WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA · Rodzaj studiów: inżynierskie ... Komputerowe modelowanie...

Techniki wytwarzania

Rodzaj studiów: inżynierskie

Kierunek: mechanika i budowa maszyn

Specjalność: wszystkie specjalności

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Nowych Technologii i Chemii

KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII

Opracował: dr inż. Radosław Łyszkowski

TECHNIKI WYTWARZANIA - zagadnienia

Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 2

1. Wprowadzenie - ogólna charakterystyka technik wytwarzania i przetwarzania

materiałów konstrukcyjnych.

2. Metalurgia - procesy metalurgiczne i rafinacyjne; urządzenia stosowane w

metalurgii; metalurgia stali i metali nieżelaznych.

3. Odlewnictwo – powstawanie odlewów w formie; metody wytwarzania odlewów;

wykonywanie odlewów w formach jednorazowych, trwałych; wady odlewów.

4. Obróbka plastyczna – na zimno i gorąco; procesy obróbki plastycznej;

urządzenia do obróbki plastycznej; wady wyrobów kształtowanych plastycznie

5.

Spajalnictwo – budowa i właściwości złącza spawanego; charakterystyka metod

spawania; projektowanie połączeń spawanych; wady i metody kontroli jakości

złączy spawanych; zgrzewanie i lutowanie.

6.

Wytwarzanie warstw powierzchniowych – budowa i właściwości warstw

powierzchniowych (WP), techniki wytwarzania warstw wierzchnich, techniki

wytwarzania powłok, badanie jakości warstw powierzchniowych.

7. Metalurgia proszków – wytwarzanie i właściwości proszków metali; formowanie;

spiekanie; obróbka spieków; struktura i właściwości spieków.

8.

Metody wytwarzania i projektowanie – cechy i procedura wyboru metody

wytwarzania; koszty metod wytwarzania; dopasowanie materiałów;

proekologiczne projektowanie i wytwarzanie wyrobów.


TECHNIKI WYTWARZANIA - zagadnienia

TEMATY ĆWICZEŃ AUDYTORYJNYCH

1. Dobór techniki wytwarzania w projektowaniu inżynierskim

2. Komputerowe modelowanie procesów obróbki plastycznej

3. Projektowanie właściwości spieków metalicznych

TEMATY ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

1. Projektowanie i wykonanie formy piaskowej

2. Spawanie gazowe, łukowe i plazmowe

3. Metody lutowania i zgrzewania

4. Procesy obróbki plastycznej


Efekty kształcenia

4

Posiada wiedzę w zakresie podstawowych technologii wytwarzania, przetwarzania i

łączenia oraz modyfikacji warstwy wierzchniej materiałów konstrukcyjnych w formie

litej, proszków i powłok ochronnych stosowanych w technologii i budowie maszyn.

Zna zjawiska fizyczne i prawa wykorzystywane w procesach metalurgiczno-

odlewniczych i obróbki plastycznej stopów żelaza i metali nieżelaznych.

Potrafi dokonać oceny podstawowych właściwości użytkowych i funkcjonalnych

materiałów konstrukcyjnych po ich wytworzeniu.

Potrafi ocenić przyczynę oraz stopień zużycia materiału dla zastosowań w budowie

maszyn oraz zaproponować rozwiązania materiałowo-technologiczne do

regeneracji zużytych elementów.

Ma przygotowanie niezbędne do pracy w przedsiębiorstwach zajmujących się

wytwarzaniem elementów i części maszyn.

Potrafi ocenić rozwiązania technologiczne do wytwarzania lub przetwarzania

materiałów konstrukcyjnych stosowanych na elementy maszyn i urządzeń.

Ma świadomość poziomu swej wiedzy i umiejętności oraz potrafi określić kierunki

dalszego uczenia się i efektywnie realizować proces samokształcenia.

Potrafi pracować w zespole i ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie

realizowane zadania.

WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU

KOLOKWIUM

Przedmiot kończy się egzaminem.

