Pobierz Materiały inżynierskie - Notatki - Materiałoznastwo - Część 1 i więcej Notatki w PDF z Materiały inżynieryjne tylko na Docsity! MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów Mechanicznych Politechniki Warszawskiej Wymiar 30 godzin (E) Materia y pomocnicze do wyk adu (preskrypt) Politechnika Warszawska Wydzia In!ynierii Materia owej Warszawa 1997 r 1 MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej 1. Wst#p KSZTA CENIE STUDENTÓW WYDZIA ÓW MECHANICZNYCH W ZAKRESIE IN!YNIERII MATERIA OWEJ. Materia y s" endemiczne dla wszystkich specjalno#ci in!ynierskich i bez nich in!ynier nie mo!e wykonywa$ swego zawodu. Zrozumienie dla tego faktu potwierdza analiza programów studiów in!ynierskich w renomowanych uczelniach zagranicznych, w których przedmioty z zakresu in!ynierii materia owej lokowane s" na 11 roku studiów w znacznym wymiarze godzinowym (zwykle 40 do 60 godzin, oraz laboratorium). Istotn" spraw" dla programów tych przedmiotów jest wywa!enie udzia u wiedzy podstawowej i wiadomo#ci in!ynierskich, a tak!e wybór metod nauczania. Jest faktem bezspornym, !e in!ynier mechanik realizuj" swoje koncepcje i projekty musi dokonywa$ wyboru w#ród bardzo licznych materia ów konstrukcyjnych lub funkcjonalnych, a wszelkie b %dy w dokonanym wyborze mog" skutkowa$ uszkodzeniem lub zniszczeniem zaprojektowanego urz"dzenia (konstrukcji). In!ynier mechanik mo!e odwo ywa$ si% do konsultacji lub pomocy specjalistów, ale musi potrafi$ sformu owa$ problem materia owy: okre#li$ warunki pracy w sposób zrozumia y dla specjalisty. Coraz wa!niejszymi we wspó czesnej technice i stanowi"cymi o konkurencyjno#ci wyboru (konstrukcji) s" takie parametry materia u jak cena, masa jednostkowa (a w a#ciwie stosunek wska&ników wytrzyma o#ciowych do masy jednostkowej), mo!liwo#ci zagospodarowania odpadów produkcyjnych oraz wyrobów po okresie ich eksploatacji. Bardzo istotnym parametrem jest tzw. ekologiczne obci"!enie #rodowiska. Podstawowym wymogiem przy nowoczesnym wyborze materia ów jest traktowanie równorz%dnie ró!nych ich rodzajów (metale, polimery, ceramika, kompozyty) tak, aby funkcja celu mog a by$ zrealizowana przy najmniejszych kosztach materia owych i eksploatacyjnych. Nie jest wi%c mo!liwe (poza trywialnie prostymi przypadkami) si%ganie wy "cznie do banku danych o w a#ciwo#ciach materia ów - tak uzyskane informacje w wi%kszo#ci przypadków mog" s u!y$ tylko do wst%pnego wytypowania jednego lub kilku materia ów. Modyfikacja programów studiów musi stawia$ jako cel dydaktyczny obudzenie zainteresowania przedmiotem in!ynieria materia owa przez wykazanie jego przydatno#ci dla wykonania zawodu in!yniera. Mo!na to uzyska$ przez realizacj% nast%puj"cych zada' dydaktycznych: 1) Przedstawienie obci"!e' lub warunków pracy powoduj"cych uszkodzenie lub zniszczenie wyrobu w przypadku nieprawid owego wyboru materia u. 2) Scharakteryzowanie najwa!niejszych grup materia ów konstrukcyjnych z uwzgl%dnieniem podstaw kszta towania ich w a#ciwo#ci. 3) Scharakteryzowanie wa!nych dla obs ugiwanego Wydzia u rodzajów materia ów (np. obszaru materia ów funkcjonalnych). 4) Przedstawienie metodyki post%powania przy doborze materia u. 2 MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej Rys. 1.1 Systematyka obci"!e' statycznych. 