanowiły one monolityczną całość decydowały siły wiązań pomiędzy atomami w ich wewnętrznej budowie. Kompozyt to materiał sztuczny, w tym sensie, że utworzony z co najmniej dwóch innych materiałów, stanowiący monolityczną całość oraz, że jego właściwości są lepsze lub inne w stosunku do składników, z których powstał. Zazwyczaj jeden z materiałów wchodzących w skład kompozytu spełnia rolę wiążącą (osnowa), inne spełniają rolę wzmacniającą. Kompozyty to efekt inżynierii materiałowej, czyli takiej dziedziny techniki i nauki, która na początku zakłada określone właściwości, jakie dany materiał ma posiadać a następnie tak dobiera składniki kompozytu, by te właściwości osiągnąć. Przykładem struktury kompozytowej może być rysunek 16 przedstawiający zderzak przedni, w którym zastosowano różne grupy materiałów scalonych w monolityczną całość.


Rys. 16. Zderzak przedni jako przykład wyrobu kompozytowego [15, s. 314]

Do najczęściej wytwarzanych kompozytów należą kompozyty warstwowe, składające się z kilku warstw o zupełnie odmiennych właściwościach (rys. 17) oraz kompozyty wzmacniane włóknami (rys. 18).

Rys. 17. Struktura kompozytu warstwowego [3, s. 75] Rys. 18. Struktura kompozytu a- składniki kompozytu, b- kompozyt wzmacnianego włóknem [3, s. 75]

Materiały kompozytowe nie mają większego znaczenia w skali przemysłowej, są po prostu bardzo drogie, stosuje się je w technice kosmicznej, samolotach, w sporcie wyczynowym, niemniej ich wyjątkowe właściwości pozwalają sądzić, że już niedługo będą powszechnie stosowane. Materiały pomocnicze i eksploatacyjne

W pracy zawodowej blacharza samochodowego występują jeszcze inne substancje, które nie są materiałami, zgodnie z podaną wcześniej definicją. Nazywa się je materiałami pomocniczymi i eksploatacyjnymi. Do materiałów eksploatacyjnych dla blacharza samochodowego można zaliczyć: paliwa silnikowe, oleje, smary, ciecze chłodzące, płyny hamulcowe i inne. Materiały pomocnicze to z kolei np. środki czyszczące, uszczelniające, farby i lakiery, luty oraz wiele innych.


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

1. Co to są materiały? 2. Jakie znasz źródła otrzymywania materiałów? 3. Czym się zajmuje inżynieria materiałowa? 4. Na czym polega recykling? 5. Jakie znasz podstawowe grupy właściwości materiałów? 6. W jaki sposób można uszeregować materiały wg wzrastającej gęstości? 7. Czym jest twardość i wytrzymałość materiału? 8. Która z właściwości technologicznych jest najważniejsza dla blacharza samochodowego? 9. Jak oblicza się gęstość materiału? 10. Na czym polega statyczna próba rozciągania? 11. Na czym polega próba Brinella? 12. Jak działa i jak jest zbudowany aparat Erichsena? 13. Jak klasyfikuje się materiały? 14. Czym charakteryzują się podstawowe grupy materiałowe? 15. Dlaczego substancje potocznie nazywane materiałami eksploatacyjnymi nie są

materiałami? 16. Jakie znasz przykłady materiałów pomocniczych? 4.1.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Oblicz gęstość pięciu prostopadłościennych próbek materiałów. Porównaj wyniki obliczeń z tabelą 1 w poradniku ucznia i zidentyfikuj te próbki.

Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zmierzyć długość wszystkich krawędzi próbek i obliczyć ich objętość, 2) zważyć próbki, 3) korzystając ze wzoru obliczyć ich gęstość w ustalonych jednostkach miar, 4) na podstawie obliczeń zidentyfikować próbki.

Wyposażenie stanowiska pracy: − pięć prostopadłościennych próbek metali, − przyrządy pomiarowe, waga, − przybory piśmienne.


Ćwiczenie 2 Oblicz gęstość pięciu próbek materiałów naturalnych o nieregularnych kształtach. Wykorzystując wyszukiwarki internetowe zidentyfikuj te materiały oraz scharakteryzuj je na podstawie wyszukanych informacji.

Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) określić objętość każdego materiału (ponieważ materiały te mają nieregularne kształty,

zastanów się, czy istnieją jakieś metody określania objętości ciał o kształtach nieregularnych, przypomnij sobie działy fizyki, jeśli wpadniesz na pomysł poproś nauczyciela o stosowne przyrządy),

2) zważyć materiały, 3) korzystając ze wzoru obliczyć ich gęstość, 4) wykorzystując wartości liczbowe, cechy zewnętrzne materiałów oraz własną

pomysłowość dokonaj próby identyfikacji próbek oraz ich charakterystyki korzystając z sieci Internet. Wyposażenie stanowiska pracy:

− pięć różnych próbek materiałów naturalnych o nieregularnych kształtach, − przyrządy pomiarowe, waga, − komputer z dostępem do Internetu, − przybory piśmienne. Ćwiczenie 3 Zaproponuj organizację selekcjonowania surowca wtórnego na terenie Twojej szkoły, jakim są zużyte baterie elektryczne wykorzystywane w urządzeniach powszechnego użytku. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) utworzyć grupę kolegów na potrzeby wykonania ćwiczenia, 2) każdy z Was, po namyśle powinien przedstawić swój własny pomysł na rozwiązanie

problemu, 3) uczestnicząc w dyskusji wypracować jedno rozwiązanie problemu, 4) zaprezentować swoje rozwiązanie na forum klasy.

Wyposażenie stanowiska pracy: − materiały i przybory piśmienne. Ćwiczenie 4 Wykonaj próbę Erichsena Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z przebiegiem próby tłoczności, 2) zapoznać się z budową, działaniem i obsługą aparatu Erichsena, 3) dokonać oględzin próbek,


4) dokonać pomiaru grubości próbek w co najmniej 3 miejscach i obliczyć ich średnią arytmetyczną,

5) nasmarować próbki i elementy aparatu, 6) docisnąć próbkę dociskaczem, 7) ustalić na podziałce początkowe położenie stempla, 8) wykonać próbę, 9) zmierzyć głębokość wgłębienia, 10) dokonać oględzin próbki po próbie, 11) wykonać raport z przeprowadzonego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy: − aparat Erichsena, − komplet próbek o różnej tłoczności, − norma PN 79/H-04400, − materiały eksploatacyjne, − materiały piśmienne. Ćwiczenie 5 Scharakteryzuj po dwa przykłady materiałów wg klasyfikacji przedstawionej na rysunku 12 w poradniku dla ucznia oraz wykorzystując inne dostępne źródła informacji. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) określić, w jakich źródłach informacji należy spodziewać się informacji o materiałach, 2) wyszukać w dostępnych źródłach, informacji na temat materiałów (np. poradniki,

Internet, katalogi handlowe), 3) scharakteryzować wybrane materiały, zwracając uwagę na ich zastosowanie.

Wyposażenie stanowiska pracy: − materiały i przybory piśmienne. 4.1.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz:

Tak Nie

1) określić wartość gęstości na podstawie pomiarów i obliczeń? 2) scharakteryzować pomiar wybranej własności mechanicznej metalu? 3) wykonać próbę tłoczności? 4) zaklasyfikować materiał do jednej z czterech grup na podstawie jego

charakterystyki?


4.2. Otrzymywanie materiałów 4.2.1. Materiał nauczania 4.2.1.1. Wytwarzanie stali i żeliwa Wytwarzanie stali.

Stal jest powszechnie używanym materiałem w technice, w tym w budowie samochodów. Stal jest stopem żelaza i węgla (do ok. 2%C) oraz innych pierwiastków otrzymywana ze stanu ciekłego, przerobiona plastycznie i cieplnie. Wytwarzanie stali odbywa się w kilku etapach:

a) etap I – wytwarzanie surówki, b) etap II – wytwarzanie stali surowej, c) etap III – wytwarzanie stali w postaci półwyrobów i wyrobów hutniczych. Produkcja surówki odbywa się w hucie w piecu zwanym wielkim piecem (rys. 19). Do

wielkiego pieca, od góry, w sposób ciągły ładuje się podstawowy surowiec do wytwarzania surówki, rudę żelaza. Ponadto do wielkiego pieca dostarcza się koks (koks jest uszlachetnionym paliwem powstałym z węgla kamiennego) oraz topniki (topnikami są tu kamień wapienny lub dolomit). Od dołu dostarcza się do wielkiego pieca gorące powietrze. We współczesnych wielkich piecach materiały wsadowe (ruda, koks i topniki) przygotowuje się przed wprowadzeniem do wielkiego pieca w postaci spieku. W wyniku spalania koksu oraz działania siły ciężkości następuje obsuwanie się wsadu oraz jego topnienie. Dostarczane od dołu powietrze wraz z koksem ulega niezupełnemu spaleniu tworząc gaz wielkopiecowy, używany do podgrzewania powietrza.

W wyniku procesów wielkopiecowych powstaje surówka, żużel oraz gaz wielkopiecowy. Surówka zawiera oprócz żelaza, węgiel – ok. 4%, krzem – ok. 0,7%, mangan – ok. 0,5%, fosfor – 0,2% oraz siarkę – 0,02%. Taki skład chemiczny surówki powoduje, że jest ona krucha i nie nadaje się do praktycznego wykorzystania.

Żużel jest produktem ubocznym, powstaje w wyniku stopienia skały płonnej zawartej w rudzie oraz topników; wykorzystuje się go jako surowiec w budownictwie. Gaz wielkopiecowy spala się w nagrzewnicach i wykorzystuje do nagrzewania powietrza dostarczanego do wielkiego pieca oraz jest źródłem ciepła dla innych urządzeń w hucie.

Rys. 19. Wielki piec [14, cz. 1 s. 23] 1- wielki piec, 2- nagrzewnica, 3- urządzenie załadowcze,

4- przewody odprowadzające gaz wielkopiecowy, 5- kadź na surówkę, 6- kadź na żużel


Wytwarzanie stali surowej odbywa się w urządzeniach: − konwertorach, − piecach martenowskich, − piecach elektrycznych, w których następuje usunięcie nadmiaru węgla z surówki, zminimalizowanie domieszek i zanieczyszczeń (krzem, mangan, fosfor i siarka) oraz w niektórych przypadkach wprowadzenie dodatków stopowych. Surowcami do wytwarzania stali surowej jest głównie surówka z procesu wielkopiecowego, złom stalowy, materiały utleniające, dodatki stopowe oraz inne dodatki. Budowę konwertora przedstawia rysunek 20, opis jego pracy w ramce obok rysunku.

Rys. 20. Konwertor [13, cz. 1 s. 61], opis w tekście Rys. 21. Piec martenowski [13, cz. 1 s. 62], opis w tekście

Wytwarzanie stali w piecu martenowskim pozwala wykorzystywać surówki zanieczyszczone fosforem i siarką oraz złom stalowy, rys. 21. Opis pracy pieca w ramce obok rysunku. Stale o najwyższej jakości otrzymuje się w piecach elektrycznych, łukowych (rys. 22) W wyniku procesów stalowniczych otrzymuje się stal w stanie ciekłym o zawartości węgla nie większej niż ok. 2%, ściśle określonych zawartości zanieczyszczeń – fosforu i siarki, domieszek – krzemu i manganu oraz dodatków stopowych (procentową zawartość zanieczyszczeń, domieszek i dodatków stopowych określają normy dla danego gatunku stali.

Proces konwertorowy polega na przedmuchiwaniu ciekłej surówki powietrzem lub tlenem doprowadzonym do komory powietrznej 8 przewodami 9. Tlen reaguje z węglem i innymi pierwiastkami zawartymi w surówce w komorze 7 oczyszczając ją. Zbiornik konwertora 1 można obracać w łożyskach 2 podpartych w podporach 3 przy pomocy koła zębatego 5, listwy 4 i siłownika 6 ustawiając otwór spustowy 10 podczas napełniania czy spustu. W konwertorach mogą być wytapiane surówki o małej zawartości fosforu i siarki. Zaletą procesu konwertorowego jest szybkość procesu świeżenia – kilkanaście min.

Do przestrzeni roboczej pieca 1zamkniętej sklepieniem 9 dostarcza się wsad w postaci surówki, złomu, topników i tzw. żelazostopów, przy czym roztapianie wsadu następuje od palników 3 i 4 pracujących cyklicznie. Regeneratory 2 podgrzewają powietrze 6 do spalania ciepłem spalin uchodzących z pieca szybem 5 do komina 7. Palniki 3 i 4 wykorzystują zarówno paliwa gazowe, jak i ciekłe. Spust powstającego żużla odbywa się do kadzi 8. Proces martenowski jest droższy, ale pozwala wykorzystywać gorsze gatunkowo surówki oraz otrzymywać stal o lepszym i bardziej precyzyjnych składzie chemicznym.


Rys. 22. Piec elektryczno-łukowy [13, s. 62], opis w

ramce

Stal surową spuszcza się z pieca do kadzi odlewniczej a następnie odlewa się w postaci wlewków (rys. 23 b) lub w procesie ciągłego odlewania stali (rys. 23 a).

Rys. 23. Odlewanie stali [10 s. 138 i 141] a) systemem ciągłego odlewania stali (COS), b) do wlewnicy, opis w ramce.

Ostatnim etapem wytwarzania stali jest wytwarzanie półwyrobów hutniczych z wlewków lub kęsów, albo odlanie ciekłej stali do przygotowanej formy w kształcie gotowego wyrobu. Zdecydowaną większość stali surowej przerabia się metodami obróbki plastycznej na półwyroby i wyroby hutnicze w postaci prętów, kształtowników, blach, czy rur w urządzeniach zwanych walcarkami, rys. 24. Półwyroby te wykorzystuje się w produkcji przemysłowej jako gotowe materiały lub poddaje innym operacjom wytwórczym, np. obróbce skrawaniem, spawaniu oraz innym. Zarówno obróbka plastyczna, jak i inne tu wymienione będą przedmiotem nauki w następnych jednostkach modułowych.