Pozytywne zaliczenie:

kolokwium (na ocenę minimum 3 )

ćwiczeń audytoryjnych i laboratoryjnych

(w terminie przed datą wyznaczonego egzaminu)

POWODUJE ZWOLNIENIE Z EGZAMINU ! ! !


dr inż. Radosław Łyszkowski

L I T E R A T U R A

M. Szwaycer, D. Nagolska „Metalurgia i odlewnictwo”, Wyd. Pol.

Poznańskiej, Poznań, 2002

M. Cholewa i in. „Podstawy procesów metalurgicznych”, Wyd. Politechniki

Śląskiej, Gliwice 2004

S. Koerbel i in. „Obróbka plastyczna na zimno”, Wyd. PWN, Warszawa 1975

M. Morawiec i in. „Przeróbka plastyczna – podstawy teoretyczne”, Wyd.

Śląsk, Katowice, 1986

J. Nowicki, „Spiekane metale i kompozyty z osnową metaliczną”, WNT,

Warszawa 2005

J. Sobieszczański, „Spajanie”, Wyd. Politechniki Warszawskiej, W-wa 2004

K. Ferenc i in. „Spawalnictwo”, Wyd. Politechniki Warszawskiej, W-wa1999

I. Gruin, „Materiały polimerowe”, PWN, W-wa 2003

A.R. Olszyna, „Ceramika supertwarda”, Wyd. Politechniki Warszawskiej,

W-wa 1999

T. Burakowski, T. Wierzchoń, „Inżynieria powierzchni metali”, WNT,

W-wa 1995 Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 6

Techniki wytwarzania

Sztuka inżynierska

Rozwój materiałów i technologii

Technologia produkcji

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Nowych Technologii i Chemii

KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII

Opracował: dr inż. Radosław Łyszkowski

W 1:

materiał

SZTUKA INŻYNIERSKA

s’ingenier

przemyśliwać, łamać głowę,

wytężać, wysilać się

nauka

procesy wytwarzania projektowanie

- kształt

- właściwości

umiejętność

budowanie umocnień, twierdz, innych elementów systemów obrony


ASPEKTY

cywilna

lądowa –

wodna –

morska –

sanitarna –

leśna –

komunikacyjna

mechaniczna

biomedyczna

społeczna

wojskowa

chemiczna

genetyczna

elektryczna

kosmiczna

jonowa


Inżynieria Materiałowa (material engineering)

początek lat 70-tych

Dyscyplina naukowa zajmująca się:

• badaniem struktury materiałów

• ulepszaniem i otrzymywaniem nowych tworzyw

(również kompozytów) o z góry założonych,

powtarzalnych właściwościach – w aspekcie

właściwości objętościowych materiałów bez

uszlachetniania lub zmiany właściwości

NAUKI WSPÓŁTWORZĄCE

Techniki wytwarzania – ściśle związane z Inżynierią materiałową, której wytwór

(materiał) stanowi przedmiot działań TW i przetwórstwa materiałów, zmieniając

ich właściwości użytkowe wykorzystywane w budowie i eksploatacji maszyn


- odporności na utlenianie i inne rodzaje korozji (w wysokiej temperaturze i w

środowiskach o różnej agresywności)

- odporności na zużycie (ślizgowe, ścierne i erozyjne)

- wzrostu wytrzymałości statycznej i dynamicznej (zmęczeniowej)

- walorów dekoracyjnych

- nadanie materiałom specjalnych właściwości fizyko-chemicznych

- ułatwienie wykonywania następnych operacji procesu technologicznego

Stymulują rozwój technologii ze względu na związek z rozwojem materiałów

konstrukcyjnych. Ich rozwojowi towarzyszy dążenie do zapewnienia

najlepszych właściwości materiałów konstrukcyjnych:


TECHNIKI WYTWARZANIA

Realizacja tych dążeń odbywa się na drodze wykorzystania:

1. różnych zjawisk fizycznych, chemicznych, cieplnych

2. różnych materiałów i ich kompozycji

3. różnych technologii i ich ustawicznego rozwoju

MATERIA [łac.], fiz. - ... to wszystkie obiekty ważkie, tj. wytwarzające pole

grawitacyjne i podlegające działaniu tego pola. Ważkość jest cechą

charakterystyczną materii, jej miarą masa lub energia, a cząstki elementarne są

podstawowym elementem strukturalnym materii.