5 MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej Rys. 1.2 Odkszta cenia: a) przy rozci"ganiu b)przy #ciskaniu c) odkszta cenie obj%to#ciowe. 6 MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej 7 Rys. 1.3 Energia i si y mi%dzyatomowe. Rys. 1.4 Wykres rozci"gania metali. MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej Rys. 1.7 Dyslokacja: a) kraw%dziowa b) #rubowa. 10 MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej 11 Rys. 1.8 Schemat wspinania si% dyslokacji kraw%dziowej: a) dodatniego w wyniku dyfuzji wakansów do dyslokacji b) ujemnego w wyniku dyfuzji atomów do dyslokacji. Rys. 1.9 Schemat w"skok"towej granicy daszkowej o k"cie dezorientacji Q. Rys. 1.10 Schemat struktury polikrystalicznej metali. MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej 12 Rys. 1.11 Defekty struktury krystalicznej. Rys. 1.12 Rzeczywisty wykres rozci"gania stali niskow%glowej. MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej Rys. 1/16 Wykres zm%czeniowy Wolhera: ZK - wytrzyma o#$ zm%czeniowa przy ma ej liczbie cykli ZO - ograniczona wytrzyma o#$ zm%czeniowa ZZ - nieograniczona wytrzyma o#$ zm%czeniowa. Tabela Oszcz%dno#ci wynikaj"ce ze zmniejszenia masy wyrobu Przemys$ Oszcz#dno)ci (umowna jednostka masy) Samochodowy 1 Lotnictwo cywilne 100 Lotnictwo wojskowe 1000 Kosmiczny 10000 15 MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej Temat 2: CHARAKTERYSTYKA MECHANIZMÓW NISZCZ%CYCH POWIERZCHNI' WYROBÓW ("CIERANIE, KOROZJA, ZM'CZENIE). Wyk$ad 3h 1) Przyczyny zu!ycia powierzchni wyrobów (tarcie, zm%czenie, korozja). 2) (cieranie (charakterystyka powierzchni przedmiotu, analiza kontaktu fizycznego dwóch powierzchni, odporno#$ na zu!ycie, smarowanie, mechanizmy przebiegu zu!ycia powierzchni materia u spowodowane tarciem (zu!ycie #cierne, zu!ycie adhezyjne). 3) Korozja (niszczenie materia ów pod wp ywem reakcji z otaczaj"cym #rodowiskiem; mechanizmy korozji: chemiczny i elektrochemiczny; g ówne typy zniszcze' korozyjnych: korozja równomierna, w!erowa, selektywna, mi%dzy krystaliczna, napr%!eniowa; procesy utleniania metali; metody ochrony przed korozj"). 4) Zm%czenie (warunki zachodzenia procesu zm%czenia, podstawowe poj%cia opisuj"ce zjawisko zm%czenia, próba zm%czenia, mechanizm zm%czenia, skutki procesu zm%czenia dlatrwa o#ci materia ów). Zalecana literatura: 1. M. F. Ashby i D.R.H. Jones, Engineering Materials, Pergamon, Oxford, 1993, wydana w j%zyku polskim przez Wydawnictwo Naukowo-Techniczne 1996. 2. L.A. Dobrza'ski, Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali, Wyd. Politechniki (l"skiej, Gliwice 1993. 3. M. Hebda, A. Wachal, Trybologia, Wyd. Naukowo-Techniczne, Warszawa , 1980. 4. S. Koca'da, Zm%czeniowe p%kanie metali, WNT, Warszawa, 1985. 16 MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej CHARAKTERYSTYKA MECHANIZMÓW NISZCZ%CYCH POWIERZCHNI'WYROBÓW ("CIERANIE, KOROZJA, ZM'CZENIE) Rys. 2.1 Model warstwy wierzchniej (WW) cia a sta ego: G - grubo#$ warstwy wierzchniej B - struktura warstwy wierzchniej U - utwardzanie (umocnienie) strefy #rodkowej Sw - ska!enia warstwy wierzchniej s - napr%!enia w asne warstwy wierzchniej 1 - mikrop%kni%cia 2 - szczelina 3 - rzadzizna 4 -pory 5 - wyrwa 6 - wtr"cenie Rys. 2.2 Uproszczony model warstwy wierzchniej po obróbce plastycznej 17