Źródłem ciepła jest łuk elektryczny 2 wyzwalający się pomiędzy elektrodami węglowymi 1 a ciekłym metalem, pozwalający na uzyskanie wyższych temperatur oraz możliwość regulacji. Wsad do pieca jest podobny jak w piecu martenowskim i odbywa się od góry po otworzeniu sklepienia pieca. W pierwszym etapie wytopu następuje oczyszczanie surówki, w drugim wprowadzenie dodatków stopowych. Szyb kontrolny 3 pozwala na bieżąco śledzić i korygować proces

Podczas tradycyjnego odlewania stali, z kadzi 1do wlewnicy, 2 na rys. b powstaje wlewek, w którym w jego górnej części powstaje tzw. jama skurczowa , którą następnie się odcina ze względu na dużą zawartość zanieczyszczeń. Powoduje to znaczne straty materiałowe. Wady tej nie posiada system COS – ciągłego odlewania stali, rys. a, gdzie stal z kadzi przelewana jest do kadzi pośredniej a następnie do krystalizatora 3 i komory chłodzenia 4. Wyciąganie wlewka zapewniają walce 5, po których następuje cięcie na kęsy 6. Urządzenie do odbioru kęsów 9 umieszcza je na przenośniku 8

b)


Rys. 24. Wytwarzanie półwyrobów hutniczych [14, cz. 1 s. 24]

Jeżeli ciekłą stal surową (o zawartości węgla 0,1 – 0,6%) odleje się do przygotowanej formy i w ten sposób otrzyma gotowy wyrób to taką stal nazywa się staliwem.

Otrzymywanie żeliwa

Otrzymane z wielkiego pieca surówki mogą różnić się składem chemicznym w dość znacznym zakresie; rozróżnia się: − surówki białe, − surówki szare. Surówki białe przeznaczone są to wytwarzania stali, zaś z surówek szarych wytwarza się przede wszystkim żeliwo.

Żeliwo jest to stop żelaza z węglem (o zawartości węgla od 2,6 – do 3,8%) z domieszkami, zanieczyszczeniami i dodatkami stopowymi przeznaczony do odlewania. Żeliwo otrzymuje się w piecu zwanym żeliwiakiem z surówek szarych z dodatkiem złomu żeliwnego i stalowego. Żeliwiak jest piecem dość podobnym w kształcie do wielkiego pieca, z tym, że jest dużo mniejszy, jego praca w przeciwieństwie do wielkiego pieca jest cykliczna oraz zachodzą w nim inne reakcje chemiczne (w wielkim piecu dominują reakcje redukcji, a w żeliwiaku reakcje utleniania). Cenną właściwością większości żeliw jest ich lejność, czyli łatwość odlewania w formach oraz zdolność do tłumienia drgań, dlatego bardzo często z żeliwa wykonuje się korpusy maszyn, bowiem posiadają one zazwyczaj skomplikowane kształty (łatwe do wykonania metodą odlewania) oraz powinny tłumić drgania pochodzące od ruchomych części maszyny. 4.2.1.2. Podstawy odlewnictwa

Odlewnictwo jest znaną od tysiącleci techniką wytwarzania wyrobów, polegającą na zalaniu ciekłym metalem (stopem) formy odlewniczej odwzorowującej kształt wyrobu. Po zakrzepnięciu ciekłego metalu w formie otrzymuje się odlew – gotowy wyrób lub półwyrób podlegający obróbce mechanicznej. Odlewanie może dotyczyć żeliwa, staliwa, metali i stopów nieżelaznych oraz tworzyw niemetalowych. Gdy odlewanie przebiega pod ciśnieniem atmosferycznym mamy do czynienia z odlewaniem grawitacyjnym, gdy ciśnienie odlewanej cieczy jest wyższe niż atmosferyczne, mamy do czynienia z odlewaniem ciśnieniowym. Proces otrzymywania odlewów odbywa się w kilku etapach, rys. 25.


Rys. 25. Etapy otrzymywania odlewu [4, s. 73] Na podstawie rysunku konstrukcyjnego wyrobu wykonuje się modele, będące

odzwierciedleniem zewnętrznego kształtu wyrobu, jeśli wyrób posiada kształty wewnętrzne wykonuje się rdzennice, patrz rys. 26. Następnie, po przygotowaniu mas formierskich i rdzeniowych wykonuje się formy i rdzenie, które podlegają suszeniu, rys. 26. Masy formierskie i rdzeniowe są mieszaninami piasku, gliny oraz spoiw i dodatków. W następnym etapie należy przygotować ciekły metal: żeliwo, staliwo, metale i stopy nieżelazne, który otrzymuje się w piecach. Po zmontowaniu formy odlewniczej oraz wykonaniu układu wlewowego, rys. 26 następuje zalanie formy. Po zakrzepnięciu metalu w formie następuje wybicie odlewu z formy (mechaniczne usunięcie i zniszczenie masy formierskiej), wybicie rdzeni, oczyszczenie i usunięcie układu wlewowego oraz wykonanie pomiarów kontrolnych odlewu. Rysunek 26 przedstawia etapy wytwarzania odlewów prostą technologią odlewania w formach piaskowych. Rys. 26. Technologia wytwarzania odlewu [4 s. 76]

Współczesna technika odlewania pozwala stosować wiele specjalnych metod odlewniczych, przykładem może być odlewanie kokilowe, czyli odlewanie z wykorzystaniem form metalowych wielokrotnego użytku, rys. 27. Odlewanie w kokilach dotyczy zazwyczaj metali o stosunkowo niskiej temperaturze topnienia. Odlew kokilowy jest wykonany na tyle dokładnie, że nie wymaga obróbki mechanicznej. Przykład wyrobów o skomplikowanych kształtach, np. kadłubów silników spalinowych przedstawia rys. 28.

Rys. 27. Odlewanie w kokilach tłoków Rys. 28. Odlewy aluminiowe kadłubów samochodowych [5, s. 176] silnika [13, cz. 1 s. 111]

a) rysunek konstrukcyjny wyrobu – tuleja z kołnierzem, b) model składający się z dwóch połówek odwzorowujący kształt zewnętrzny tulei, c) rdzennica do uformowania rdzenia, d) rdzeń wykonamy z masy rdzeniowej, e) forma odlewnicza po złożeniu: w skrzynkach formierskich wypełnionych masą formierską, wykorzystując model kształtuje się zewnętrzne kształty wyrobu, wycina kanały doprowadzające ciekły metal, wkłada rdzeń i zamyka obie skrzynki formierskie, f) po zalaniu, skrzepnięciu i wybiciu odlewu otrzymuje się surowy odlew z zalanym układem wlewowym, który następnie się odcina


4.2.1.3. Otrzymywanie metali nieżelaznych i ich stopów

Metale nieżelazne to grupa metali wyłączając żelazo. Pamiętając, że w przyrodzie występuje 76 metali, więc metale nieżelazne stanowią wielką i bardzo zróżnicowaną grupę materiałów. W zasadzie wszystkie wykorzystywane są w technice; największe zastosowanie mają: − aluminium i jego stopy, − miedź i jej stopy, − cynk, cyna i ich stopy, − magnez i jego stopy, − ołów i jego stopy. Nie sposób opisać technologii wytwarzania wszystkich metali nieżelaznych, dlatego też, jako przykład zostanie przedstawiona metalurgia aluminium, metalu nieżelaznego coraz częściej stosowanego w przemyśle samochodowym na karoserie samochodowe. popularna ruda aluminium mechaniczne rozdrabnianie i wzbogacanie rudy rozdrobniony boksyt poddaje się reakcji chemicznej z NaOH (ługowanie) w zamkniętych zbiornikach (autoklawach) w temp. 230oC i ciśnieniu 1,3 – 2,4 MPa W wyniku ługowania powstaje roztwór wodny NaAlO2, który podlega hydrolizie i otrzymanie Al.(OH)3 W wyniku kalcynacji, czyli wypaleniu w temp. 12000C powstaje czysty tlenek glinu Al2O3 i woda, która odparowuje

Rys. 29. Schemat otrzymywania tlenku glinu jako pierwszy etap otrzymywania aluminium

Boksyt

Kruszenie i mielenie boksytu

Ługowanie boksytu w autoklawach, powstaje

roztwór NaAlO2

Hydroliza NaAlO2 w hydrolizerach, powstaje

Al(OH)3

Kalcynowanie (wypalanie) Al.(OH)3

Al2O3


Aluminium jest metalem o wyglądzie srebrzystobiałym, o temperaturze topnienia 660oC.

Jest metalem bardzo lekkim, jego gęstość wynosi 2,7 g/cm3 (patrz tabela 1). Dzięki dużej plastyczności można go łatwo kształtować. Wytrzymałość niektórych stopów aluminium jest porównywalna z wytrzymałością stali. Jest bardzo dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności. W środowisku powietrznym aluminium pokrywa się szczelną i wytrzymałą warstewką AL2O3 co czyni go odpornym na korozję. Właściwości te sprawiły, że aluminium, a w szczególności stopy aluminium znalazły szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, w tym w przemyśle samochodowym.

Wytwarzanie aluminium składa się z kilku etapów: 1) wytwarzanie tlenku glinowego, 2) wytwarzanie aluminium surowego, 3) wytwarzanie aluminium rafinowanego. W skorupie ziemskiej występuje wiele minerałów zawierających aluminium; najważniejszym minerałem wykorzystywanym przemysłowo jest boksyt zawierający głównie: tlenki glinu, wodorotlenki i krzemiany.

Pierwszym etapem wytwarzania aluminium jest otrzymywanie czystego tlenku glinu Al2O3. Proces jest szeregiem operacji mechanicznych i reakcji chemicznych zgodnie ze schematem, rys. 29

Otrzymywanie aluminium surowego odbywa się w wyniku elektrolizy stopionej mieszaniny Al2O3 i kriolitu – Na3AlF6 w temperaturze ok. 9600C, rys. 30.

Rys. 30. Elektrolizer do otrzymywania aluminium surowego [14, cz.1 s. 32]

Ostatnim etapem otrzymywania aluminium jest jego rafinacja, czyli oczyszczanie. Rafinacja ogniowa pozwala uzyskać aluminium o czystości ok. 99,8% czystego metalu. Rafinacja ogniowa polega na przedmuchiwaniu aluminium chlorem oraz na przetopieniu. Aby uzyskać aluminium bardzo czyste podlega ono rafinacji elektrolitycznej metodą trzech warstw, zawartość czystego metalu zawiera się wtedy w granicach 99,9986% Al.

1 – szyny anodowe, 2 – sworznie anodowe, 3 – anoda ubita z masy węglowej, 4 – stały tlenek glinu, 5 – ciekły elektrolit, 6 – ciekłe aluminium, 7 – wykładzina denna, 8 – bloki węglowe katodowe, 9 – rdzeń doprowadzający prąd do katody


4.2.1.4. Otrzymywanie tworzyw sztucznych Otrzymywanie tworzyw sztucznych można przedstawić na schemacie, rys. 31.

Rys. 31. Schemat otrzymywania tworzyw sztucznych 4.2.2. Pytania sprawdzające

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

1. Co to jest stal? 2. Na czym polega wytwarzanie surówki? 3. Jakie surówki stosuje się do procesu konwertorowego? 4. Na czym polega proces wytopu stali w piecu łukowy? 5. W czym tkwi zaleta ciągłego odlewania stali? 6. Co to jest żeliwo? 7. W jakich etapach następuje proces odlewania? 8. Co to są boksyty? 9. W jakich etapach otrzymuje się aluminium? 10. Na czym polega proces otrzymywania tworzyw sztucznych? 4.2.3. Ćwiczenia

Surowce Monomery

Surowce

Monomery

Polimery

Półprodukty

Wyroby gotowe

Ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel kamienny, a także celuloza, kazeina, kauczuk naturalny. To proste związki organiczne, będące najczęściej produktami rafineryjnego przerobu surowców, np. etylen C2H4

Powstają w wyniku polireakcji, czyli łączenia monomerów w długie łańcuchy wieklocząsteczkowe. Przez dodanie do czystych polimerów dodatków, np. napełniaczy, zmiękczaczy, barwników, stabilizatorów zmieniających własności polimerów. Powstają na skutek przetwarzania półproduktów, np. przez nanoszenie, wyciskanie, prasowanie, wtryskiwanie, walcowanie.


Ćwiczenie 1

Porównaj trzy procesy otrzymywania stali surowej (proces konwertorowy, proces martenowski, wytapianie stali w piecu łukowym).


1) wyszukać w dostępnych źródłach, (literatura techniczna, sieć Internet) informacje o procesie konwertorowym, martenowskim oraz o wytapianiu stali w piecach łukowych,

2) dokonać porównania tych procesów wg ustalonych przez Ciebie kryteriów.

Wyposażenie stanowiska pracy: − materiały piśmienne. Ćwiczenie 2

Na podstawie załączonego schematu oraz dostępnych źródeł informacji scharakteryzuj technologię otrzymywania miedzi


4) zidentyfikować główne etapy otrzymywania miedzi na podstawie załączonego schematu, 5) wyszukać informacje o procesach otrzymywania miedzi, 1) przedstawić w formie schematu każdy etap otrzymywania miedzi.

Wyposażenie stanowiska pracy: − materiały piśmienne, − załącznik.


Załącznik do ćwiczenia 2

Rys. do ćwiczenia 2. Przebieg procesu wytwarzania miedzi [14, cz.1, s.30] 4.2.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz:

Tak Nie

1) scharakteryzować proces otrzymywania stali? 2) scharakteryzować proces odlewania? 3) przedstawić etapy otrzymywania metali nieżelaznych? 4) przedstawić etapy otrzymywania tworzyw sztucznych?


4.3. Kształtowanie właściwości materiałów metalowych 4.3.1. Materiał nauczania 4.3.1.1. Wpływanie na właściwości materiałów metalowych

Materiały metalowe oraz ich stopy stanowią podstawową grupę materiałów wykorzystywanych w technice. Wynika to z dużej ilości występowania metali w skorupie ziemskiej, zróżnicowania ich właściwości, łatwości tworzenia stopów oraz ich pożądanym cechom mechanicznych i technologicznym. Dodatkowym czynnikiem powszechnego stosowania materiałów metalowych jest stosunkowo duża łatwość kształtowania ich właściwości w obrębie jednego metalu lub stopu metalu. Potwierdzeniem tego faktu może być stal (stop żelaza z węglem). Właściwości tego stopu można kształtować w bardzo szerokich granicach wieloma metodami; stąd olbrzymia wręcz ilość gatunków stali. Ważnym czynnikiem umożliwiającym kształtowanie właściwości metali jest ich struktura wewnętrzna; w kolejnym rozdziale przedstawiono wpływ anizotropowości metali na ich właściwości. Do najważniejszych metod technologicznych umożliwiających kształtowanie właściwości materiałów metalowych można zaliczyć: − warunki krystalizacji, − obróbka plastyczna, − obróbka cieplna, − obróbka cieplno-chemiczna.