KOSMICZNA MATERIA


Hel

24%

Wodór

75% Inne

1%

Materia Wszechświata Materia skorupy Ziemskiej

O2 Si

Al Fe

Mg

Ca

K

Na

Cu

Pb

Zn

Ag

Au

pozostałe

Wszechświat – powstał 15 mld lat temu – burzliwa, niestacjonarna struktura,

w której wśród milionów galaktyk wykształciły się:

– nasza rodzinna Droga Mleczna

– następnie Układ Słoneczny

– i blisko 5 miliardów lat temu nasza Ziemia


-20 -15 -10 -5 0

WI

EL

KI

W

YB

UC

H

2.5 h - pierwsze atomy

~ 1 mln - pierwsze galaktyki, gwiazdy i planety

mld lat

początek zestalania Ziemi

3850 mln 1700 mln procesy rudotwórcze

480 mln złoża węgla, ropy, gazu

~ 4 mln - pojawienie się człowieka

POWSTAWANIE MATERII

20 - 8 tys. - człowiek opanowuje technikę obróbki materiałów naturalnych,

a następnie kamienia i metali

MATERIAŁY A ROZWUJ CZŁOWIEKA


Materiały na

narzędzia pracy

Fazy rozwojowe możliwości

twórczych człowieka

Epoka materiałów

zaawansowanych

Faza odkryć

naukowych

Epoka kamienia Faza

umiejętności naturalnych

Epoka brązu

Epoka żelaza

Faza sztuki

rzemieślniczej koniec XVIII w

Faza

wynalazków inżynierskich połowa XIX w

Epoka stali


Społeczeństwa pastersko-myśliwskie sprzed epoki brązu

FAZA UMIEJĘTNOŚCI NATURALNYCH

• każdy wykorzystuje swoje umiejętności (podobne

u wszystkich, brak specjalizacji – wytwórczość tylko

na swoje potrzeby)

• używane są łatwo dostępne surowce naturalne (jako materiały bez dodatkowej przeróbki)

KAMIEŃ - KRZEMIEŃ, OBSYDIAN – siekiery, noże, groty włóczni

KOŚCI – noże, groty strzał, narzędzia łowieckie, ozdoby, grzebienie

SKÓRA – ubrania, rzemienie, sakwy

DREWNO – drzewce broni i narzędzi

GLINA – ceramika

CERAMIKA W PREHISTORII

26 tys. lat p.n.e.

glina + less żar ogniska

Ceramika porowata

Pierwsze tworzywo, które człowiek całkowicie przekształcił wskutek obróbki


12 tys. lat p.n.e. - Japonia - początki ceramiki użytkowej

7 tys. lat p.n.e. - Bliski Wschód - upowszechnienie

wypalanych naczyń glinianych

Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

CERAMIKA OBECNIE

67%

17%

16%

3,5%

funkcjonalna

(elektronika)

ceramika

gospodarcza

8,5%

4%

ceramika techniczna

ceramika

ogniotrwała

izolatory

konstrukcyjna

17


PIERWSZE METALE W HISTORII CZŁOWIEKA

~ 6.000 lat p.n.e. złoto miedź

~ 4.000 lat p.n.e. Redukcja rudy miedzi (prawdopodobnie

jako produkt uboczny wypalania ceramiki)

KUCIE

przeróbka plastyczna

ODLEWANIE

REDUKCJA RUD METALI

za pomocą węgla drzewnego i możliwość wytwarzania przedmiotów metalowych

poprzez

3.000 lat p.n.e.

Egipt

złoto srebro miedź

cyna ołów antymon rtęć

Jeden z najważniejszych tajników

w technologii metali

PRZETWARZANIE MIEDZI

Pierwszy piec do przetapiania metali

(Egipt ok. 2700 p.n.e.) Malachit z Zairu

Materiał plastyczny

ale dość miękki

i łatwo ścieralny!!

