Metalowe materiały konstrukcyjne: stal, żeliwo, staliwo

Metale są podstawowym tworzywem wykorzystywanym w budowie maszyn, urządzeń i narzędzi. Charakteryzują się dobrą wytrzymałością mechaniczną i skrawalnością, a przy tym są podatne na obróbkę plastyczną. W zależności od dodatków stopowych właściwości metali można modyfikować w szerokim zakresie.

Stop żelaza i węgla o zawartości węgla do 2,11% nazywamy stalą. Stal, obok żelaza i węgla, zawiera zwykle również inne składniki. Do pożądanych składników stopowych zalicza się głównie takie metale jak chrom, nikiel, mangan, wolfram, miedź, molibden, tytan. Z kolei takie pierwiastki, jak tlen, azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenki siarki

i fosforu, stanowią zanieczyszczenia i obniżają jakość stopu.

Stal, ponieważ jest ciągliwa, nadaje się do obróbki plastycznej na gorąco, a przy niższej zawartości węgla także na zimno. Wytrzymałość stali zależy od zawartości węgla, którego wzrost powoduje zwiększenie wytrzymałości mechanicznej. Największą wytrzymałość ma stal o zawartości węgla około 0,85%. Wytrzymałość stali można zwiększyć także poprzez obróbkę cieplną, tj. hartowanie i ulepszanie cieplne. Należy jednak pamiętać, że zwiększając wytrzymałość stali, jednocześnie obniża się jej podatność na obróbkę plastyczną. Skrawalność stali również zależy w dużym stopniu od procentowej zawartości węgla w stopie. Dobrą skrawalnością charakteryzują się stale zawierające około 0,25% C.

Stal można podzielić z uwagi na różne kryteria. Ze względu na skład chemiczny, czyli zawartości składników stopowych, dzieli się stal na niestopową, niskostopową i wysokostopową. W stalach niestopowych na jakość zasadniczy wpływ ma procentowa zawartość węgla, która decyduje o właściwościach mechanicznych. W stalach niskostopowych żaden składnik nie występuje w ilości większej niż 5%, natomiast w stalach wysokostopowych co najmniej jeden składnik stopowy powinien występować w ilości minimum 5%.
Z uwagi na podstawowe zastosowanie wyróżniamy stal konstrukcyjną, maszynową, narzędziową i o szczególnych właściwościach fizycznych. Stal konstrukcyjną można podzielić na stal ogólnego przeznaczenia, niskostopową, wyższej jakości, automatową, łożyskową, sprężynową, do ulepszania cieplnego. Z określenia stali można wnioskować o jej głównym zastosowaniu. Stale maszynowe, po odpowiedniej obróbce cieplnej, przeznaczone są na odpowiedzialne części maszyn, takie jak: wały okrętowe i samochodowe, wały korbowe, koła zębate, części sprzęgieł.

Stale narzędziowe węglowe są przeznaczone do wyrobu różnego rodzaju prostych narzędzi oraz elementów przyrządów pomiarowych. Ze stali narzędziowych stopowych wytwarza się bardziej odpowiedzialne narzędzia do obróbki materiału w stanie zimnym lub na gorąco oraz te części przyrządów i narzędzi pomiarowych, które podczas pracy mogą być narażone na ścieranie. Stale te zawierają w swoim składzie dodatki stopowe takich metali, jak: wolfram, wanad, chrom, mangan i inne. Inną grupą stali narzędziowych są stale szybkotnące, z których wykonuje się narzędzia skrawające. Stale te zawierają duże ilości szlachetnych dodatków, takich jak wolfram – do 19%, molibden – do 10%, kobalt – do 10,5%, chrom – do 4,5%. Składniki te powodują, że stale te zachowują twardość i zdolności skrawne w warunkach podwyższonej temperatury – nawet do 600°C.