Poniżej, w kolejnych podrozdziałach przedstawiono metody kształtowania właściwości przede wszystkim stali, z pominięciem obróbki plastycznej, bowiem ta metoda zostanie przedstawiona w innych jednostkach modułowych. 4.3.1.2. Anizotropia żelaza

Żelazo - Fe jest pierwiastkiem chemicznym o srebrzystym zabarwieniu, jego gęstość wynosi 7,87 g/cm3 a temperatura topnienia 15360C. W przyrodzie w stanie czystym w zasadzie nie występuje, tzw. żelazo techniczne Armco ma 0,1 – 0,15% domieszek. W technice żelazo wykorzystywane jest w postaci stopu z węglem. W rozdziale 4.1 napisano, że metale, a więc i żelazo posiadają strukturę krystaliczną w postaci bardzo wielu powtarzających się komórek elementarnych (rys. 13). Żelazo w temperaturze otoczenia zbudowane jest w postaci komórek elementarnych A2. Tym oznaczeniem opisuje się figurę przestrzenną zbliżoną do sześcianu, z tym, że atomy żelaza układają się nie tylko w narożach, ale też w środku przekątnych sześcianu, rys. 32, fachowo nazywa się to siecią regularną, przestrzennie centrowaną. Okazuje się jednak, że struktura krystaliczna żelaza może ulec zmianie, zależy to od temperatury, mówimy wówczas o odmianach alotropowych metalu. Żelazo ma dwie odmiany alotropowe: Feα oraz Feγ. Odmiana Feα występuje do temperatury 912oC oraz w zakresie: 1394 – 1538oC i ma budowę regularną przestrzennie centrowaną, natomiast odmiana Feγ. występuje pomiędzy temperaturami 912 – 13940C i ma budowę regularną płaskocentryczną A1 (rys. 33)

Rys. 32. Komórka elementarna żelaza Feα [3 s. 80] Rys. 33. Komórka elementarna żelaza Feγ [3 s. 80]


0C

Jak łatwo zauważyć w odmianie α może się pomieścić mniej atomów niż w odmianie γ. Tworzenie stopu żelaza z węglem następuje, w uproszczeniu, w ten sposób, że niektóre atomy żelaza w siatce krystalicznej zastępowane są atomami węgla. Roztwór żelaza α z węglem nazywa się ferrytem, zaś roztwór żelaza γ – austenitem.

Podczas ogrzewania, jak również chłodzenia stali następuje przemiana alotropowa żelaza, z α na γ, lub odwrotnie, a więc ferryt przechodzi w austenit lub odwrotnie. Ponieważ własności ferrytu i austenitu są odmienne, można to zjawisko wykorzystać do kształtowania własności stali. 4.3.1.3. Uproszczony układ żelazo-węgiel

C 11480C 7270C 2300C %C

Rys. 34. Układ żelazo-węgiel [14, cz. 1 s. 87]

Układ żelazo-węgiel (ściślej mówiąc: układ żelazo-cementyt) jest wykresem zależności, jakie występują w stopie Fe-C w zależności od temperatury i procentowej zawartości węgla w stali. Rysunek 34 przedstawia jedynie jego część, nie wszystkie oznaczenia i określenia występujące na wykresie muszą być znane blacharzowi samochodowemu. Obok rysunku omówiono jedynie te jego elementy, które są niezbędne podczas wykonywania zadań zawodowych blacharza. Na podstawie układu żelazo-węgiel można określić strukturę (budowę wewnętrzną) stali w zależności od zawartości węgla i temperatury. A ponieważ poszczególne składniki strukturalne mają charakterystyczne dla siebie właściwości można dobierać gatunek stali do określonych wymagań, można także określać warunki różnych operacji podczas kształtowania właściwości stali, np. podczas obróbki cieplnej, plastycznej. Podczas omawiania operacji obróbki cieplnej (podrozdział 4.3.1.5) będziemy odnosili się do wykresu żelazo-węgiel. 4.3.1.4. Krystalizacja metali

zawartość węgla

-Linia ABC jest linią, powyżej której stal występuje w postaci cieczy. - Poniżej linii NJE stal jest ciałem stałym. -Pomiędzy liniami ograniczonymi punktami: Q,P,G i 0 (początek układu współrzędnych) występuje ferryt, o który opisano w rozdz. 4.3.1.2, a więc największa rozpuszczalność węgla w żelazie α określona jest przez pkt. P (0,0218%C) w temperaturze linii A1 7270C -Pomiędzy liniami ograniczonymi punktami G,S,E,J,N,G występuje austenit, o którym była mowa w pkt. 4.3.1.2, a więc największa rozpuszczalność węgla w żelazie γ określona jest przez pkt. E (2,11%C) w temperaturze 11480C, - Perlit jest mieszaniną dwóch składników: ferrytu i węgla (ściślej mówiąc ferrytu i cementytu Fe3C), jest to tzw. mieszanina eutektoidalna. - Stal o zawartości węgla określonej pkt. S (0,77%C) w temperaturze otoczenia posiada strukturę czysto perlityczną, stal o zawartości węgla mniejszej niż 0,77%C ma oprócz perlitu jeszcze ferryt, zaś stal o zawartości węgla większej niż 0,77%C ma oprócz perlitu węgiel w postaci cementytu.


Metale oraz ich stopy w temperaturze otoczenia przyjmują postać ciała stałego (w przeważającej większości), zaś ich otrzymywanie odbywa się poprzez przechodzenie ze stanu ciekłego w stały, czyli poprzez krzepnięcie. Cechą charakterystyczną metali jest budowa krystaliczna, czyli uporządkowane rozmieszczenie atomów w przestrzeni, zazwyczaj wg określonych figur geometrycznych. Zapytajmy się zatem, w jaki sposób z cieczy (gdzie nie występuje budowa krystaliczna) powstaje struktura krystaliczna podczas krzepnięcia oraz czy sposób krzepnięcia ma wpływ na właściwości metali oraz ich stopów. Schemat krystalizacji metali przedstawia rys. 35.

Rys. 35. Przebieg krystalizacji metali [14, cz. 1 s. 44]

Krzepnięcie metalu odbywa się podczas chłodzenia cieczy w charakterystycznej dla

danego metalu i stałej temperaturze. Początkiem krzepnięcia jest pojawianie się tzw. zarodków krystalizacji, którymi są, mówiąc w dużym uproszczeniu, skupiska atomów leżących blisko siebie i tworzących komórki elementarne. Wokół zarodków krystalizacji powstają kolejne komórki elementarne, aż do całkowitego uporządkowania atomów z cieczy do ciała stałego. Ponieważ zarodków krystalizacji podczas krzepnięcia jest wiele, powstają regularne układy komórek elementarnych o różnym ukierunkowaniu przestrzennym, tak jak to pokazuje ostatni (prawy) obraz na rysunku 35. W ten sposób powstają ziarna (rys. 36). Wielkość ziarna w danej objętości metalu zależy od ilości zarodków krystalizacji, im będzie ich więcej tym ziarno będzie mniejsze.

Rys. 36. Struktura ziarnista materiału [14, cz. 1 s. 38]


Rys. 37. Skala wzorców wielkości ziaren [14, cz. 1 s. 43]

Ilość ziaren oraz ich wzajemne przestrzenne ukierunkowanie ma wpływ na własności

materiału; można ogólnie stwierdzić, że: − materiały o strukturze drobnoziarnistej mają lepsze właściwości od materiałów

gruboziarnistych, − materiały, w których ziarna ukształtowane są w długie pasma, tzw. struktura włóknista

(rys. 38) wykazują zróżnicowane właściwości mechaniczne wzdłuż i w poprzek włókien w stosunku do działających sił zewnętrznych.

Na wielkość ziarna oraz jego kształt ma wpływ wiele czynników, będą one

przedstawione podczas omawiania metod kształtowania właściwości metali oraz podczas omawiania technologii kształtowania materiałów. W praktyce wielkość ziarna określa się numerem skali wzorcowej, (rys. 37). Podczas obserwacji metalu pod mikroskopem można porównać rzeczywistą ilość ziaren ze wzorcem.

Rys. 38. Włókniste ułożenie ziaren [2, s. 27]

4.3.1.5. Obróbka cieplna stali

Obróbka cieplna stali jest procesem mającym na celu kształtowanie właściwości stali na skutek oddziaływania temperatury i czasu. Rysunek 39 przedstawia ogólny przebieg obróbki cieplnej. Nagrzewanie i wygrzewanie odbywa się w piecach, natomiast chłodzenie może odbywać się: w wyłączonym piecu, na powietrzu, w olejach oraz w wodzie. Podczas obróbki cieplnej można zmieniać, w szerokich granicach, zarówno temperaturę obróbki, jak i czas poszczególnych operacji. 0C

nagrzewanie wygrzewanie chłodzenie


Rys. 39. Procesy obróbki cieplnej.

Podczas nagrzewania, wygrzewania i chłodzenia, w stali następują przemiany struktury wynikające z odmian alotropowych żelaza (patrz wykres żelazo-węgiel) oraz zmienia się wielkość ziarna stali, co ma ważne znaczenie dla właściwości stali.

Rysunek 40 przedstawia wpływ temperatury na wielkość ziarna stali. Z rysunku wynikają ważne informacje dla wykonującego obróbkę cieplną: − podczas ogrzewania stali, po przekroczeniu temperatury A1 (7270C – patrz wykres

żelazo-węgiel) następuje wyraźne rozdrobnienie ziarna, − dalszy wzrost temperatury powyżej A1 powoduje rozrost ziarna, − podczas chłodzenia stali drobnoziarnistej powstaje struktura drobnoziarnista, a ze

struktury gruboziarnistej, również struktura gruboziarnista.

Rys. 40. Wpływ temperatury stali na wielkość ziarna [3 s. 197]

Podczas wykonywania operacji obróbki cieplnej bardzo ważnym czynnikiem jest

szybkość chłodzenia, która może być bardzo wolna (chłodzenie razem z wyłączonym piecem), jak również bardzo szybka (np. włożenie wygrzanego przedmiotu do wody). Podczas chłodzenia wolnego przemiany strukturalne w stali zachodzą zgodnie z wykresem żelazo-węgiel, zupełnie inaczej zachowuje się stal podczas szybkiego i bardzo szybkiego chłodzenia, kiedy to z austenitu powstają nowe struktury: bainit lub martenzyt. Dlaczego zatem podczas takiego chłodzenia z austenitu nie powstaje perlit? Czym jest bainit i martenzyt?

Przemiana austenitu w perlit polega na przemianie alotropowej żelaza γ w żelazo α i zmianę siatki elementarnej żelaza (Komórki elementarne żelaza γ są regularne płaskocentrowane i mogą pomieścić więcej atomów niż komórki żelaza α, które są przestrzennie centrowane).


Gdy chłodzenie odbywa się powoli proces przemiany zachodzi bez zakłóceń, gdy szybkość chłodzenia jest duża, nadmiar atomów zawartych w żelazie γ pozostanie w komórkach elementarnych tworząc tzw. roztwór przesycony. W zależności od szybkości chłodzenia przesycenie może być zmienne i stąd struktura bainitu lub martenzytu.

Martenzyt jest, więc przesyconym roztworem węgla w żelazie α, charakteryzującym się bardzo dużą twardością oraz wysoką kruchością, niezależnie od twardości i kruchości stali, z której powstał. Ta ważna przemiana strukturalna wykorzystywana jest w operacjach obróbki cieplnej do zmiany właściwości stali.

W uproszczeniu procesy obróbki cieplnej można podzielić na: − wyżarzanie, − hartowanie, − odpuszczanie, − obróbka cieplno-chemiczna. Obróbka cieplna wyżarzania

Wyżarzanie jest rodzajem obróbki cieplnej polegającej na nagrzaniu materiału (stali) do ściśle określonej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze a następnie powolnym chłodzeniu (studzeniu). Istnieje wiele rodzajów wyżarzania, dla blacharza samochodowego ważne jest: − wyżarzanie normalizujące, − wyżarzanie perlityzujące, − wyżarzanie sferoidyzujące, − wyżarzanie rekrystalizujące, − wyżarzanie odprężające, Charakterystykę wymienionych rodzajów wyżarzania przedstawia tabela 4. Tabela 4 Charakterystyka metod wyżarzania

Rodzaj wyżarzania Sposób prowadzenia Zmiana właściwości i zastosowanie

Normalizujące

- Nagrzewanie stali do temperatury 30 – 500oC powyżej linii GSE, - Krótkie wygrzewanie, - studzenie na powietrzu

Rozdrobnienie ziarna – polepszenie właściwości mechanicznych Zastosowanie: stale konstrukcyjne, staliwa

Perlityzujące

- Nagrzewanie stali do temperatury powyżej linii A1, - Ostudzenie do temperatury poniżej linii A1, - Ponowne nagrzanie stali powyżej linii GSE.

Rozdrobnienie ziarna Zastosowanie: stosuje się do stali przed obróbką hartowania

Sferoidyzujące

- Nagrzewanie wahadłowe stali powyżej i poniżej linii A1, - Bardzo wolne chłodzenie do temp. ok. 6000C, - Dowolne chłodzenie do temp. otoczenia.

Sferoidyzacja cementytu Zastosowanie: stosuje się do stali celem polepszenia skrawalności i podatności na odkształcenia plastyczne, zmniejszenie twardości

Rekrystalizu- jące

- Nagrzanie stali poniżej temp. linii A1 ale powyżej temp. rekrystalizacji, - Wygrzewanie, - dowolne studzenie

Usuwa zgniot, zmniejsza twardość i wytrzymałość, polepsza własności plastyczne Zastosowanie: do stali po obróbce plastycznej na zimno

Odprężające

- Nagrzanie do temp. poniżej linii A1 (pon. 6500C), - Wygrzewanie, - Dowolne studzenie

Zmniejsza naprężenia własne wywołane w wyniku spawania, odlewania, obróbki cieplnej czy plastycznej. Zastosowanie: odprężanie elementów spawanych, odlewów staliwnych, odkuwek.