Ttopn.< 1100 C

Za początek rozwoju metalurgii – hutnictwa uznaje się ok. 2800 p.n.e.

uzyskanie w Egipcie miedzi wypalanej w ognisku

Prażenie i wypalanie malachitu w

obecności węgla drzewnego (4.000 p.n.e.)

glina

ruda

węgiel drzewny


KUNSZT DAWNEGO KOWALSTWA

Złoty hełm Meskalamduga -

władcy Ur

(trzecie tysiąclecie p.n.e.) Stożek kultowy ze złotej blachy

(obecne Niemcy, 3200 p.n.e.)

Figurka formowana w miedzi

(Mezopotamia, 5000 p.n.e.)

Na plastycznym złocie i miedzi rozwinął się kunszt starożytnego kowalstwa oraz zdolność

praktycznego wykorzystywania właściwości, poprzez powtórne użycie metalowych wyrobów

po zmianie kształtu i przeznaczenia.


BRĄZ – tworzywo rozwijającej się cywilizacji

Epoka brązu: 2500 p.n.e.

Kucie swobodne na zimno Cu, Ag, Au, Fe (meteorytowe)

Platerowanie złotem drewna, statuetka Ozyrysa z grobowca Tutenchamona

Kucie matrycowe (wyrób monet) – Sparta

~ 3 500 lat p.n.e. BRĄZ CYNOWY

(5-20%)Sn

Cu

Łączenie miedzi z innymi pierwiastkami (tworzenie stopów) - zmienia korzystnie właściwości

materiału - bardziej wytrzymały, twardszy i odporniejszy na ścieranie - bardziej przydatny.

Wtedy wystąpił z obozu filistyńskiego pewien harcownik

imieniem Goliat, na głowie miał przyłbicę z brązu, ubrany

zaś był w łuskowy pancerz z brązu ..... miał nagolenice z

brązu i brązowy oszczep w ręce … 1 księga Samuela 17;4-7


glina wypalona

ceramika porowata

ceramika

twarda

szkło emalia

papier

brąz

arsenowy

brąz

cynowy

miedź

dalszy rozwój rolnictwa

broń, narzędzia, ozdoby z metali

ekspansja poszczególnych

społeczeństw cywilizacji

śródziemnomorskiej

Na przełomie II i I tysiąclecia p.n.e. produkcja oręża z metalu zaczęła być warunkiem

niezbędnym niezależnego bytu społeczeństw Bliskiego Wschodu.

Starożytni kowale dążyli do mistrzostwa nie zdając sobie sprawy ze śmiertelnego

niebezpieczeństwa związanego z przetwarzaniem rud zawierających arsen,

otrzymywania rtęci, czy też stosowania ciekłego ołowiu, ze względu na silnie trujące

oddziaływanie tych substancji na organizm.

FAZA SZTUKI RZEMIEŚLNICZEJ

~ 2 000 lat p.n.e. W powszechnym użyciu są materiały nie występujące w przyrodzie:



PRZETWARZANIE ŻELAZA

Hematyt ze złóż angielskich

Żelazo gąbczaste (silnie zanieczyszczone)

Żelazo zgrzewne (miękkie i ciągliwe)

bardziej wytrzymałe od Cu

ale w wielu aspektach ustępujące brązom

Redukcja rudy żelaza zawierającej

tlenki i węglany przy użyciu węgla

drzewnego w piecu D Y M A R C E

o temperaturze do 1200 oC

od ok. 2.500 lat p.n.e.

Żelazo znane było od

ok. 3.000 lat p.n.e. pochodzące głównie z meteorytów, stąd zwane

w Sumerze „metalem niebios” (meteoryty),

a w Egipcie - „czarna miedź z nieba”

XIXw. p.n.e.: 40kg srebra = 1kg żelaza

5kg złota = 1kg żelaza

VIIw. p.n.e.: 1kg srebra = 2000kg żelaza

Król Asyrii Sargon II (IXw. p.n.e.)

przechowuje w skarbcu 160 ton żelaza!!

Czasami przypadkowo przegrzewając

piec otrzymywano żelazo lane (surówkę) –

w tamtych czasach niepożądane, bo kruche.