Do stali o specjalnych właściwościach należy zaliczyć m.in. stale zaworowe – odporne na ścieranie i przeznaczone do pracy w wysokich temperaturach (do ok. 900°C), stale do pracy w obniżonej temperaturze – na elementy instalacji w przemyśle chemicznym, stale o szczególnych własnościach magnetycznych – do wytwarzania magnesów trwałych.

Spośród dziesiątków gatunków stali warto wymienić jeszcze te, z którymi można często spotkać się w praktyce warsztatowej. Stale odporne na korozję zawierają co najmniej 10,5% chromu oraz nie więcej niż 1,2% węgla. Można je podzielić na stale nierdzewne, żaroodporne i żarowytrzymałe. Zawartość chromu w stali nierdzewnej powoduje wytwarzanie się na jej powierzchni warstwy tlenków, które chronią metal przed korozją. Często w skład tej stali wchodzi również nikiel i wtedy taką stal nazywamy chromo-niklową lub

chromonikieliną. Stale żaroodporne są odporne na korozyjne działanie gazów w podwyższonej temperaturze (powyżej 560°C). Żaroodporność stali jest spowodowana dodatkiem m.in. chromu, aluminium i krzemu, których tlenki na powierzchni stali utrudniają wnikanie tlenu w głąb metalu. Im wyższa jest zawartość tych pierwiastków, tym żaroodporność jest większa. Stale żarowytrzymałe charakteryzują się odpornością na odkształcenia mechaniczne w temperaturze powyżej 560°C. Żarowytrzymałość jest skutkiem dodania do stopu takich składników jak molibden, wolfram, chrom, tytan i inne (w tabeli 1. zestawiono wpływ ważniejszych dodatków stopowych na właściwości stali).

Żeliwo jest wysokowęglowym stopem żelaza, zanieczyszczonym takimi pierwiastkami jak krzem, mangan, fosfor, siarka i innymi składnikami zawierającym od ok. 2% do 4,5% węgla. Żeliwo otrzymuje się przez przetapianie surówki z dodatkami złomu stalowego lub żeliwnego w piecach zwanych żeliwniakami. Tak powstały materiał stosuje się do wykonywania odlewów. Żeliwo charakteryzuje się niewielkim, 1–2% skurczem odlewniczym, łatwością wypełniania form, a po zastygnięciu dobrą skrawalnością. Żeliwo jest materiałem kruchym, nie nadaje się do obróbki plastycznej i posiada niewielką na odporność na rozciąganie. Oprócz łatwości odlewania w formy żeliwo ma dużą zdolność tłumienia drgań i jest odporne na ścieranie. Zaletą jest też relatywnie niski koszt wytworzenia.

Odlewy żeliwne często poddaje się procesowi sezonowania w celu zmniejszenia wewnętrznych naprężeń, które mogłyby doprowadzić do odkształceń lub uszkodzenia wyrobu. Żeliwo dzięki wysokiej zawartości węgla ma dobrą odporność na korozję.

W zależności od struktury wewnętrznej, dodatków stopowych i obróbki cieplnej można otrzymać różne rodzaje żeliwa. Do najważniejszych należy zaliczyć żeliwo szare, białe, ciągliwe, stopowe. Nazwa żeliwa szarego pochodzi od faktu, iż jego przełom ma szary kolor, ponieważ zawarty w nim węgiel występuje w postaci grafitu. Uznawane za żeliwo wyższej jakości jest bardziej ciągliwe, łatwiej obrabialne, charakteryzuje się dobrą lejnością i posiada mniejszy skurcz odlewniczy (rzędu 1,0%) w porównaniu do żeliwa białego. Wytwarza się z niego odlewy korpusów obrabiarek, bloków pomp, sprężarek i silników. Żeliwo białe w przełomie ma jasnoszary kolor gdyż zawarty węgiel występuje w postaci kruchego cementytu. Uznawane za żeliwo niższej jakości jest mniej ciągliwe, gorzej obrabialne, charakteryzuje się nie najlepszą lejnością i posiada większy skurcz odlewniczy (do 2,0%) niż żeliwo szare. Jest to żeliwo kruche i bardzo trudno obrabialne, nie nadaje się na części konstrukcyjne. Jest materiałem wyjściowym do otrzymywania innych żeliw. W wyniku długotrwałego wyżarzania żeliwa białego zachodzą w nim zmiany strukturalne, a otrzymane żeliwo nazywamy ciągliwym. Ma ono bardzo dobre własności wytrzymałościowe porównywalne do stali. Przez dodanie składników stopowych, takich jak krzem, nikiel, chrom, molibden, aluminium i inne, można modyfikować właściwości fizyczne i chemiczne żeliwa. Otrzymamy wtedy różne typy żeliw stopowych: odporne na korozję (zawiera nikiel, chrom, molibden), kwasoodporne (dodatek krzemu), żarowytrzymałe (zawierające mangan i krzem).