Obróbka cieplna hartowania Hartowanie jest rodzajem obróbki cieplnej polegającej na nagrzaniu stali o zawartości

węgla min. 0,3%C do temperatury powyżej linii A3 (patrz wykres żelazo-węgiel), wygrzaniu w tej temperaturze i następnym szybkim ochłodzeniu, tak by powstała struktura bainityczna lub martenzytyczna.

Celem hartowania jest podniesienie twardości i wytrzymałości stali. W celu otrzymania wysokiej szybkości chłodzenia, jako ciecze chłodzące stosuje się: wodę z dodatkiem soli kuchennej lub ługu sodowego, czystą wodę, olej, mgłę wodną oraz sprężone powietrze. Wtedy, gdy hartowaniu poddaje się całą objętość wyrobu mamy do czynienia z hartowaniem zwykłym, ale bardzo często stosuje się hartowanie powierzchniowe polegające na bardzo szybkim podgrzaniu jedynie wierzchniej części wyrobu i następnie równie szybkim ochłodzeniu. Hartowanie powierzchniowe powoduje, że wyrób posiada twardą i wytrzymałą powierzchnię oraz plastyczny rdzeń, a takie właściwości są korzystne dla wielu elementów maszyn. Odpuszczanie

W wyniku hartowania, oprócz polepszenia twardości i wytrzymałości materiału następuje również pogorszenie, i to znaczne plastyczności, czyli materiał staje się kruchy i mało odporny na obciążenia dynamiczne.

Odpuszczanie jest rodzajem obróbki cieplnej, dotyczącej materiałów uprzednio zahartowanych, polegającej na nagrzaniu materiału do temperatury poniżej linii A1, wygrzaniu i następnym ochłodzeniu z dowolną prędkością. Celem odpuszczania jest: − w przypadku odpuszczania niskiego (temperatura odpuszczania 150 -2000C), usunięcie

naprężeń hartowniczych, przy zachowaniu twardości i wytrzymałości, − w przypadku odpuszczania średniego (temperatura odpuszczania 250 – 5000C),

polepszenie sprężystości materiału przy niewielkim spadku wytrzymałości, − w przypadku odpuszczania wysokiego (temperatura odpuszczania pow. 5000C ale poniżej

linii A1), wyraźne polepszenie plastyczności materiału przy spadku wytrzymałości. Obróbka cieplna hartowania i odpuszczania wysokiego nazywa się ulepszaniem cieplnym, obróbka ta stanowi optymalny kompromis pomiędzy właściwościami mechanicznymi stali. Obróbka cieplno-chemiczna

Specyficznym rodzajem obróbki cieplnej jest obróbka cieplno-chemiczna polegająca na nasycaniu wierzchniej warstwy stali, jednym lub kilkoma pierwiastkami w połączeniu z zabiegami cieplnymi mająca na celu zmianę składu chemicznego, struktury i właściwości wierzchniej warstwy materiału. Wśród najbardziej rozpowszechnionych rodzajów obróbki cieplno-chemicznej można wyróżnić: − nawęglanie, − azotowanie, − cyjanowanie. Nawęglanie to wprowadzanie do wierzchniej warstwy (0,5 -2,5 mm) wyrobu wykonanego ze stali niskowęglowej (0,1 – 0,2%C), obrobionego mechanicznie, węgla w temperaturze występowania austenitu. Celem nawęglania jest takie podniesienie zawartości węgla w wierzchniej warstwie wyrobu, by możliwe było hartowanie. Przedmioty po nawęgleniu poddaje się hartowaniu a następnie odpuszczaniu niskiemu, co zapewnia bardzo dobre własności: wysoką twardość i wytrzymałość powierzchni elementu maszyny, plastyczny i odporny na siły dynamiczne rdzeń oraz brak naprężeń wewnętrznych.


Azotowanie to proces wprowadzania do warstwy wierzchniej gotowej części maszyny, uprzednio ulepszonej cieplnie, azotu. W wyniku azotowania warstwa wierzchnia wykazuje bardzo dobre właściwości mechaniczne i eksploatacyjne: wysoka twardość, odporność na zużycie oraz odporność korozyjna. Azotowanie przeprowadza się w temperaturze 500 – 600oC. Cyjanowanie to proces równoczesnego nawęglania i azotowania, element poddany cyjanowaniu wykazuje pozytywne właściwości nawęglania i azotowania, pod warunkiem, że poddany zostanie hartowaniu. Wykorzystanie zabiegów cieplnych w pracach blacharskich

Podczas wykonywania zadań zawodowych, blacharz samochodowy rzadko wykonuje typowe operacje obróbki cieplnej, natomiast może wykorzystywać zabiegi nagrzewania, wygrzewania i chłodzenia do napraw blach karoseryjnych.

Typowym przykładem zastosowania zabiegów cieplnych może być termiczne usuwanie wgnieceń blachy. Rysunki 41 i 42 przedstawiają sposoby usuwania wgnieceń przy pomocy nagrzewania palnikiem acetylenowo-tlenowym.

Rys 41. Termiczne usuwanie wgniecenia blachy [7, cz. 3 s. 36], A – strefy wgniecenia, B – obrys uszkodzenia, na rysunku prawym strzałkami zaznaczono kierunki prowadzenia palnika

Technika miejscowego nagrzewania wykorzystywana do usuwania wgnieceń i

wybrzuszeń blachy polega na nagrzaniu miejsca wgniecenia do temperatury ok. 8000C, przez co blacha staje się plastyczna. Wokół nagrzanego miejsca jest blacha zimna, powoduje to powstawanie znacznych naprężeń ściskających, które w połączeniu z plastycznym wgnieceniem powoduje jego usunięcie lub zmniejszenie. Dodatkowym czynnikiem może być naprzemienne nagrzewanie uszkodzenia i jego intensywne chłodzenie. Innym sposobem usuwania wgniecenia jest zastosowanie palnika i dużego, masywnego pilnika, rys. 42.

Rys. 42. Usuwanie wgnieceń przy pomocy palnika i pilnika [7, cz. 3 s. 37]


Nagrzewanie blach cienkich wymaga kunsztu zawodowego i wiedzy, tak by nie spowodować przegrzania blachy lub jej przepalenia. Podczas pracy należy przestrzegać następujących zasad: − płomień palnika powinien być w odległości nie mniejszej niż ok. 20 mm od blachy, − blachę należy nagrzewać do temperatury ok. 8000C (jest to tzw. temperatura wiśniowego

żaru), w przypadku głębszych wgnieceń; dla płytkich wybrzuszeń wystarczy, ze blachę nagrzejemy do koloru niebieskiego,

− należy ogrzewać tylko wgniecenie, najlepiej ruchem spiralnym w kierunku środka wgniecenia, rys. 41,

− gdy po czynności nagrzewania następują inne czynności, należy je wykonywać natychmiast po nagrzaniu.

4.3.2. Pytania sprawdzające

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

1. Jakie czynniki mają wpływ na kształtowanie własności metali? 2. Co to jest anizotropia żelaza? 3. Jakie znasz składniki strukturalne stali? 4. W jaki sposób przebiega krystalizacja metali? 5. Jaki wpływ na własności ma wielkość i kształt ziaren? 6. Jakie znasz procesy obróbki cieplnej? 7. Na czym polega wyżarzanie (odpowiedz na wybranym przykładzie)? 8. Co to jest martenzyt? 9. Co to jest odpuszczanie? 10. Co to jest ulepszanie cieplne? 11. W jakim celu prowadzi się nawęglanie? 12. W jaki sposób wyrównuje się wgniecenia przez nagrzewanie blachy? 13. Jakimi zasadami należy się kierować podczas wyrównywania blach palnikiem

acetylenowo-tlenowym? 4.3.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Narysuj w rzucie aksonometrycznym 5 pojedynczych komórek elementarnych żelaza Feα leżących obok siebie zaznaczając środki atomów.


1) narysować pojedynczą komórkę żelaza α, 2) dorysować 4 kolejne figury geometryczne stykające się ze sobą, 3) zaznaczyć w postaci małych kółek miejsca rozmieszczenia atomów.

Wyposażenie stanowiska pracy: − przyrządy kreślarskie, − materiały piśmienne. Ćwiczenie 2


Zaznacz na wykresie żelazo – węgiel zakresy temperatur rodzajów wyżarzania, hartowania i odpuszczania stali.


1) wyszukać stosowne temperatury, 2) na przygotowanym szablonie wykresu żelazo – węgiel zaznaczyć w formie grubych linii

zakresy temperatur.

Wyposażenie stanowiska pracy: − przyrządy kreślarskie, − materiały piśmienne. − szablon wykresu żelazo-węgiel. Ćwiczenie 3

Wykonaj próbę wyprostowania zgiętej blachy cienkiej przy pomocy palnika acetylenowo-tlenowego.


1) zapoznać się z przepisami bhp obowiązującymi podczas prac spawalniczych, 2) zastosować środki ochrony osobistej spawacza, 3) wykonać kilka prób zapalenia, regulacji płomienia i zgaszenia palnika, 4) na próbce blachy wykonać kilka prób podgrzewania blachy na kolor niebieski i wiśniowy

żar, 5) prostokątny pas blachy zgiętej wzdłuż linii prostej wyprostować przy pomocy palnika.

Wyposażenie stanowiska pracy: − środki ochrony osobistej spawacza, − stanowisko do prac spawalniczych palnikiem acetylenowo-tlenowym, − próbki blach do nauki ogrzewania blachy do określonej temperatury, − próbki blach zgiętych, − instrukcje obsługi i bhp. 4.3.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz:

Tak Nie

1) scharakteryzować czynniki wpływające na własności stali? 2) zaplanować operację wybranego rodzaju wyżarzania? 3) usunąć niewielkie wgniecenie w blasze? 4) wykorzystać informacje zawarte na wykresie żelazo-węgiel?


4.4. Zastosowanie i zabezpieczanie materiałów wykorzystywanych w blacharstwie samochodowym

4.4.1. Materiał nauczania

Świadome stosowanie materiałów ma aspekt techniczny oraz ekonomiczny, a być może i ekologiczny. Zastosowanie w konkretnych warunkach techniczno-eksploatacyjnych tego a nie innego materiału ma niewątpliwie aspekt techniczny, bowiem znajomość cech konstrukcyjnych materiału ma niewątpliwie znaczenie decydujące. Materiał musi odpowiadać wymaganiom technicznym, musi być wytrzymały, twardy, odporny, podlegać technologii kształtowania, powinien spełniać wymagania estetyczne. Ale czy tylko wzgląd techniczny ma znaczenie?

Wydaje się, że nie tylko, bowiem zastosowanie każdego materiału musi być ekonomicznie uzasadnione. Koszt materiałów zawartych w urządzeniu technicznym stanowi znaczącą pozycję. Stosowanie materiałów kosztownych powoduje, że urządzenie techniczne jest drogie, zatem niekonkurencyjne, a co za tym idzie niepotrzebne, bo nie mające nabywców. Na koniec, ostatni z aspektów, aspekt ekologiczny.

Każdy pracownik musi mieć świadomość, że wszelkie obiekty techniczne, a więc i materiały, prędzej czy później stają się złomem, czymś nieprzydatnym. Jeśli okaże się, że ilość złomu (w tym i zanieczyszczeń) zaczyna zagrażać normalnemu życiu przeciętnego człowieka to okazuje się, że aspekt ekologiczny materiałów ma znaczenie i to olbrzymie. Dokonując wyboru danego materiału powinniśmy uwzględnić, w jakim stopniu ten materiał będzie wpływał na środowisko naturalne, czy istnieje możliwość recyklingu tego materiału, a może zastąpić ten materiał innym, nie tak uciążliwym dla środowiska?

Poniżej, w kolejnych podrozdziałach przedstawiono charakterystykę i zastosowanie wybranych materiałów wykorzystywanych w pracach blacharza samochodowego. 4.4.1.1. Stopy żelaza Klasyfikacja stali

Wśród wielu klasyfikacji stali na uwagę zasługują dwie: podział stali wg składu chemicznego oraz wg zastosowania.

Wg składu chemicznego stale dzielą się na: − stale niestopowe (węglowe), − stale stopowe.

Wg zastosowania stale można podzielić na: − stale konstrukcyjne, − stale narzędziowe, − stale o szczególnych własnościach.

Stale niestopowe to stopy żelaza z węglem (do 2% C) oraz innymi pierwiastkami o zawartości nie przekraczającej wartości określonych w normach (tabela 5).

Stale stopowe to stopy żelaza z węglem oraz co najmniej jednym pierwiastku celowo wprowadzonym do stali, by zmienić jego własności.

Stale konstrukcyjne to stopy żelaza z węglem przeznaczone do budowy maszyn i urządzeń.

Stale narzędziowe to stopy żelaza z węglem przeznaczone na narzędzia, Stale o szczególnych własnościach to stopy żelaza z węglem przeznaczone w budowie

maszyn pracujących w specyficznych warunkach, np. w podwyższonych temperaturach, w środowisku silnie korodującym.


Określone gatunki stali łączą w sobie wiele kryteriów podziału, i tak np. istnieją stale niestopowe konstrukcyjne czy stale stopowe narzędziowe. Charakterystyka i oznaczanie wybranych stali

Stale konstrukcyjne niestopowe są najbardziej popularnymi stalami, tabela 5 opisuje ich główne właściwości. Stale te wytwarzane są zazwyczaj w postaci kształtowników i blach, nie podlegają obróbce cieplnej oraz są stosowane na mniej odpowiedzialne elementy konstrukcyjne.

Tabela 5. Stale niestopowe konstrukcyjne [3, s. 391]

Oznaczenie tych stali (tabela 5) składa się z symbolu St, po którym występuje liczba od 0

do 7 określająca gatunek stali (liczba ta pośrednio informuje o składzie chemicznym i wytrzymałości) i następnie występuje litera lub litery określająca szczególną właściwość stali, np. litera S oznacza, że stal jest spawalna.

Stale niestopowe narzędziowe stosowane są na proste narzędzia skrawające, tabela 6 przedstawia własności niektórych z tych stali.

Tabela 6. Wybrane przykłady stali niestopowych narzędziowych [3, s. 398]

Oznaczenie stali składa się z symbolu „N”, liczby określającej przybliżoną zawartość węgla w dziesiętnych częściach % oraz symbolu „E” gdy jest to stal płytko hartująca się. W tabeli 7 zestawiono podstawowe zastosowanie stali niestopowych.