PRZETWARZANIE ŻELAZA

D Y M A R K A – pierwszy piec hutniczy

Egipt – ok. 2.500 p.n.e.;

Europa – ok. 100 p.n.e.;

Ziemie polskie – ok. IV w

przez redukcję tlenkowych rud żelaza za pomocą

węgla drzewnego otrzymywano żelazo gąbczaste

zawierające żużel.

( Ttopn.> 1.500 oC )

1. Wsad: węgiel drzewny i ruda.

2. Otwory dmuchowe.

3. Strefa redukcji.

4. Gąbczasta łupka żelaza dymarskiego.

5. Powierzchnia swobodnego krzepnięcia w górnej części kloca

żużla wypełniającego kotlinkę wykopaną w lessie.

6. Szyb pieca zbudowany z płaskich bloczków− cegieł. D Y M A R K I

początkowo były dołkami w ziemi wyłożonymi gliną (ogniska dymarskie), później

piecami jednorazowego użytku częściowo zagłębionymi w ziemi (część naziemną

niszczono, część zagłębioną wraz z żużlem pozostawiano).

W Polsce odkryto je na terenie kielecczyzny w okolicach Słupi Nowej.

Przełom XII i XIIIw. - przekształcenie dymarek w stały piec hutniczy z otworem

spustowym do żużla i sztucznym ciągiem powietrza. Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 24

UPOWSZECHNIENIE ŻELAZA

Po upadku imperium Hetytów doszło do problemów z dostawami cyny niezbędnej do wytopu

brązu co wpłynęło na upowszechnienie żelaza na starożytnym Bliskim Wschodzie. Istotny

był też fakt, że do redukcji 1 kg żelaza potrzeba 8 kg węgla drzewnego, a w przypadku

miedzi - 20 kg, co miało ogromne znaczenie na bezdrzewnym Bliskim Wschodzie.

W VII stuleciu p.n.e. obróbka żelaza dotarła na północ od Alp i do Egiptu.

Opóźnienia w opanowaniu tej techniki stawały się wielokrotnie przyczyną słabości

starożytnych społeczeństw. Biegli w rzemiośle kowalskim Grecy mieli dobrze uzbrojoną

armię i flotę wojenną – powstrzymali inwazję Persów. Podboje Aleksandra Wielkiego doprowadziły do dalszej ekspansji żelaza, a także powstania

pierwszej cywilizacji Zachodu. W 304r. p.n.e. na Rodos został wystawiony 32 m wysokości

posąg Heliosa, odlany z brązu pochodzącego z przetopionych zbroi Persów pokonanych

przez Greków. Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 25

CESARSTWO RZYMSKIE 280-400 r.

W czasie Imperium Rzymskiego, w całym cywilizowanym świecie (Europa Północna i Zachodnia) upowszechniło się stosowanie żelaza do wyrobu bardziej złożonych narzędzi, w szczególności narzędzi kowalskich umożliwiających głębszą przeróbkę metali.

Rzemieślnicy wykonywali narzędzia i broń z materiałów, które w zasadniczej mierze różniły się jakościowo od materiałów używanych w czasach wcześniejszych.

…rzymskie stalowe miecze były tak ostre, że nie było takiego hełmu, którego nie zdołałyby przeciąć. Galowie wyposażeni w miecze z żelaza zgrzewnego, po każdym ciosie musieli przerywać walkę i prostować klingę by móc dalej walczyć …

Stalowe miecze rzymian były dziełem toledańskich płatnerzy i hutników z hiszpańskiej Katalonii, gdzie technika obróbki żelaza osiągnęła najwyższy poziom w cesarstwie rzymskim.


Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

W VII w. doszło do dominacji Islamu. W ciągu jednego

stulecia mieszkańcy pustynnego Półwyspu Arabskiego zdołali narzucić swoją władzę i wiarę

więcej niż połowie świata euroazjatyckiego.

STAL DAMASCEŃSKA

Unikalny materiał na stal damasceńską

wydobywano jedynie w hinduskich stanach

Andora, Pradesh i Karnataka i przywożono do

Syrii (Damaszku) – gdzie bezcenne, wlewki

przekuwano w wyspecjalizowanych kuźniach.

