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

Obróbka przewodów i kabli (cz. IV) Ściąganie izolacji z przewodów i kabli okrągłych (odc. 1.)

W czwartym odcinku naszego cyklu artykułów o obróbce kabli zajmiemy się ściąganiem izolacji z przewodów i kabli okrągłych. Tematowi temu poświęcimy dwa kolejne artykuły.

 

 

 

Ściągacze Knipex 16 60 100 SB, 16 65 125 SB, 16 80 125 SB, 16 85 125 SB służą do usuwania zewnętrznej izolacji z różnych rodzajów kabli (fot. 1.). Mają konstrukcję rurową, wykonaną z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym – de facto tworzą ją dwie połączone połówki rurki zaopatrzone na końcach w odpowiednie rozmiarowo noże i boczne gniazda do ściągania izolacji bezpośrednio z przewodów.

W celu ściągnięcia izolacji zewnętrznej przewód wkładamy do środka przyrządów (fot. 2a), następnie zamykamy go oraz mocno zaciskamy (fot. 2b) i wykonujemy niepełny ruch obrotowy w celu przecięcia izolacji, a następnie ją ściągamy (fot. 2c). Prezentowane narzędzia Knipex dają możliwość ściągania izolacji z kabli koncentrycznych o średnicy od 4,8 do 7,5 mm (też kable antenowe), okrągłych kabli elektrycznych z izolacją pcw, np. 3 x 0,75 mm2, 3 x 1,5 mm2 aż do 5 x 2,5 mm2, jak też do kabli teleinformatycznych typu UTP i STP o średnicy 5-15 mm. Bezpośrednio gniazdami bocznymi możemy ściągać izolację od 0,2 do 4 mm2. Aby to zrobić, wkładamy przewód w odpowiednie gniazdo (fot. 3a), zamykamy i zaciskamy przyrząd, a następnie ściągamy ilzolację z przewodu. Jak wspomnieliśmy wyżej, w zależności od potrzeb możemy wybrać jeden z czterech przyrządów o różnych możliwościach roboczach (dokładne dane narzędzi w katalogu Knipex na 36-37 s i na www.agentools.pl).
Gdy mamy do czynienia z izolacją z pcw wszystkich popularnych przewodów okrągłych o średnicach 8-28 mm, powinniśmy użyć ściągaczy Knipex 16 20 16 SB, 16 20 165 SB, 16 20 28 SB (fot. 4.) z możliwością regulacji głębokości rozcinania izolacji. Elementem roboczym w tych narzędziach jest obrotowy wewnętrzny nóż do cięcia wzdłużnego i po obwodzie (fot. 5.). Kabel do niego jest dociskany przez specjalnie ukształtowany metalowy profil ze sprężyną, za pomocą której jest wywierana siła dociskająca (fot. 6.). Używając tych narzędzi, najpierw należy wyregulować głębokość cięcia, co czynimy przy użyciu pokrętła znajdującego się w korpusie (fot. 7a). Potem możemy ściągacze założyć na przewód i ruchem rotacyjnym obracamy je o 360° wokół przewodu, a następnie wzdłużnie rozcinamy izolację i zdejmujemy ją (fot. 7b). Warto tu wspomnieć, że nóż ustawia się automatycznie do kierunku cięcia.
Natomiast dla kabli okrągłych z izolacją z pcw, gumy, silikonu oraz PTFE o średnicy od 6 do 29 mm stosujemy przyrząd Knipex 16 30 135 SB (fot. 8.). W stosunku do poprzednio opisanych narzędzi Knipex 16 30 135 SB ma szerszy zakres stosowania. Przyrząd nie ma funkcji automatycznego ustawiania noża do kierunku cięcia, dlatego w przypadku cięcia wzdłużnego trzeba go obrócić o 90°. Natomiast głębokość cięcia ustawiamy tak samo, czyli pokrętłem. Narzędzie ma więcej możliwości obróbczych, możemy nim ciąć rotacyjnie, wzdłużnie i po spirali (fot. 9a i 9b). Dla wszystkich swoich ściągaczy Knipex oferuje wynienne ostrza. O innych narzędziach do ściągania izolacji napiszemy w kolejnym odcinku naszego cyklu.

 

1

Ściągacze Knipex 16 60 100 SB, 16 65 125 SB, 16 80 125 SB, 16 85 125 SB

 

2a

2b

2c

W celu ściągnięcia izolacji zewnętrznej przewód wkładamy do środka ściągacza (1b),

następnie zamykamy go oraz mocno zaciskamy (2b)

i wykonujemy niepełny ruch obrotowy w celu przecięcia izolacji, a następnie ją ściągamy (2c)

 

3a

3b

style="text-align: center;">Bezpośrednio gniazdami bocznymi możemy ściągać izolację od 0,2 do 4 mm2

 

4

Ściągacze Knipex 16 20 16 SB, 16 20 165 SB, 16 20 28 SB

 

5

Elementem roboczym w ściągaczach Knipex 16 20 16 SB, 16 20 165 SB, 16 20 28 SB

jest obrotowy wewnętrzny nóż do cięcia wzdłużnego i po obwodzie

 

6

Kabel do noża jest dociskany przez specjalnie ukształtowany metalowy profil ze sprężyną,

za pomocą której jest wywierana siła dociskająca

 

7a

7b

Używając ściągaczy Knipex 16 20 16 SB, 16 20 165 SB i 16 20 28 SB, najpierw należy

wyregulować głębokość cięcia, co czynimy przy użyciu pokrętła znajdującego się w korpusie (7a).

Potem ściągacze zakładamy na przewód i ruchem rotacyjnym obracamy je o 360° wokół

przewodu, a następnie wzdłużnie rozcinamy izolację i zdejmujemy ją (7b).

 

 

8

 Przyrząd Knipex 16 30 135 SB

 

9a

9b

Przyrząd Knipex 16 30 135 SB ma więcej możliwości obróbczych niż modele

16 20 16 SB, 16 20 165 SB i 16 20 28 SB – możemy nim ciąć rotacyjnie,

wzdłużnie i po spirali (9a i9b)

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