Tabela 7. Właściwości i zastosowanie stali niestopowych [14, cz. 1, s. 101, 102]


Stale stopowe stanowią niewielką część produkowanej stali (ok. 15%), w stalach stopowych oprócz pierwiastków występujących w każdej stali (żelazo i węgiel – główne składniki stali, Si, Mn – domieszki, F, S – zanieczyszczenia) występują dodatki stopowe, pierwiastki, które celowo wprowadza się do stali by zmienić ich strukturę i własności. Do podstawowych dodatków stopowych zalicza się pierwiastki: Cr, Ni, Mn, Si, W, Mo, V, Al., Cu, Nb, Ti, B. Tabela 8 przedstawia właściwości popularnej stali stopowej: stali stopowej konstrukcyjnej do ulepszania cieplnego natomiast tabela 9 stale stopowe narzędziowe.

Tabela 8. Właściwości i zastosowanie wybranych stali stopowych konstrukcyjnych [14, cz. 1 s. 105]

Tabela 9. Właściwości i zastosowanie wybranych stali stopowych narzędziowych [14, cz.1, s. 107]

Staliwa i żeliwa to stopy odlewnicze. Staliwa podobnie jak stal dzielą się na: węglowe

i stopowe, przykład oznaczania i właściwości staliw węglowych przedstawiono w tabeli 10. Tabela 10. Właściwości staliw węglowych [3, s. 465]


Żeliwa dzielą się na: żeliwa szare i żeliwa białe; w żeliwie szarym węgiel występuje pod postacią grafitu, w żeliwie białym pod postacią cementytu Fe3C. Żeliwa szare wykorzystuje się powszechnie do wykonywania wyrobów w postaci odlewu, przykłady zastosowania to np. kaloryfery, rury kanalizacyjne, kadłuby maszyn. Żeliwa białe ze względu na swe niekorzystne właściwości wykorzystuje się jedynie do produkcji żeliwa ciągliwego poprzez obróbkę cieplną. Zestawienie właściwości żeliwa szarego obrazuje rys. 43.

Rys. 43. Właściwości żeliwa szarego [14, cz.1, s. 113]

4.4.1.2. Przykłady zastosowania stopów żelaza w budowie samochodu

Udział materiałów stalowych w masie samochodu jest przytłaczający, ok. 60% masy samochodu to stopy żelaza: stale, żeliwa i staliwa (patrz rysunek 44).

Rys. 44. Udział masowy różnych materiałów w samochodzie [16]

Większość nadwozia samochodu stanowią stalowe wytłoczki, wiele korpusów zespołów to odlewy żeliwne. By spełnić niejednokrotnie wysokie wymagania, jakie się stawia poszczególnym częściom samochodowym, wykonuje się je ze stali stopowej, poddaje zabiegom obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej oraz specjalnym zabiegom obróbki plastycznej. Na rysunkach 45 – 48 przedstawiono charakterystyczne części i elementy samochodowe.


a)

b) c) Rys. 45 Tłoczone elementy nadwozia [16]

a) typowe nadwozie samochodu osobowego wykonane z tłoczonych blach karoseryjnych, b) drzwi samochodowe wykonane z wielu profili tłoczonych połączonych zgrzewaniem punktowym,

c) skomplikowana wytłoczka w postaci płyty podłogowej.

a)

b) c)

Rys. 46. Przykłady części samochodowych wykonanych ze stali poddanej uszlachetnieniu oraz z żeliwa [16] a) przykłady części samochodowych, których powierzchnia została nawęglona i następnie ulepszona cieplnie (taki zabieg powoduje, że części te mają powierzchnię twardą i odporną na ścieranie, wnętrze zaś (rdzeń) jest

miękki i odporny na uderzenia, b) przykłady części samochodowych w postaci odlewów żeliwnych,

c) korbowód silnika jako przykład części poddanej obróbce zwanej kuciem.


a) b) c) Rys. 47. Przykłady części samochodowych wykonanych ze specjalnych stali stopowych [16]

a) sprężyny samochodowe wykonane ze specjalnej stali sprężynowej, b) oś tylna wykonana jako jedna całość,

c) przewód paliwowy wysokociśnieniowy jako jednolita odkuwka

a) b)

Rys. 48. Przykłady elementów samochodowych wykonanych ze stali specjalnych [16] a) elementy układu wydechowego silnika wykonane ze stali żaroodpornej i nierdzewnej, b) łożyska toczne wykonywane ze specjalnych stali odpornych na wysokie naciski, duże

obciążenia mechaniczne i wysoką temperaturę. 4.4.1.3. Materiały nieżelazne Aluminium i jego stopy

Czyste aluminium wykorzystuje się w elektrotechnice (np. druty) oraz w przemyśle spożywczym (np. folie), w innych przemysłach stosuje się stopy aluminium, głównie z krzemem, miedzią, manganem i niklem.

Stopy aluminium dzieli się na: − stopy odlewnicze, − stopy do obróbki plastycznej. Właściwości i zastosowanie odlewniczych stopów aluminium przedstawia tabela 11. Tabela 11. Właściwości wybranych stopów aluminium [13, s. 75]


Do popularnych stopów aluminium przeznaczonych do obróbki plastycznej zalicza się: − aluman – stop aluminium z manganem – charakteryzujący się bardzo dobrą podatnością

na obróbkę plastyczną, dobrze spawalny i odporny na korozję, stosowany na blachy, rury i kształtki, głównie w przemyśle spożywczym,

− hydronalium – grupa stopów aluminium z magnezem i manganem – charakteryzująca się dobrą spawalnością i plastycznością, stosowana jako blachy i kształtowniki na średnio obciążone elementy konstrukcyjne,

− dural – wspólna nazwa stopów Al., Cu, Mg oraz Al., Zn, Mg, Cu – charakteryzująca się dość znaczną wytrzymałością mechaniczną, praktycznie niespawalne, słabo odporne na korozję, stosowane w postaci blach, kształtowników i odkuwek na silnie obciążone elementy maszyn.

Stopy aluminium znalazły szerokie zastosowanie w budowie samochodu: jako odlewy stosuje się je w postaci tłoków silników spalinowych, kadłuby i głowice, obręcze kół, części układu hamulcowego; obrobione plastycznie znajdują zastosowanie jako konstrukcja szkieletowa nadwozia samochodowego. Na rysunkach: 27, 28 oraz 49 przedstawiono przykłady wyrobów samochodowych wykonanych ze stopów aluminium. a) b)

Rys. 49. Przykłady zastosowania stopów aluminium do budowy samochodu [16] a) nadwozie szkieletowe samochodu Audi wykonane z cienkościennych profili aluminiowych, b) obręcz koła wykonana metodą odlewania oraz obrobiona obróbką skrawaniem

Miedź i jej stopy

Czysta miedź ma bardzo dobre właściwości plastyczne, przewodnictwo cieplne i elektryczne, jej właściwości mechaniczne są niewielkie, w stanie czystym stosowana przede wszystkim w elektrotechnice. Główne stopy miedzi to: − mosiądze, − brązy.

Mosiądz to stop miedzi z cynkiem, charakteryzuje się odpornością na korozję, plastycznością, dobrą lejnością i skrawalnością. Mosiądze można spawać oraz lutować.

Brąz to stop miedzi z cyną lub z aluminium lub z manganem lub z innymi pierwiastkami. Brązy można odlewać oraz obrabiać plastycznie. Najpopularniejsze zastosowanie znalazły brązy cynowe. Tablica 12 przedstawia przykłady mosiądzów do obróbki plastycznej, zaś tablica 13 brązy obrabiane plastycznie.


Tabela 12 Właściwości i zastosowanie mosiądzów [14, cz. 1, s. 123]

Tabela 13. Właściwości i zastosowanie brązów [14, cz. 1, s. 125]

Stopy lutownicze Stopy stosowane do lutowania nazywa się lutami, dzielą się na luty miękkie i luty twarde.

Luty miękkie to stopy cyny i ołowiu, stosowane są w temperaturze 200 – 300oC, mają niewielką wytrzymałość. Luty twarde to np. mosiądze, brązy cynowe, brązy krzemowe, ich temperatura topnienia to ok. 7000C, złącze lutu twardego cechuje znaczna wytrzymałość. Stopy łożyskowe

To stopy ołowiu, cyny i antymonu oraz innych pierwiastków, Struktura stopów łożyskowych powinna składać się z miękkiej i podatnej na obciążenia osnowy (tę rolę pełni w stopie cyna lub ołów) oraz twardego wypełnienia powierzchni, odpornego na ścieranie (tę rolę pełni antymon). Przykłady stopów łożyskowych podaje tabela 14.


Tabela 14. Zastosowanie stopów łożyskowych [13, s. 79]

4.4.1.4. Tworzywa sztuczne Klasyfikacja tworzyw sztucznych

Masa współczesnego samochodu osobowego zawiera ok. 10% tworzyw sztucznych, zwarzywszy, że tworzywa sztuczne mają stosunkowo niewielką gęstość, jest to liczba znacząca. Na rysunku 50 przedstawiono przykłady jedynie zewnętrznych elementów samochodu wykonanych z tworzyw sztucznych. Wnętrze samochodu zawiera ich znacznie więcej.

Rys. 50 Przykłady tworzyw sztucznych w samochodzie [16], oznaczenia jak w tabeli 15

Z użytkowego punku widzenia tworzywa sztuczne można podzielić na:

a) plastomery, b) elastomery. Plastomery cechuje wydłużenie w temperaturze pokojowej, zwykle nie przekraczające 100%, można je z kolei podzielić na: − termoplasty, − duroplasty.


Elastomery charakteryzuje skłonność do dużych wydłużeń w temperaturze pokojowej, powyżej 100% oraz sprężystość, czyli powracanie do pierwotnej postaci po ustaniu obciążenia. Termoplasty cechuje zjawisko przechodzenia w stan plastyczny pod wpływem temperatury oraz twardnienia wraz z obniżaniem temperatury. Ta cenna właściwość termoplastów umożliwia ich łatwą i wielokrotną przeróbkę oraz wykorzystanie odpadów podczas wytwarzania. Duroplasty nie wykazują własności termoplastów i utwardzają się, albo w wyniku temperatury, albo pod działaniem utwardzaczy, w związku z czym duroplasty można podzielić na: − tworzywa termoutwardzalne, − tworzywa chemoutwardzalne. Charakterystyka i zastosowanie tworzyw sztucznych

Wybrane tworzywa termoplastyczne Polietylen (PE) cechuje odporność na działanie wody i większość środków chemicznych, jest dobrym izolatorem, może być stosowany w zakresie temperatur -70 do +700C. Stosowany głównie w gospodarstwie domowym, w technice stosowany w elektrotechnice, w odniesieniu do samochodów stosowany jest do obudów akumulatorów. Polipropylen (PP) cechuje wysoka odporność na chemikalia i siły udarowe, jest izolatorem, może być stosowany w temperaturach -5 do +1000C. Znalazł zastosowanie przede wszystkim w przemyśle medycznym oraz jako osłony i obudowy. Polichlorek winylu (PVC) jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych tworzyw sztucznych, występuje w postaci czystego PVC oraz jako modyfikowany z dodatkiem różnych substancji. Posiada dobre własności mechaniczne, izolacyjne, odporny na związki chemiczne, niepalny, może być stosowany w temperaturach: -30 do + 1000C. Zastosowanie polichlorku winylu jest bardzo różnorodne: elektrotechnika, przemysł samochodowy, gospodarstwo domowe, przemysł instalacyjny. Poliamidy (PA) są twarde i odporne na ścieranie, wykazują dobre właściwości mechaniczne, mogą pracować w temperaturach: -40 do +1000C. W przemyśle motoryzacyjnym stosowane do mniej odpowiedzialnych łożysk, kół zębatych, zbiorników paliwa, ale przede wszystkim jako tkanina kordowa opon samochodowych oraz pasów bezpieczeństwa. Polimetakrylan butylu (PUMA) cechuje bardzo dobra przezroczystość, nazywany szkłem organicznym, w przemyśle samochodowym stosowany w produkcji bezpiecznych szyb warstwowych Wybrane tworzywa termoutwardzalne Fenoplast (bakelit) jeden z najstarszych tworzyw sztucznych, zastosowanie bardzo zróżnicowane: składnik klejów, jako spoiwo tarcz ściernych, wtyczki, gniazdka elektryczne, tarcze sprzęgłowe, okładziny hamulcowe, jako laminaty tkanin. Aminoplast stosuje się dziś powszechnie jako płyty stanowiące wykładziny mebli, ścian oraz wyposażenie wagonów i autobusów. Wybrane tworzywa chemoutwardzalne Żywica poliestrowa stosowana jest w produkcji laminatów, ma wysokie własności mechaniczne i antykorozyjne, dlatego też znalazła zastosowanie w budowie kadłubów łodzi, w budowie szybowców, pokryć dachów oraz jako części nadwozi samochodowych, autobusów i przyczep campingowych. Poliestry ze względu na bardzo dobre własności izolacyjne stosuje się jako izolatory wysokiego napięcia oraz obudowy silników elektrycznych.