Jej składniki: żelazo i układające się w pasma węgliki wanadu i molibdenu odpowiednio nagrzewane i schładzane tworzyły niesamowite wzory.

Szable damasceńskie nie tępiły się i zachowywały

sprężystość pomimo, że były niezwykle twarde -

pierwsza wysokogatunkowa stal w historii ludzkości. 27


CENTRUM HUTNICTWA ZACHODNIEJ EUROPY

320 kg

żelaza

z 1-go

procesu

1295r. piec Stuckofen

z miechami poruszanymi

kołem wodnym

Po odcięciu Hiszpanii od świata zachodniego

Przesunięcie do

Austria

Niemcy

Anglia

X w.n.e.

TECHNOLOGIA STOPÓW ŻELAZA

ruda żelaza

+

węgiel drzewny

• Konstrukcje żelazne

• Narzędzia rolnicze

• Uzbrojenie

Stan stały

kucie na gorąco

Stan ciekły ciecz metaliczna

odlewanie do form

Żelazo zgrzewalne

Żeliwo (odlewy) po zakrzepnięciu twarde i kruche

Wygrzewanie

do 1200 oC

Żelazo

+(3-4)% węgla

Żelazo prawie

bezwęglowe

Produkt

metaliczny

W coraz wyższych piecach wsad przebywał coraz dłużej, a w związku z intensywnym

nadmuchem wzrastała stopniowo temperatura. Możliwe stało się uzyskiwanie dwu

rodzajów produktu metalicznego:

• Początkowo mało przydatne

• Od X w. odlewane dzwony

• Do XVI w. lufy i kule armatnie


TAJEMNICA WĘGLA W STALI

Starożytni i średniowieczni kowale nie potrafili odpowiedzieć, dlaczego

wytwarzane przez nich elementy z żelaza charakteryzują się bardzo dużą

niepowtarzalnością właściwości.

Pod koniec XVIII w. stwierdzono, że węgiel nie tylko redukuje związki żelaza w

rudzie ale równocześnie (w zależności od czasu trwania procesu)

rozpuszcza się w żelazie tworząc stopy o różnej temperaturze topnienia –

nawet poniżej 1200 C.

Pod koniec pierwszego tysiąclecia Fe było w Europie materiałem

pożądanym, ale ze względu na cenę nie stosowanym powszechnie.

Niektóre (przypadkowe) wytopy żelaza prowadzą do uzyskania materiału

bardzo twardego i sprężystego.

niepowtarzalność efektów

bardzo mała wydajność procesu

drobne narzędzia

broń

Żelazo zgrzewne

+

węgiel drzewny

długotrwałe

wygrzewanie


1709 r. – anglik Abraham Darby jako pierwszy wytopił żelazo

przy pomocy koksu.

XVIIw. – produkcja żelaza w Europie ustabilizowana na

poziomie 60.000 ton rocznie, z czego połowa przypada na

Anglię.

ROZWÓJ TECHNOLOGII STOPÓW ŻELAZA

XIV w. (początek) – niemiecki mnich Berthold Czarny opracował

skuteczny przepis na produkcję prochu i konstruuje pierwszą

broń strzelecką

XVI i XVII w. – gwałtowny wzrost zapotrzebowania na żelazo

XVII w. – powstaje angielska

odlewnia Weald of Sussex

(najsławniejsza na świecie).

Wytwarzane przez nią armaty były

tak dobre, że - pomimo zakazu

królowej Elżbiety I - stały się

przedmiotem międzynarodowego

handlu bronią, głównie do

Hiszpanii.