W praktyce warsztatowej mamy też często do czynienia ze staliwem. Jest to odlany w formy odlewnicze stop żelaza z węglem, niepoddany obróbce plastycznej. Zawartość węgla w staliwie nie przekracza 2,0%, a ilość typowych domieszek i dodatków stopowych jest mniejsza niż 1,0%. Właściwości mechaniczne staliwa są nieco niższe niż właściwości stali o podobnym składzie chemicznym. W porównaniu do żeliwa właściwości mechaniczne są

znacznie lepsze – można je obrabiać plastycznie, a jeżeli staliwo zawiera mniej niż 0,25% węgla, jest również dobrze spawalne. Czasami można się spotkać z dość uproszczoną definicją staliwa, która mówi że jest to pierwotna forma stali, która nie została jeszcze poddana obróbce plastycznej oraz termicznej.

Literatura pomocnicza
Figurski J., Popis S., Wykonywanie elementów maszyn, urządzeń i narzędzi, WSiP, Warszawa 2015.
Mac S., Obróbka metali z materiałoznawstwem, WSiP, Warszawa 1999.
Poradnik GARANT. Obróbka skrawaniem. Hoffman Group2011.

ZOBACZ TAKŻE
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments

OTWARTY SYSTEM ZASILANIA AKUMULATOROWEGO CAS

O filozofii i korzyściach z systemu zasilania akumulatorowego CAS rozmawiamy z Pawłem Ozgą, specjalistą ds. szkoleń i pokazów w Metabo Polska.

Metabo zmieniło filozofię podejścia do zasilania akumulatorowego. Do tej pory firmy ograniczały możliwość korzystania z własnych akumulatorów wyłącznie do produkowanych przez nie elektronarzędzi. Na rynku wytworzyła się więc taka sytuacja, że każda marka elektronarzędziowa opracowała własne systemy zasilania bateryjnego niekompatybilne z maszynami konkurencji. Dla użytkowników, którzy posiadają urządzenia różnych marek, stało się to niewygodne w codziennej pracy, a do

tego znacznie zwiększające wydatki na park maszynowy. Jednocześnie na rynku rozpoczął się wyścig na liczbę maszyn kompatybilnych z systemami zasilania akumulatorowego poszczególnych marek elektronarzędziowych. – Szybko zrozumieliśmy, iż to nieracjonalne działanie, zwłaszcza że ogniwa Li-Ion pochodzą faktycznie od paru producentów na świecie. Gdy zajrzymy pod obudowy akumulatorów różnych marek elektronarzędziowych, to okaże się, że w środku mają te same ogniwa, a różnią się nieznacznie elektroniką, systemem połączeń i styków oraz kształtem obudowy. Postanowiliśmy odwrócić tę sytuację i otworzyć dla innych producentów swój system zasilania akumulatorami Li-Ion, opracowany pierwotnie dla własnych maszyn – stwierdza Paweł Ozga.