Żywica epoksydowa produkowana w postaci laminatu ma zastosowanie na elementy nadwozi samochodowych oraz innych pojazdów. Wybrane elastomery Guma jest powszechnie używanym elastomerem zmodyfikowanym w procesie wulkanizacji. Do produkcji gumy stosuje się kauczuki syntetyczne, tzw. kopolimery, do których dodaje się zmiękczacze, napełniacze, inne środki oraz siarkę. Ukształtowaną gumę na kształt wyrobu (np. opona samochodowa) poddaje się procesowi wulkanizacji w określonej temperaturze i ciśnieniu. Po wulkanizacji guma wykazuje trwałe własności sprężyste. Ilość dodanej siarki ma decydujące znaczenie dla twardości gumy, im więcej siarki tym guma jest twardsza. Zastosowanie gumy nie wymaga uzasadnienia, można stwierdzić, że nie ma chyba takiej dziedziny techniki i życia codziennego, gdzie nie występowałyby wyroby gumowe. W przemyśle samochodowym guma znalazła zastosowanie jako ogumienie pneumatyczne, wszelkiego rodzaju uszczelki i uszczelnienia oraz jako przewody i rury. Przetwórstwo tworzyw sztucznych

Podobnie, jak metale, tworzywa sztuczne można kształtować różnymi technologiami przetwarzania. Większość metod przetwórstwa tworzyw sztucznych jest podobna do metod stosowanych dla metali i stopów metali. Do najważniejszych technologii kształtowania tworzyw sztucznych można zaliczyć: − odlewanie, − prasowanie, − wtryskiwanie, − wytłaczanie, − walcowanie. Rozpoznawanie tworzyw sztucznych a) poprzez identyfikację oznaczenia tworzywa sztucznego, Najbardziej wiarygodnym sposobem identyfikacji tworzywa sztucznego jest odczytanie jego

kodu – skrótowego oznaczenia. W produkcji przyjęto określone symbole na oznaczanie tworzyw sztucznych, nie wszystkie firmy stosują się do tych zasad, czego przykładem mogą być tabela 15. Na wewnętrznej stronie wyrobów wykonanych z tworzyw sztucznych wytwórca podaje znaki identyfikacyjne tworzywa (rys. 51, porównajcie także z rysunkiem 50). Tabela 15. Oznaczenia tworzyw sztucznych [16


Rys. 51. Kody identyfikujące tworzywa sztuczne [16]

na rysunku górnym widać napis “ABS”, na rysunku dolnym “PPT”

Tabela 16. Identyfikacja tworzyw sztucznych [16]


b) poprzez wygląd zewnętrzny, Orientacyjne rozpoznanie tworzywa sztucznego jest także możliwe poprzez jego oględziny

zewnętrzne oraz próbę elastyczności, tabela 16 przedstawia typowe tworzywa sztuczne oraz ich charakterystyczny wygląd: c) poprzez próbę palności oraz z zastosowaniem płynów testowych, Próba palności polega na umieszczeniu wióra tworzywa sztucznego (o długości ok. 2 cm)

w płomieniu zapałki lub zapalniczki i obserwacji próbki. Jeszcze innym sposobem jest próba pływania w wodzie oraz próba oddziaływania próbki na różne związki chemiczne. Tabela 17 objaśnia zachowanie się wybranych tworzyw sztucznych.

Tabela 16. Identyfikacja tworzyw sztucznych [16] – ciąg dalszy


Poniżej przedstawiono zastosowanie tworzyw sztucznych na typowe elementy wyposażenia samochodu:

Tabela 17. Próby na tworzywach sztucznych [16]

4.4.1.5. Wybrane materiały ceramiczne Szkło

Głównym składnikiem, tzw. szkłotwórczym, szkła jest krzemionka SiO2, (nie mniej niż 50%) ponadto w skład struktury szkła wchodzą modyfikatory oraz tzw. tlenki pośrednie. Właściwości szkła to: − przezroczystość, z możliwością regulacji stopnia załamania światła, − możliwość barwienia, − izolacyjność elektryczna i cieplna, − dla niektórych odmian odporność na wysoką temperaturę.

W samochodach szkło znalazło zastosowanie w oknach nadwozia oraz jako osłona reflektorów. Szyby samochodowe muszą być wykonywane z tzw. szkła bezpiecznego w przypadku ich rozbicia. Szyby samochodowe wykonuje się obecnie jako:

Nazwa Symbol Zastosowanie

Akrylonitryl-Butadien-

Styren

ABS Pasy przednie

Poliwęglan PC Zderzaki, spoilery

Poliamid PA Kołpaki, wloty powietrza

Polibutyl-tereftalan

PBTP Spoilery

Polipropylen PP Zderzaki Polipropylen-

etylen-propylen-dien-

monomer

PP/EPDM Zderzaki, spoilery

Polifenylen PPO Spoilery, lusterka

Ninasycony polyester,

wzmocnione włókno szklane

UP GRF Pokrywy, pasy przednie

Lekko sztywny poliuretan

PUR lekko sztywny

Zderzaki, spoilery

Sztywny poliuretan

PUR sztywne Ramki okien


− hartowane jednowarstwowe, − klejone wielowarstwowe.

Szkło hartowane jednowarstwowe wytwarza się w wyniku ochładzania gorącej tafli szklanej strumieniem powietrza. Powoduje to powstanie wewnątrz szkła wewnętrznych naprężeń, co z kolei powoduje, że w wyniku kolizji szkło rozpada się na bardzo wiele małych kawałków, nie stanowiąc zagrożenia dla pasażerów. Jednak ta właściwość szkła hartowanego ma też pewną wadę, występuje ona przy niewielkich uderzeniach, kiedy to szyba nie rozpada się tylko pęka na wiele kawałków i traci przejrzystość utrudniając widoczność kierowcy.

Szkła klejone składają się z dwóch tafli szklanych, między którymi umieszcza się folię z tworzywa sztucznego (tzw. szkło organiczne – czytaj w pkt. 4.4.1.4). Taka szyba po rozbiciu pęka podobnie jak zwykła szyba, ale nie rozpada się i nie traci przejrzystości, co eliminuje wadę szkła hartowanego. Współczesne szyby samochodowe cechuje ponadto: − stosowanie szkieł chroniące wnętrze samochodu przed nadmiernym nagrzewaniem

słonecznym, − napylanie warstw metalicznych, co umożliwia ich rozmrażanie lub może pełnić rolę

anteny radiowej, − stosowanie substancji światłoczułych powodujących samoczynne przyciemnianie

podczas intensywnego nasłonecznienia. W przypadku szkieł reflektorowych ważne jest by było ono odporne na duże różnice temperatur panujące po obu stronach szyby oraz by było wytrzymałe mechanicznie na możliwość uderzeń piasku i żwiru z jezdni podczas jazdy. Materiały spiekane

Powstają z proszków metali, niemetali oraz innych związków przez spiekanie w wysokiej temperaturze bez roztapiania głównego składnika. Proces otrzymywania spieków obejmuje: − wytworzenie proszku lub mieszaniny proszków, − przygotowanie proszku, − formowanie proszku na zimno, − spiekanie, − obróbkę wykańczającą. Materiały spiekane znalazły zastosowanie jako: − materiały łożyskowe, ze względu na dużą porowatość i nasycanie środkiem smarnym

przy wysokiej wytrzymałości, − materiały cierne w sprzęgłach hamulcach jako alternatywa dla materiałów azbestowych, − materiały narzędziowe wykazujące cenne właściwości charakterystyczne dla narzędzi

skrawających: odporność na ścieranie, trwałość cieplna, wysoka twardość w temperaturach nawet 800 – 10000C.

4.4.1.6. Blachy na nadwozia

Najbardziej popularnym materiałem w tłocznictwie jest stal miękka o zawartości węgla 0,05 – 0,15%C. Na nadwozia samochodowe nadają się blachy cienkie, tzn. takie których grubość nie przekracza 2,5 mm, określone normą PN- 87/H-92143. Wymagania stawiane blachom nadwoziowym

Powierzchnia blachy nadwoziowej nie powinna mieć pęknięć, rozwarstwień, wtrąceń niemetalicznych i łuski. Chropowatość blach nie może przekraczać wartości określonych w tabeli 18


Tabela 18. Stopień chropowatości blach nadwoziowych [6, s. 33]

Blachy nadwoziowe powinna cechować odporność na starzenie, co uzyskuje się przez

dodawanie dodatku odtleniającego, np. aluminium podczas wytwarzania stali. Struktura stali powinna być ferrytyczna o ziarnach wydłużonych, o wielkości ziarna 7 lub mniejszej (patrz rys. 37).Właściwości blach nadwoziowych opisuje tabela 19.

Tabela 19. Własności mechaniczne i technologiczne blach nadwoziowych [6, s. 34]

Polska norma: PN-87/H-92143 określa wymiary arkuszy blach, dopuszczalne odchyłki

grubości oraz wiele innych parametrów, przykładem niech będą tabele: 20 i 21.

Tabela 20. Wymiary arkuszy blach [6, s. 33]


Podział i oznaczanie blach nadwoziowych Blachy dostarcza się w postaci:

− blach w arkuszach – bez oznaczenia, − blach w kręgach – oznaczana symbolem K, − taśm ciętych z blach – oznaczana symbolem c.

Ze względu na jakość blach i taśm można wyróżnić: − blachy Ia – najwyższej jakości przeznaczone na zewnętrzne elementy nadwozia

samochodu osobowego, − blachy Ib - dobrej jakości przeznaczone na widoczne wewnętrzne elementy nadwozia

samochodu osobowego i zewnętrzne elementy innych pojazdów, − blachy II – zwykłej jakości przeznaczone na wewnętrzne elementy nadwozia.

Ze względu na własności tłoczne i mechaniczne, blachy i taśmy dzieli się na: − blachy kategorii USB – na najtrudniejsze wytłoczki, − blachy kategorii SSB – na szczególnie trudne wytłoczki, − blachy kategorii SB –na bardzo trudne wytłoczki, − blachy kategorii B – bardzo głębokotłoczone, − blachy kategorii G – głębokotłoczone,

Ze względu na dokładność wykonania blachy dzielimy na: − blachy „wg” – wysoka dokładność wykonania, − blachy „pg” – podwyższona dokładność wykonania, − blachy „bez oznaczenia” – zwykła dokładność wykonania.

Ze względu na gładkość powierzchni, blachy wykonuje się jako: gładkie (g), matowe (m), chropowate (r) i zwykłe (bez oznaczenia).

Tabela 21. Odchyłki grubości blach do tłoczenia [6, s. 34]

W budowie nadwozi samochodowych coraz częściej stosuje się blachy ocynkowane. Grubość warstwy cynku określa się jako masę cynku przypadającą na 1m2 powierzchni blachy i wyróżnia blachy: 100, 200, 275, 350, 450g/m2 oraz oznacza odpowiednio: 100, 200, 275, 350 i 450.

W zależności od rodzaju powłoki cynku rozróżnia się blachy ocynkowane: − Z – blachy o powłoce cynku z kwiatem,


− ZM – blachy o powłoce cynku ze zmniejszonym kwiatem, − W – blachy o powłoce cynku wygładzonej, − ZS – blachy o powłoce cynku z warstwą stopową.

Oznaczanie blach nadwoziowych Przykład 1: blacha nadwoziowa Ia-m-SSB 0,8 wg x1500x3000, co oznacza blachę grubości 0,8 mm i wymiarach 1500x3000 mm w arkuszach (brak oznaczenia) o jakości powierzchni Ia, matowa (m) przeznaczona na szczególnie trudne wytłoczki SSB. Przykład 2: K-II-SB 1,0 pg x 1000, co oznacza blachę nadwoziową w kręgach (K), rodzaju jakości powierzchni II (II), na bardzo trudne wytłoczki (SB), pierwszej klasy jakości o grubości 1 mm, podwyższonej dokładności wykonania (pg), o szerokości 1000 mm. 4.4.1.7. Ochrona samochodu przed korozją

Prawie wszystkie metale oraz ich stopy ulegają stopniowemu niszczeniu na skutek kontaktu z otaczającym środowiskiem. To niekorzystne zjawisko zwane korozją ma wymiar nie tylko ekonomiczny, ale także wpływa na bezpieczeństwo osób eksploatujących zużyte maszyny i urządzenia. Rozróżnia się dwa rodzaje korozji: − korozja chemiczna, − korozja elektrochemiczna.

Rys. 52. Zgorzelina jako przykład korozji chemicznej [11, s. 47]

Korozja chemiczna polega na chemicznym oddziaływaniu środowiska, tworząc na

powierzchni metali tlenki oraz inne związki, których własności użytkowe są znikome. Cechą charakterystyczną korozji chemicznej jest to, że środowisko korozyjne nie jest elektrolitem; przykładem takiej korozji może być zjawisko utleniania przez gorące spaliny wewnętrznych ścianek układy wydechowego silnika spalinowego. Korozja elektrochemiczna polega na powstawaniu mikroogniw elektrochemicznych, kiedy środowiskiem jest elektrolit a jednym z ogniw metal. Rolę elektrolitu spełnia zazwyczaj wilgotne i zanieczyszczone powietrze atmosferyczne, natomiast ogniwami mogą być różne elementy, np. dwa różne metale leżące obok siebie, miejscowe różnice temperatury, różnice struktury wewnętrznej stopu oraz wiele innych, rys. 53.

Rys. 53. Ogniwa korozyjne [3, s. 346]


Najczęściej spotykaną korozją elektrochemiczną jest korozja atmosferyczna, kiedy na powierzchni metalu skrapla się woda z atmosfery. Ponieważ powietrze atmosferyczne jest zanieczyszczone, np. dwutlenkiem węgla, skraplana woda staje się słabym roztworem kwasu, czyli elektrolitem. W wyniku procesu elektrolizy metal ulega powolnemu niszczeniu. Zniszczenia korozyjne mogą przybierać różne formy (rys. 54) Jak zapewne wiecie samochód w dużej części zbudowany jest z elementów metalowych, a ściślej mówiąc ze stali; stal natomiast ma małą odporność korozyjną. Dlatego też we wszystkich fazach istnienia samochodu należy pamiętać o ochronie antykorozyjnej samochodu.

Rys. 54. Rodzaje zniszczeń korozyjnych – przykłady [11, s. 52]

a) korozja równomierna – gdy cała powierzchnia materiału ulega zniszczeniu w równym stopniu, b) korozja wżerowa – gdy występują lokalne ogniska korozji,

c) korozja punktowa – gdy zniszczenie korozyjne postępuje w głąb materiału Konstruktor projektujący samochód ma wiele sposobów, by zmniejszyć zużycie

korozyjne, wystarczy, że zaprojektuje połączenie dwóch elementów z różnych metali, by spowodować powstanie silnego ogniwa korozyjnego. Proces wytwarzania samochodu to bardzo wiele zabiegów zapobiegających korozji, wystarczy, że podczas łączenia blach nadwozia zgrzewaniem punktowym, nie zostaną one uprzednio zabezpieczone, by po kilku latach nadwozie uległo całkowitemu zniszczeniu. I w końcu bieżące eksploatowanie samochodu, kiedy zwykłe zaniedbania użytkownika mogą poważnie przyspieszyć zużycie samochodu, przykładem niech będzie zaniedbywanie pielęgnacji karoserii, która brudna wyraźnie szybciej koroduje. Ochrona samochodu przed korozją

Człowiek stosuje różnorodne metody ograniczania korozji, można je podzielić na: − metody ochrony trwałej, czyli różnego rodzaju powłoki i warstwy ochronne trwale

przylegające do powierzchni chronionej, w szczególności materiały malarskie, − metody ochrony czasowej, czyli oddziaływanie takich środków, których działanie

ochronne ograniczone jest w czasie, w szczególności są to różne środki konserwacyjne, takie jak: oleje, smary, preparaty lanolinowe i woskowe,

− inhibitory korozji, czyli substancje, które po wprowadzeniu do środowiska korozyjnego spowalniają lub zmniejszają stopień agresywności tego środowiska.