Złoto jest dla pani,

srebro dla dziewczyny

miedź dla rzemieślnika biegłego

w zawodzie,

... Ale żelazo - Zimne żelazo - jest panem nad panami

Josep Rudyard Kipling angielski pisarz i poeta ur. w Indiach w 1865

Noblista – 1907


– XVIIIw. (koniec) Anglia - piece hutnicze opalane są tylko koksem, a

produkcja taniego żeliwa tak dobrze opanowana, że wyparło ono z

powszechnego użytku brąz i żelazo zgrzewne

w dalszym ciągu nie rozwiązano problemu masowej produkcji stali

– 1792 (Wilkinson) Anglia – żeliwiak na koks

– 1855 (Bessemer) Anglia – konwertor do wytwarzania stali płynnej

ROZWÓJ TECHNOLOGII STOPÓW ŻELAZA

– 1856 (W. i F. Simensowie) Anglia –

piec wykorzystujący ciepło spalin

nazwany martenowskim (od

nazwiska E. i P. Martinów), którzy

w 1865 zastosowali go do wytopu

stali z surówki i złomu

– XIX / XXw. – procesy wytwarzania

stali w piecach elektrycznych

– 1949 Austria – konwertor tlenowy


... pod koniec XVIII w. – przemiany epoki Oświecenia

• upowszechnienie umiejętności czytania wśród rzemieślników

• usprawnienie wymiany informacji

• większe zainteresowanie uczonych sprawami przyrody

FAZA WYNALAZKÓW INŻYNIERSKICH

NOWE ŹRÓDŁO ENERGII – MASZYNA PAROWA

(Papin – 1690 i Newcoman – 1705)

• wzrost stopnia złożoności konstrukcji

mechanicznych

• wzrost zapotrzebowania na materiały

konstrukcyjne


I rewolucja

techniczna

na obserwacji wszystkiego.....

i którzy z tego powodu często

zdolni są

połączyć potęgę najbardziej

odległych i różnych obiektów

Adam Smith

Pewne wynalazki powstały

dzięki pomysłowości tych myślących ludzi,

których zajęcie nie polega na czynieniu czegoś, ale


ODKRYWCZA METODA BESSEMERA - 1855 r

metoda pudlarska

długotrwałe wygrzewanie

w obecności węgla – stopniowe

nawęglanie, w wyniku którego Ttop

obniża się do 1150–1200 oC.

Nawęglane żelazo o zawartości węgla (1,8-2)%C

przechodząc w stan ciekły ulega dalej nasyceniu węglem

do (3,5-4)%C - surówka

stal

(po 10 dniach

25kg)

stal: stop żelaza z odpowiednią (?) zawartością węgla

metoda „stara” (mała przydatność produkcyjna)

•

•

wysokowęglowy produkt

wytopu z rudy

długotrwałe wygrzewanie

w stanie stałym

czyste

żelazo

Ttop = 1539 oC

Ciekłą surówkę poddaje się przedmuchowi strumieniami powietrza, w wyniku którego traci ona nadmiar węgla (wypalanie) i po odlaniu może być przerabiana plastycznie – jako stal.


metoda Bessemera

wysokowęglowy produkt

wytopu z rudy

w stanie ciekłym

przedmuch powietrza przez ciecz

regulacja zawartości węgla

stal

(kilka godzin

- kilka ton)

•


„REWOLUCJA” BESSEMERA

Zakłady Bessemera (1860r)

II rewolucja

techniczna


„Gruszka” Bessemera

(patent - 1855r)


ZAKŁADY KRUPPA W ESSEN (1902r.)

odlewnia

1850 1880 1900

Wielka Brytania

Niemcy

USA

Kilkuset tonowe elementy

konstrukcji, w tym płyty

pancerne

9 mln ton

1 mln ton

WARSZTAT PŁYT PANCERNYCH

Na wystawie w Düsseldorfie: płyta

pancerna 13,2m x 3,5m x 300mm i

masie 106 ton

ZAKŁADY KRUPPA 1911r.


PRODUKCJA STALI SUROWEJ

1950

100

Świat

Kraje zachodnie

Średnio-roczny przyrosty

produkcji stali

Świat Kraje

zachodnie

1950-60 6,1 4,6

1960-70 5,6 5,7

1970-80 1,9 1,0

1980-88 1,0 0,6

1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1988

200

300

400

500

600

700

800

Lata

Mln

to

n


TECHNIKI WYTWARZANIA

Opracowując nowy przedmiot, należy uwzględnić przede wszystkim zadania

(funkcje), jakie ten przedmiot ma spełniać. Istotny wpływ na określenie tego kształtu

będzie miał przyjęty sposób wykonania przedmiotu, czyli jego technika

wytwarzania. Wiąże się z tym ściśle dobór materiału.