Znany w światowej ekonomii dylemat budowania zamkniętego czy otwartego systemu Metabo rozwiązało więc na rzecz tego ostatniego. – Opowiedzieliśmy się za otwartością zgodnie z duchem naszych czasów – mówi Paweł Ozga. I dodaje: – Doskonały przykład takiego postępowania dał Microsoft, udostępniając swój system operacyjny Windows dla producentów komputerów. Jak wiadomo, tą decyzją amerykańska firma dokonała przewrotu w myśleniu i rewolucji na rynku. Dzięki temu komputery PC stały się powszechnie używanym sprzętem na całym świecie, a nie jedynie urządzeniami dla wybranej elitarnej grupy informatyków, zaś Microsoft – potentatem światowym, który w pewnym okresie był największym przedsiębiorstwem w branży informatycznej; natomiast Bill Gates, jego założyciel i wieloletni szef, został najbogatszym człowiekiem na świecie. Do tej pory zresztą Microsoft należy do największych i najprężniej rozwijających się światowych firm informatycznych. Sądzę, że case study of Microsoft było rozważane przez zarząd Metabo podczas podejmowaniu decyzji o systemie CAS – stwierdza Paweł Ozga.
Jednakże należy pamiętać, że to nie Microsoft wymyślił standaryzację produktów, która jest podstawą ich upowszechnienia, o czym się często zapomina, włączając wtyczkę żelazka czy telewizora w gniazdko elektryczne. Gdy prasujemy czy oglądamy program w telewizji, nasza uwaga skupia się na używanych urządzeniach, a nie na tym, że pobierają one z gniazdka elektrycznego prąd o tym samym napięciu i częstotliwości. Standaryzacja wynika z potrzeb rynku i jest znana człowiekowi od zamierzchłych czasów. Przykładem tego są jednostki miar czy środki płatnicze, np. pierwsze pieniądze. – Odnosząc to do branży elektronarzędzi, można powiedzieć, że jako Metabo, opracowując system CAS, zrobiliśmy pierwszy, rewolucyjny krok w kierunku przyjęcia jednego powszechnego standardu zasilania akumulatorowego elektronarzędzi profesjonalnych, czyli prowadzący do sytuacji, w której dowolny akumulator spełniający oczywiście pewne normy techniczne będzie mógł być stosowany w takich maszynach. Naszą technologię akumulatorową rozwijamy już od 35 lat, mamy więc pełne kompetencje w dziedzinie zasilania bezprzewodowego, włączając w to wiedzę teoretyczną i ogromne doświadczenie praktyczne. Jesteśmy w tej dziedzinie niekwestionowanym liderem światowym. Już w 1985 r. opracowaliśmy pierwszą linię elektronarzędzi akumulatorowych, a w 1994 r. nasze baterie wyposażyliśmy we wskaźnik pokazujący poziom ich naładowania. W 2004 r. stworzyliśmy jako pierwsi technologię chłodzenia powietrzem ogniw podczas ich ładowania zwaną AIR-COOLED, która stosowana jest do dzisiaj. Rok 2005 był dla nas przełomowy, gdyż udostępniliśmy naszym klientom rewolucyjną technologię akumulatorów litowo-jonowych, które z elektronarzędzi bezprzewodowych uczyniły szybko w pełni funkcjonalne maszyny profesjonalne. Od tego momentu rozpoczęła się prawdziwa rewolucja akumulatorowa w dziedzinie elektronarzędzi bezprzewodowych. W 2012 r. opracowaliśmy litowo-jonowe akumulatory Li-Power o pojemności 4.0 Ah oraz elektroniczny system Ultra-M sterowania pracą baterii, maszyn