Poniżej przedstawiono jedynie wybrane metody ochrony antykorozyjnej dotyczące pojazdów samochodowych. Podczas wytwarzania samochodów, a ściślej mówiąc podczas wytwarzania jego nadwozia stosuje się wiele zabiegów mających na celu zabezpieczenie nadwozia przed korozją, można tu wymienić: − oczyszczanie blach przed procesem wykonywania wytłoczek, jak również po wykonaniu

wytłoczki, − zabezpieczenie antykorozyjne i uszczelnienie obszarów łączenia wytłoczek przed

zgrzewaniem punktowym oraz po zgrzewaniu, − fosforanowanie kompletnych, surowych nadwozi, − gruntowanie powierzchni nadwozia, − wieloetapowe malowanie nadwozia.

Fosforanowanie jest powszechną dziś i bardzo skuteczną metodą zabezpieczania antykorozyjnego cienkich blach nadwozia. Polega ono na wytwarzaniu na powierzchni blachy


warstwy fosforanu żelazowego na skutek zanurzenia jej w roztworze kwasu fosforowego. Fosforanowanie oprócz własności antykorozyjnych powoduje bardzo dobrą przyczepność materiału malarskiego podczas gruntowania nadwozia oraz, co szczególnie ważne nie powoduje tzw. korozji podpowłokowej podczas występowania miejscowych ognisk korozyjnych. Korozja podpowłokowa polega na rozprzestrzenianiu się pojedynczych otwartych ognisk korozyjnych pod powłoką lakieru. Zabiegi antykorozyjne wykonywane przez blacharza samochodowego podczas napraw nadwozia

Podczas napraw nadwozia blacharz samochodowy może spotkać się z koniecznością przygotowania blach pod różne prace blacharskie; najczęściej wykonywane prace to: − przygotowanie powierzchni blach miejscowo skorodowanych pod lakierowanie, − przygotowanie powierzchni pod masy uszczelniające i masy zabezpieczające

antykorozyjnie, − przygotowanie elementów blach pod spawanie lub zgrzewanie.

Rys. 55. Próba „kropli wody” rozróżniająca stopień przygotowania powierzchni [16]

Niezależnie od rodzaju wykonywanych prac, podczas klejenia, uszczelniania, czy

zabezpieczania antykorozyjnego ważne jest, by powierzchnia była czysta, sucha i odtłuszczona. Jakość przygotowanej powierzchni można łatwo sprawdzić próbą „kropli wody”, rys. 55. Do odtłuszczania powierzchni stosuje się zmywacze, np. zmywacz FL.

Przygotowanie skorodowanej blachy nadwozia pod lakierowanie polega na jej miejscowym oczyszczeniu oraz pokryciu warstwą antykorozyjnego preparatu ochronnego.

Czynność oczyszczania może być prowadzona mechanicznie (przy pomocy papieru

ściernego, kamieni szlifierskich lub szczotek metalowych) lub chemicznie (poprzez nałożenie preparatu chemicznego, np. pędzlem). Zabiegi mechaniczne są najskuteczniejszym sposobem usuwania śladów korozji, jednak ze względu na bardzo cienkie blachy karoseryjne (0,6 – 0,9 mm) może dojść do znacznego ubytku grubości blachy. Dlatego też w przypadku samochodów osobowych stosuje się preparaty chemiczne, które nałożone na powierzchnię skorodowaną, reagują chemicznie z produktami korozji oraz tworzą ochronny film, który może być traktowany, jako podkład pod lakier. Częściej jednak taki film ochronny podlega zmatowieniu (przeszlifowaniu), odtłuszczeniu i pokryciu farbą podkładową antykorozyjną.

Podczas prac blacharskich, blacharz samochodowy będzie musiał niejednokrotnie przygotować powierzchnię pod masę uszczelniającą. Sposób przygotowania zależy od rodzaju zastosowanej masy: kauczukowa, poliuretanowa czy silanowa. Dla wszystkich mas ważne jest, by powierzchnia była czysta, sucha i odtłuszczona, ponadto dla blach stalowych musi być ona zagruntowana antykorozyjnie. Każda z wymienionych mas uszczelniających


wymaga specyficznych dla siebie zabiegów przygotowawczych, dlatego też przed nałożeniem należy zapoznać się z instrukcją nakładania danej masy lub wykonać próbę nakładania.

Nieodzownym i koniecznym zabiegiem blacharza samochodowego jest zabezpieczenie elementów (wytłoczek) blacharskich przed ich połączeniem metodą spawania lub zgrzewania punktowego. Blacharz samochodowy bardzo często łączy surowe blachy metodą zgrzewania punktowego, lub rzadziej metodą spawania. Przed wykonaniem połączenia musi on obszar łączenia zabezpieczyć antykorozyjnie, pamiętając, że preparat antykorozyjny musi przewodzić prąd elektryczny (ze względu na wymagania procesu zgrzewania czy spawania), rys. 56. Czynność ta ma decydujące znaczenie dla jakości wykonanego połączenia, bowiem niezabezpieczona, bardzo wąska szczelina pomiędzy łączonymi blachami staje się źródłem korozji, nawet jeśli następne czynności lakiernika zostaną wykonane prawidłowo.

Powszechnie dziś stosowanym preparatem antykorozyjnym, równocześnie przewodzącym prąd elektryczny jest cynk w aerozolu. Rysunek 56. przedstawia kolejne etapy podczas wykonywania połączenia: górny przedstawia dwa elementy blaszane, z których usunięto stary podkład malarski, środkowy pokazuje miejsca nałożenia preparatu antykorozyjnego przewodzącego prąd elektryczny, zaś dolny wykonaną i zabezpieczoną zgrzeinę.

Rys. 56. Schemat zabezpieczania wytłoczek przed połączeniem [16, s. 27]

4.4.1.8. Charakterystyka wybranych materiałów pomocniczych Masy uszczelniające: kauczukowe, poliuretanowe, silanowe

Masa kauczukowa (np. Terolan Specjal) jest tradycyjną masą uszczelniającą zawierającą rozpuszczalniki organiczne do nakładania pędzlem. Masy te mogą być lakierowane dopiero po całkowitym wyschnięciu. Ze względu na możliwość reagowania rozpuszczalnika zawartego w masie z lakierem są ode obecnie rzadko stosowane; obok przedstawiono dane eksploatacyjne typowej masy kauczukowej:

Masa poliuretanowa PUR (np. Terostat 9100, Betafill 10210) jest powszechnie stosowaną masą uszczelniającą ze względu na możliwość rozprowadzania nie tylko pędzlem, także ze względu na brak rozpuszczalnika, masa ta utwardza się na skutek wilgoci w otaczającym powietrzu, nie wymaga całkowitego wyschnięcia, jest wrażliwa na długotrwałe działanie promieni słonecznych oraz na zbyt niskie temperatury. Masę PUR nakłada się po połączeniu blach. Obok przedstawiono parametry typowej masy poliuretanowej PUR.


Masa silanowa MS (np. Terostat 9120, Evo-Seal) jest nowoczesnym środkiem nie tylko

uszczelniającym, ale także klejącym i zabezpieczającym antykorozyjnie, z możliwością nakładania jej przed połączeniem blach. Jest czysta ekologicznie, nie zawiera substancji ulatniających się do atmosfery. Masa MS utwardza się na skutek wilgoci powietrza atmosferycznego, w normalnych warunkach już po ok. 20 minutach, jest odporna na działanie promieni słonecznych oraz większość olejów i kwasów. Obok przedstawiono parametry przykładowej masy MS.

Materiały malarskie podkładowe

Współczesny przemysł produkuje wielką różnorodność gruntów malarskich, można tu wymienić tradycyjne farby bitumiczne i farby na czerwieni żelazowej oraz aktywne grunty miniowe czy chromianowe. Szczególnym rodzajem podkładu malarskiego są preparaty cynkowe w aerozolu stosowane jako zabezpieczenie antykorozyjne blach przed ich połączeniem spawaniem lub zgrzewaniem wykazujące właściwość przewodzenia prądu elektrycznego. Dane techniczne preparatu cynkowego przedstawiono obok.

Nakładanie farb gruntowych może odbywać się tradycyjnie: pędzlem, poprzez natrysk lub w procesie elektroforezy. Bardzo dobre wyniki pokrywania dużych i o skomplikowanych kształtach wyrobów uzyskuje się dzięki zastosowaniu malowania elektroforetycznego wykorzystując zjawisko ruchu jonów pod wpływem prądu elektrycznego, rys. 57.


Rys. 57. Malowanie elektroforetyczne nadwozia samochodu [11, s. 81]

Nadwozie samochodu podwieszone na taśmociągu zanurza się w roztworze farby

syntetycznej. Przedmiot malowany stanowi jedną elektrodę (+), drugą (-) stanowią elektrody zanurzone w roztworze farby. W wyniku przepływu prądu elektrycznego na nadwoziu osadzają się cząstki stałe materiału malarskiego. Malowanie elektroforetyczne cechuje bardzo dobre krycie farbą, jak również możliwość malowania trudno dostępnych profili zamkniętych. Metoda stosowana jest w przemysłowej produkcji samochodów.

Materiały zabezpieczające profile zamknięte

Spośród prac wykonywanych przez blacharza samochodowego można wyróżnić prace naprawcze tzw. profili zamkniętych, czyli takich wytłoczek, które stanowią zamkniętą figurę geometryczną. Ważnym zadaniem blacharza jest w takim przypadku zabezpieczenie antykorozyjne profili zamkniętych po naprawie. Do tego celu służą masy woskowe w postaci płynnej. łatwo rozpylające się, mające właściwość wypierania wilgoci, łatwo pełzające i dobrze przylegające do powierzchni blachy. Zestaw rysunków 58 przedstawiają sposób wprowadzania preparatu, stosowane urządzenia oraz charakterystykę preparatu.

Rys. 58. Urządzenie do zabezpieczania profili zamkniętych w postaci pistoletu pneumatycznego z wymiennymi dyszami oraz charakterystyka preparatu woskowego [16]

Kleje


W pracach blacharskich, w szczególności w samochodach osobowych, blacharz musi stosować technologię klejenia. Klejenie stosuje się, między innymi: − w naprawach elementów z tworzyw sztucznych, − podczas przyklejania uszczelek gumowych, − przyklejając elementy wewnętrzne samochodu oraz maty tłumiące drgania, maty głuszące

i wyciszające, − podczas wklejania szyb samochodowych.

Istnieje wielka różnorodność klejów stosowanych w naprawach nadwozi samochodowych, przed zastosowaniem należy bezwzględnie zapoznać się z zakresem stosowania danego kleju oraz technologią klejenia zalecaną przez producenta kleju. Do klejenia gumy i metalu stosuje się tzw. kleje kontaktowe na bazie polichloroprenu (np. Terokal 2444), dobrze kleją ponadto maty tłumiące i głuszące.

Szczególnym rodzajem kleju są klejące masy poliuretanowe do wklejania szyb samochodowych (np. Terostat 8590), które występują w kilku odmianach, w zależności od wymagań stawianym szybom samochodowym. Tabela 22 przedstawia typowe kleje do wklejania szyb samochodowych oraz ich właściwości.

Tabela 22. Charakterystyka klejów do wklejania szyb samochodowych [16]

Na uwagę zasługują parametry kleju do szyb z antenami:

− wyraźnie krótszy czas gotowości samochodu do jazdy, − zdecydowanie większa oporność elektryczna, co nie zakłóca pracy urządzeń typu: radio,

nawigacja satelitarna, − wysoki moduł sprężystości, co podnosi ogólną sztywność przedziału pasażerskiego

nadwozia Kleje do wklejania szyb samochodowych powinny spełniać warunki:

− wytrzymałość mechaniczna wpływająca na wzmocnienie i usztywnienie przedziału pasażerskiego nadwozia,

− niska przewodność elektryczna i impedancja związana z umieszczaniem w szybach samochodowych urządzeń do odbioru radia, telefonu komórkowego czy nawigacji satelitarnej,

− krótki czas gotowości samochodu do jazdy, wymaganie szczególnie ważne w warunkach warsztatu naprawczego.


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

1. Jakie znasz klasyfikacje stali? 2. Jak oznacza się stale niestopowe konstrukcyjne? 3. Jakie znasz przykłady zastosowania stali niestopowych konstrukcyjnych? 4. Jak oznacza się stale niestopowe narzędziowe? 5. Jakie cechy posiada żeliwo szare? 6. Jakie stopy aluminium stosuje się w przemyśle samochodowym? 7. Jak klasyfikuje się tworzywa sztuczne? 8. Z czego wykonuje się gumę na opony samochodowe? 9. Jak klasyfikuje się blachy na nadwozia? 10. Jak oznacza się blachy nadwoziowe? 11. Jaka jest definicja korozji? 12. Na czym polega mechanizm korozji chemicznej i elektrochemicznej? 13. Jakie znasz metody ochrony samochodu przed korozją? 14. Co to jest i czym się charakteryzuje proces fosforyzowania? 15. W jaki sposób sprawdzisz stopień czystości blachy? 16. Dlaczego czyszczenie mechaniczne blach cienkich nadwoziowych jest obecnie rzadko

stosowane? 17. Kiedy stosuje się preparat cynkowy? 18. Dlaczego masy uszczelniające kauczukowe są obecnie rzadko stosowane? 19. Dlaczego zabezpieczanie profili zamkniętych świadczy o kulturze blacharza

samochodowego? 20. Jakie wymagania stawia się współczesnym klejom do wklejania szyb samochodowych? 4.4.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Korzystając z danych zawartych w tabelach 18 - 21 określ własności i parametry blachy na nadwozie samochodowe wykonanej ze stali St3S o oznaczeniu: II-g-G 0,9 pg x 1000 x 2000

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) wypisać z tabel i nazwać właściwości i parametry dotyczące stali na nadwozia, 2) odnaleźć wartości liczbowe własności stali St3S, 3) odczytać symbole z oznaczenia blachy i podać jej parametry, 4) zanalizować normy (PN) dotyczące blach na nadwozia.