Procesy technologiczne obróbki i montażu

Kontrola

Magazynowanie

Konserwacja i pakowanie

Decyzje dotyczące tego wyboru podejmujemy po rozpatrzeniu różnych kryteriów:

• Wymagane własności mechaniczne projektowanego wytworu;

• Rodzaj produkcji (jednostkowa, seryjna, masowa);

• Dostępność maszyn technologicznych i narzędzi;

• Koszty itp.

Najważniejszą częścią procesu produkcyjnego, obejmującego wszystkie czynności

związane z wytwarzaniem produktu, jest proces technologiczny.

Proces

produkcyjny

Transport Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 41

METODY KSZTAŁTOWANIA


Nadawanie kształtu przedmiotom może się odbywać z użyciem różnych technik

wytwarzania.

Ciekły Stały Przejściowy

Nadawanie kształtu przedmiotom metalowym

w zależności od stanu skupienia materiału

(tworzywa)

Odlewanie Obróbka

plastyczna

Obróbka

skrawaniem

Prasowanie

Walcowanie

Kucie

Tłoczenie

Szlifowanie

Wiercenie

Gwintowanie

Frezowanie

Do form

Ciągłe

TECHNOLOGIE WYTWARZANIA

Techniki wytwarzania (Technologia materiałów) stanowi część dyscypliny naukowej

Budowa i eksploatacja maszyn.

Pełna charakterystyka materiału, np. gdy musimy go zamówić:

• gatunek materiału (skład chemiczny)

• postać (kształt, wymiary, technikę wytwarzania)

• stan (struktura, stan powierzchni)


Etap Czynność

Konstrukcja » Dobór materiału

» Zapewnienie technologiczności konstrukcji

Wytwarzanie » Zakup materiałów

» Projektowanie i realizacja procesów technologicznych

» Dostosowanie met. badawczych części maszyn do

sposobu ich wytwarzania

Eksploatacja » Zakup materiałów i części zamiennych

» Dobór metod regeneracji

Wycofanie z » Gospodarka złomem

eksploatacji » Recykling odpadów

Etap I - wytwarzanie materiałów, jak metale i stopy w postaci wlewków lub gąsek,

polimery podstawowe, przędza itp. z kopalin lub surowców naturalnych;

Etap II - wytwarzanie półwyrobów, jak wyroby hutnicze, odlewy, odkuwki,

półwyroby z polimerów, tarcica, tkaniny, itp.;

Etap III - wytwarzanie części maszyn metodami właściwymi dla technologii maszyn.


Elementy maszyn produkuje się w trzech zasadniczych etapach:

Technologia materiałów metalowych

Do technologii materiałów należą następujące procesy konwencjonalne:

• odlewnictwo

• metalurgia

• obróbka plastyczna

• metalurgia proszków

• łączenie metali

• obróbka cieplna i cieplno-chemiczna

• technologia warstw powierzchniowych

• przetwórstwo materiałów niemetalowych,

szczególnie polimerów

I. Wstępna przeróbka rudy

II. Złom

III. Wstępne procesy metalurgiczne

IV. Procesy rafinacyjne

V. Odlewanie wlewków i gąsek

VI. Wpływ procesu metalurgicznego

na jakość materiałów

VII. Urządzenia stosowane w

metalurgii

VIII. Metalurgia żelaza

IX. Metalurgia metali nieżelaznych

METALURGIA METALI


W2 – Metalurgia stali, żeliwa i metali

nieżelaznych

Dziękuję za uwagę!

Następne zajęcia :

Prowadzenie: dr inż. Radosław Łyszkowski

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA · Rodzaj studiów: inżynierskie ... Komputerowe modelowanie...

Documents

Transcript of WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA · Rodzaj studiów: inżynierskie ... Komputerowe modelowanie...