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

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

2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Klasyfikowanie materiałów 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzające 23
4.1.3. Ćwiczenia 23
4.1.4. Sprawdzian postępów 25
4.2. Otrzymywanie materiałów 26
4.3. Kształtowanie właściwości materiałów metalowych 36
4.4. Zastosowanie i zabezpieczanie materiałów wykorzystywanych
w blacharstwie samochodowym
46
5. Sprawdzian osiągnięć 77
6. Literatura 82

3
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.

4
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

5
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.

6
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.

7
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

8
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.

9
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

10
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.

11
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.

12
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
],

13
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

14
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
S
F
[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]

15
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 =
oL
L∆
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]

16
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. =
F
P
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.

17
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

18
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).

19
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

20
− 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,

21
− 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.

22
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.

23
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.

24
Ćwiczenie 2
Oblicz gęstość pięciu próbek materiałów naturalnych o nieregularnych kształtach.
Wykorzystując wyszukiwarki internetowe zidentyfikuj te materiały oraz scharakteryzuj je na
podstawie wyszukanych informacji.
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.
− 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.
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.
− materiały i przybory piśmienne.
Ćwiczenie 4
Wykonaj próbę Erichsena
1) zapoznać się z przebiegiem próby tłoczności,
2) zapoznać się z budową, działaniem i obsługą aparatu Erichsena,
3) dokonać oględzin próbek,

25
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.
− 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.
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.
− 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?

26
4.2. Otrzymywanie materiałów
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

27
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.

28
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)

29
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.

30
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

31
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. 230o
C 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.
12000
C
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

32
Aluminium jest metalem o wyglądzie srebrzystobiałym, o temperaturze topnienia 660o
C.
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. 9600
C, 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

33
4.2.1.4. Otrzymywanie tworzyw sztucznych
Otrzymywanie tworzyw sztucznych można przedstawić na schemacie, rys. 31.
Rys. 31. Schemat otrzymywania tworzyw sztucznych
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.

34
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.
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.
− materiały piśmienne,
− załącznik.

35
Załącznik do ćwiczenia 2
Rys. do ćwiczenia 2. Przebieg procesu wytwarzania miedzi [14, cz.1, s.30]
1) scharakteryzować proces otrzymywania stali?
2) scharakteryzować proces odlewania?
3) przedstawić etapy otrzymywania metali nieżelaznych?
4) przedstawić etapy otrzymywania tworzyw sztucznych?

36
4.3. Kształtowanie właściwości materiałów metalowych
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 15360
C. 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 912o
C oraz w zakresie: 1394 – 1538o
C 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]

37
0
C
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
11480
C
7270
C
2300
C
%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 7270
C
-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 11480
C,
- 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.

38
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]

39
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.
0
C
nagrzewanie wygrzewanie chłodzenie

40
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 (7270
C – 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).

41
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 –
500o
C 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.

42
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 -2000
C), usunięcie
naprężeń hartowniczych, przy zachowaniu twardości i wytrzymałości,
− w przypadku odpuszczania średniego (temperatura odpuszczania 250 – 5000
C),
polepszenie sprężystości materiału przy niewielkim spadku wytrzymałości,
− w przypadku odpuszczania wysokiego (temperatura odpuszczania pow. 5000
C 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.

43
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 –
600o
C.
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. 8000
C, 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]

44
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. 8000
C (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.
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.
− przyrządy kreślarskie,
Ćwiczenie 2

45
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.
− przyrządy kreślarskie,
− 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.
− 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.
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?

46
4.4. Zastosowanie i zabezpieczanie materiałów wykorzystywanych
w blacharstwie samochodowym
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.

47
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.

48
Tabela 7. Właściwości i zastosowanie stali niestopowych [14, cz. 1, s. 101, 102]

49
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]

50
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.

51
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.

52
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]

Rozpoznawanie materiałów stosowanych w blacharstwie samochodowym

Rozpoznawanie materiałów stosowanych w blacharstwie samochodowym

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Rozpoznawanie materiałów stosowanych w blacharstwie samochodowym

Similar to Rozpoznawanie materiałów stosowanych w blacharstwie samochodowym (20)

Rozpoznawanie materiałów stosowanych w blacharstwie samochodowym