Wyposażenie stanowiska pracy: − materiały piśmienne, − komplet PN. Ćwiczenie 2

Określ podstawowe właściwości materiałów metalowych zastosowanych do budowy sprzęgła samochodu STAR 200. Mając do dyspozycji wykaz podstawowych części sprzęgła (załącznik 1), publikację „Budowa i naprawa samochodów STAR 200 i pochodnych”,


publikację „Mały Poradnik Mechanika”, polskie normy, wybierz, co najmniej 5 części z załącznika 1 i odpowiedz na pytania zawarte w tabeli (załącznik 2).

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) wybrać co najmniej 5 części metalowych z załącznika 1, odczytując oznaczenie

materiału, 2) wyszukać nazwę ogólną materiału, 3) wypisać podstawowe własności tych materiałów, 4) określić ich skład chemiczny oraz sposób obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej, 5) wpisać, wrysować dane do załącznika 2.

Wyposażenie stanowiska pracy: − załączniki, − materiały piśmienne. Załącznik 1 do ćwiczenia 2 – Wykaz podstawowych części sprzęgła samochodu STAR 200 [na podstawie: Budowa i naprawa samochodów STAR 200 i pochodnych, wyd. „WEMA” 1986 r.

Załącznik 2 do ćwiczenia 2.

Lp. Nazwa części

Materiał - oznaczenie

Materiał - nazwa

Własciwości (skład chemiczny, własności

mechaniczne

Wykaz zabiegów

cieplnych i cieplno-

chemicznych

Rysunek obróbki cieplnej i/lub

cieplno-chemicznej z naniesionymi temperaturami

1 2 3 4. 5


Ćwiczenie 3 Oczyść metodami mechanicznymi i zabezpiecz antykorozyjnie płat zewnętrznego

poszycia nadwozia samochodu. Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) dokonać oględzin skorodowanego miejsca nadwozia, by ocenić zakres pracy, 2) zaplanować sposób wykonania ćwiczenia poprzez sporządzenie planu działania, 3) zastosować środki ochrony osobistej, 4) oczyścić skorodowane miejsce wykorzystując dostępne narzędzia (szczotka druciana

ręczna, szczotka druciana obrotowa, papier ścierny itp.), 5) zabezpieczyć antykorozyjnie oczyszczone miejsce farbą podkładową, 6) uprzątnąć stanowisko pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy: − płat zewnętrznego poszycia nadwozia samochodu − materiały piśmienne, − środki ochrony osobistej blacharza, − narzędzia ręczne i mechaniczne do czyszczenia skorodowanych blach, − narzędzia i materiały malarskie. Ćwiczenie 4

Oczyść i zabezpiecz antykorozyjnie metodą chemiczną polakierowany i częściowo skorodowany płat poszycia zewnętrznego nadwozia samochodowego.


1) zapoznać się z instrukcjami stosowania przedstawionych Ci środków chemicznych oraz wybrać ten, który czyści i zabezpiecza antykorozyjnie polakierowaną blachę nadwoziową,

2) zastosować się do zaleceń bhp, 3) usunąć nadmiar rdzy, 4) nałożyć warstwę preparatu chemicznego, 5) odczekać, aż preparat wyschnie, 6) zmatowić wyschniętą powierzchnię, 7) odtłuścić przeszlifowaną powierzchnię stosując zmywacz oraz sprawdzić stopień

czystości, 8) pokryć powierzchnię farbą podkładową.

Wyposażenie stanowiska pracy: − płat poszycia zewnętrznego nadwozia samochodowego − zestaw różnych środków chemicznych oraz ich instrukcje użytkowania, − środki ochrony osobistej, − materiały do nakładania (pędzle, wałki itp.), − szlifierka z oprzyrządowaniem do matowienia powierzchni, − komplet zmywaczy, − farba podkładowa.


Ćwiczenie 5 Zorganizuj i zrealizuj w formie gry charakteryzowanie oznaczania stali, staliwa i żeliwa.


1) ustalić zasady gry, 2) wypisać na małych karteczkach oznaczenia metali i stopów, 3) zorganizować prostą grę polegającą na losowaniu karteczek, rozszyfrowywaniu oznaczeń

oraz ustaleniu punktacji za odpowiedź, 4) wyjaśnić wylosowane oznaczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy: − przyrządy kreślarskie, − normy dotyczące oznaczania stali, staliwa i żeliwa, − materiały piśmienne. Ćwiczenie 6

Zidentyfikuj na podstawie oznaczenia przykłady wyrobów z tworzyw sztucznych oraz dokonaj charakterystyki tych materiałów.


1) odnaleźć na przedstawionych Ci wyrobach symbol oznaczenia tworzywa sztucznego, 2) korzystając z poradnika dla ucznia oraz materiałów dostarczonych przez nauczyciela,

zidentyfikować nazwę tworzywa sztucznego, 3) scharakteryzować własności tworzyw sztucznych znając ich oznaczenie, nazwę oraz

wykorzystując dostępne źródła informacji.

Wyposażenie stanowiska pracy: − przykłady typowych elementów samochodowych wykonanych z tworzyw sztucznych, − katalogi handlowe, PN, − materiały piśmienne. Ćwiczenie 7

Rozpoznaj oraz wskaż własności i zastosowanie przedstawionych materiałów pomocniczych


1) zapoznać się z instrukcjami stosowania dołączonymi do przedstawionych Ci materiałów pomocniczych,

2) zaszeregować materiały do określonej grupy, 3) wypisać podstawowe własności tych materiałów, 4) na podstawie ich wygładu rzeczywistego określić ich cechy (np. postać, zapach, itp.), 5) korzystając ze źródeł informacji wskazać ich zastosowanie.


Wyposażenie stanowiska pracy: − kilka zestawów różnych materiałów pomocniczych, − handlowe instrukcje ich użytkowania, − katalogi handlowe, PN. 4.4.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz:

Tak Nie

1) zidentyfikować blachę nadwoziową? 2) zabezpieczyć antykorozyjnie blachę nadwoziową? 3) rozpoznać materiał metalowy na podstawie jego oznaczenia? 4) rozpoznać elementy samochodowe wykonane z tworzyw sztucznych? 5) rozpoznać materiały pomocnicze stosowane w blacharstwie

samochodowym?


5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1. Przeczytaj uważnie instrukcję. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3. Zapoznaj się z zestawem pytań testowych. 4. Test zawiera 25 pytań. Wszystkie pytania są pytaniami wielokrotnego wyboru i tylko

jedna odpowiedź jest prawidłowa. 5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi wstawiając znak „X”,

(w przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową),

6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania. 7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego

rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas. 8. Na rozwiązanie testu masz 40 min.

Powodzenia ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Do materiałów inżynierskich można zaliczyć:

a) drewno. b) guma. c) ruda. d) materiał naturalny.

2. Szkło jest zaliczane do: a) kompozytów. b) tworzyw sztucznych. c) ceramiki. d) polimerów.

3. Próba Erichsena określa własności: a) technologiczne. b) mechaniczne. c) fizyczne. d) chemiczne.

4. Krystalizacja materiałów metalowych ma wpływ na: a) wielkość ziaren. b) anizotropię. c) obróbkę cieplną. d) obróbkę cieplno-chemiczną.

5. Wytrzymałość i wydłużenie określa się podczas:

a) badania twardości. b) próby rozciągania. c) badania tłoczności. d) badania udarności.


6. Miarą twardości w próbie Brinella jest: a) stosunek siły wciskającej do powierzchni wgniecenia. b) stosunek siły wciskającej do średnicy wgniecenia. c) stosunek siły wciskającej do powierzchni kulki wciskanej. d) stosunek siły wciskającej do, średnicy kulki wciskanej.

7. Polimery nie nadają się do zastosowania w: a) środowiskach agresywnych chemicznie. b) wysokich temperaturach. c) przemyśle spożywczym. d) izolatorach.

8. Metale i ich stopy posiadają budowę: a) bezpostaciową. b) porowatą. c) wielkocząsteczkową. d) krystaliczną.

9. Płyn hamulcowy to materiał: a) inżynierski. b) pomocniczy. c) eksploatacyjny. d) naturalny.

10. Austenit to struktura stali występująca tylko: a) w temperaturach wyższych od 727oC. b) w temperaturach niższych od 727oC. c) z ferrytem. d) z żelazem Feα

11. Celem wyżarzania, w przeważającej liczbie przypadków jest: a) rozdrobienie struktury. b) uzyskanie struktury gruboziarnistej. c) uzyskanie struktury włóknistej. d) zwiększenie wytrzymałości.

12. Masa formierska to mieszanina przede wszystkim: a) piasku i gliny. b) piasku i sadzy. c) piasku i siarki. d) piasku i żużla.

13. Formy odlewnicze piaskowe po wykonaniu odlewu: a) magazynuje się celem powtórnego użycia. b) regeneruje się celem powtórnego użycia. c) niszczy się podczas wybijania odlewu. d) przecina się celem wyjęcia odlewu.


14. Ulepszanie cieplne to: a) wyżarzanie szczególnie dokładne. b) hartowanie i wyżarzanie. c) hartowanie i odpuszczanie. d) hartowanie i odprężanie.

15. Cyjanowanie to proces równoczesnego: a) nawęglania i wyżarzania. b) nawęglania i azotowania. c) nawęglania i hartowania d) nawęglania i ulepszania cieplnego.

16. W oznaczeniu stali „St3SX” symbol „S” oznacza, że: a) jest to stal o określonej zawartości siarki. b) jest to stal do odlewania. c) jest to stal spawalna. d) jest to stal stopowa.

17. Najlepsze blachy do tłoczenia elementów nadwozi oznacza się symbolem: a) B b) SB. c) SSB. d) USB.

18. Żeliwa używa się do odlewania kadłubów maszyn ponieważ: a) jest materiałem tanim, a kadłuby maszyn są z reguły drogie. b) jest materiałem o bardzo dobrych własnościach skrawających. c) mają właściwości lejne i tłumiące. d) jest materiałem bardzo plastycznym.

19. Stopy cyny i ołowiu stosuje się jako: a) stopy łożyskowe. b) stopy żaroodporne. c) lutowia. d) elektrody do spawania.

20. Żywice poliestrowe stosuje się między innymi do:

a) pokrywania tłoków silnikowych. b) wykonywania elementów nadwozi. c) wykonywania foteli w samochodach. d) produkcji klocków hamulcowych.

21. Fosforanowanie nadwozi ma sens jedynie w przypadku: a) równoczesnego pokrycia nadwozia farbą podkładową. b) gdy nie stosuje się farby podkładowej. c) stosowania blach ocynkowanych. d) stosowania tworzyw sztucznych.


22. Czyszczenie mechaniczne blach nadwoziowych stosuje się rzadko ze względu na: a) niską skuteczność czyszczenia. b) zbyt kosztowne narzędzia. c) niebezpieczeństwo zmniejszenia jej grubości. d) zbyt dużą pracochłonność operacji.

23. Poliamidy oznacza się symbolem: a) ABS. b) PC. c) PA. d) PP.

24. Oporność elektryczna współczesnych klejów do wklejania szyb samochodowych powinna być wysoka ze względu na:

a) niebezpieczeństwo nadmiernego elektryzowania się nadwozia. b) wtapianie w szybach samochodowych anten radiowych. c) niebezpieczeństwo oślepiania podczas jazdy w nocy. d) konieczność kontrolowanego niszczenia szyby podczas wypadku drogowego.

25. Masę silanową MS można stosować: a) tylko jako materiał uszczelniający. b) jedynie po połączeniu blach, jako materiał uszczelniający. c) jedynie przed połączeniem blach, jako zabezpieczenie antykorozyjne. d) jako materiał uszczelniający i zabezpieczający antykorozyjnie.


KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko …………………………………………………….. Rozpoznawanie materiałów stosowanych w blacharstwie samochodowym Zakreśl poprawną odpowiedź

Nr zadania Odpowiedź Punktacj

a 1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10 a b c d 11 a b c d 12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15 a b c d 16 a b c d 17 a b c d 18 a b c d 19 a b c d 20 a b c d 21 a b c d 22 a b c d 23 a b c d 24 a b c d 25 a b c d


6. LITERATURA 1. Berger K. J., Braunheim M., Brennecke E.,. Ehlers H. C, Helms G., Indleekofer D., Janke

H. W, Lemm J., Thiele R.: Budowa pojazdów samochodowych. Cz.I, II. REA, Warszawa 2003

2. Dobrucki W.: Zarys przeróbki plastycznej metali. Śląsk, Katowice 1975 3. Dobrzański L.A.: Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach. WN-T, Warszawa

1999 4. Dretkiewicz-Więch J.: Technologia mechaniczna-techniki wytwarzania. WSiP, Warszawa

2000 5. Górecki A.: Technologia ogólna-podstawy technologii mechanicznych. WSiP, Warszawa

2007 6. Hutnictwo ogólne. Śląsk, Katowice 1977 7. Kapiński S.: Kształtowanie elementów nadwozi samochodowych. WKiŁ. Warszawa 1996 8. Kozłowski M (red.): Mechanik pojazdów samochodowych – budowa i eksploatacja

pojazdów . Cz.I II III. Vogel Publishing, Wrocław 2000 9. Pawłowski J, Zgorzelski S.: Tłocznictwo. WSiP, Warszawa 1974 10. Poradnik warsztatowca mechanika. WN-T, Warszawa 1981 11. Stawiszyński A.: Ochrona przed korozją. WKiŁ, Warszawa 1984 12. Struzik Cz:. Pracownia techniczna. WSiP, Warszawa 1985 13. Tokarz K. (red.): Mechanik pojazdów samochodowych – techniczne podstawy zawodu,

cz.I, II, III. Vogel Publishing, Wrocław 1997 14. Wojtkun F., Bukała W.: Materiałoznawstwo. WSiP, Warszawa 1999 Czasopisma 15. autoEXPERT. Wyd. Vogel Publishing sp. z o.o, 16. Poradnik serwisowy, nr 3/2002, Wyd. Instalator Polski.

Art & Photos

Rozpoznawanie materiałów stosowanych w blacharstwie samochodowym