i ładowarek, optymalizujący ich działanie, m.in. pobór prądu, i zapobiegający przeciążeniom oraz komunikujący te produkty. W kolejnym 2013 r. zwiększyliśmy pojemność naszych akumulatorów Li-Power do 5.2 Ah. W roku 2015 dokonaliśmy następnej rewolucji w segmencie elektronarzędzi bezprzewodowych, wprowadzając na rynek litowo-jonowe akumulatory wysokoprądowe LiHD. To było bardzo znaczące osiągnięcie, które pozwoliło na uzyskanie przez nasze elektronarzędzia akumulatorowe mocy rzędu 3200 W. W następnych latach doskonaliliśmy system LiHD, wprowadzając na rynek akumulatory o pojemności 3.5 i 7.0 Ah (2017 r.) oraz 4.0 i 8.0 Ah (2018 r.) charakteryzujące się niską masą i niewielkimi wymiarami. W tym momencie dysponujemy akumulatorami litowo-jonowymi z dwóch linii: Li-Power i wysokoprądowej LiHD, które mogą być stosowane w maszynach o zapotrzebowaniu na moc mieszczącą się w zakresie 400–3200 W. Nasz system pod względem technicznym jest więc bardzo uniwersalny i elastyczny – informuje Paweł Ozga.

 

Nie dziwi więc fakt, że spotkał się z dużym zainteresowaniem mniejszych firm zajmujących się produkcją elektronarzędzi i urządzeń elektrycznych, dla których opracowanie własnego systemu byłoby trudne z powodu braku odpowiedniego know-how lub wysokich kosztów takiej inwestycji rozwojowej, jak też nieracjonalne ze względu choćby na strukturę wytwarzanych produktów. – Odpowiadając na zapotrzebowanie rynkowe, podjęliśmy więc decyzję o udostępnieniu naszej technologii i tak powstał system CAS – mówi Paweł Ozga.
Jego nazwa jest skrótem od Cordless Alliance System i po polsku można ją przetłumaczyć jako System Porozumienia Bezprzewodowego. Dokładniej mówiąc: CAS to system zasilania Metabo w formie otwartej ze wszystkimi tego konsekwencjami. – Odniósł już duży sukces na rynku, gdyż wykorzystuje go, oprócz nas, wiele renomowanych firm: Mafell (elektronarzędzia dla stolarzy i cieśli), ROTHENBERGER (urządzenia dla hydraulików), Collomix (mieszarki), EIBENSTOCK (elektronarzędzia specjalistyczne dla budownictwa), EISENBLÄTTER (cięcie i szlifowanie metali), Haaga (urządzenia sprzątające), Starmix (odkurzacze przemysłowe) i Steinel (opalarki, pistolety do klejenia) – stwierdza Paweł Ozga. – W tym momencie w ramach systemu CAS oferowanych jest 110 typów elektronarzędzi: od wiertarko-wkrętarki do odkurzacza, w tym wiele maszyn specjalistycznych. Pokrywa on pełne zapotrzebowanie na elektronarzędzia budownictwa i branż pokrewnych, przemysłu oraz rzemiosła. I tak każdy użytkownik elektronarzędzi Metabo może naszych baterii użyć do zasilania np. mieszarki Collomix. I odwrotnie, posiadacz mieszarki Collomix może baterii CAS użyć do zasilania naszego sprzętu. Oznacza to też, że jeżeli ktoś posiada akumulatory marki Metabo lub CAS, to może kupić elektronarzędzie wymienionych producentów w kompletacji zerowej (bez akumulatora i ładowarki), czyli – używając terminologii Metabo – jako carcas. Podobna zamienność występuje w przypadku ładowarek. Zgodnie z tym ładowarek Metabo możemy też użyć do ładowania baterii CAS; zaś ładowarki CAS – do ładowania zarówno akumulatorów CAS, jak i Metabo. Daje to bardzo dużą liczbę kombinacji w przypadku konfigurowania odpowiednich urządzeń zasilających daną maszynę i dużą wygodę oraz elastyczność w kompletacji parku maszynowego. Do tego znacznie zmniejsza koszty zakupu elektronarzędzi i zwiększa bezpieczeństwo inwestycyjne oraz otwiera nowe możliwości pracy – konkluduje PawełOzga.

pins

 

 

 

ZOBACZ TAKŻE
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
copyright 2025 portalnarzedzi.pl | wykonanie monikawolinska.eu