- maszyna –proste np. silniki
- urządzenie – skomplikowane np. dwie maszyny
- aparat – b. skomplikowane np. kilka maszyn i urządzeń
wymagania stawiane maszynom:
- niezawodność działania
- niskie koszty wykonania i eksploatacji
- wymagania higieniczne
- materiał konstrukcyjny decyduje o wymaganiach
posiada określone właściwości: mechaniczne, fizyczne, chemiczne, elektryczne, akustyczne, możliwość wykonania elementu z danego materiału konstrukcyjnego
RODZAJE MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH:
metalowe (żeliwo i jego stopy, metale nieżelazne i ich stopy oraz spieki metalowe)
niemetalowe (tworzywa sztuczne, szkło[przem. spoż], materiały ceramiczne, guma, drewno)
metalowe: powszechne materiały, b. dobre własności mechaniczne (wytrzymałościowe), można wpływać na wł. mech. poprzez obróbki, możliwość (łatwość) nadawania kształtów
żeliwo i jego stopy: najpopularniejsze materiały konstrukcyjne, powszechne zastosowanie mają stopy:
żelaza z węglem – 2-4,3% węgla w stopie [surówka (żeliwo) ® półprodukt]
– poniżej 2% węgla w stopie – tzw. stal
STALE:
st. węglowa konstrukcyjna zwykła ogólnego przeznaczenia:
I grupa – stal o określonej wytrzymałości
St0 [0,06-0,12%], St1, St2, St3, ..., St7 [0,62-0,67%] ze wzrostem liczby rośnie ilość węgla(rośnie wytrzymałość)
II grupa – stal o określonym składzie chemicznym
MSt0, MSt1, ..., MSt7
M- o określonym składzie chemicznym
Uspokojona, jeśli po liczbie nie ma litery
MSt0x,..., MSt4x st węglowa konstr zwykłej jakości ogól przeznaczenia o określ skł chem nie uspokojona
MSt0y,..., MSt4y st węglowa konstr zwykłej jakości ogól przeznaczenia o określ skł chem pół uspokojona
III grupa - stal o określonym skł. chemicznym i wytrzymałości – tzw. stal spawana
St0S, ...., St4S uspokojona
St0Sx nieuspokojona
St0Sy półuspokojna
st. węglowa konstrukcyjna wyższej jakości ogólnego przeznaczenia:
10.....65
18G2A 0,18 % » C G2 – mangan 2% A – P(fosfor) i S (siarka) < 0,04 % [stal niskostopowa]
(stale specjalne)
- stale nierdzewne nie powinny ulegać korozji, gładka powierzchnia, tzw. stale chromowe (min. 12% chromu). Są odporne na: działanie wód gruntowych (naturalnych), czynniki atmosferyczne (powietrze), działanie pary wodnej ( 2300kJ/kg ), na rozcieńczone kwasy organiczne i rozcieńczone alkalia
nierdzewność rośnie wraz ze wzrostem zawartości chromu / a wraz ze spadkiem zawartości węgla
oznaczenia:
N - nikiel
H - chrom
T - tytan
I - aluminium
M – molibden
S – krzem
W – wolfram
F - wanad
węgiel poniżej 0,1%® 0H13;1HH12;2H13;3H14;2H13T...(jeśli nie ma symbolu liczbowego zawart. nie przekr 1,5%); 1H14N2 (węgiel 0,1% chrom 14%,nikiel 2%)
zastosowanie: wymiennik ciepła; kolumny elektryfikacyjne; elementy: pomp, filtrów, urządzeń mieszających; śruby; nakrętki
- stale kwasoodporne (nierdzewne) tzw. stale chromowo – niklowe, nierdzewne
HCl i H2SO4 nie mogą kontaktować się z tymi stalami
17-20% chromu ; 8-14% niklu
np. 1H18N9T – stal stopowa kwasoodporna o zawartości poniżej 0,1% węgla, 1% chromu, 18% niklu, nie przekracza 1,5 % tytanu
najpopularniejsze: 1H18N9T; OH18N12T; 1H18N12T; 1H18N9; OH18N10T – najbardziej popularne w przemyśle spożywczym
zastosowanie: wszystkie gałęzie przemysły gdzie urządzenia kontaktują się z żywnością
stopy żelaza z węglem (powyżej 2% C); podlegają korozji;
np. Zl 150, Zl 200, Zl 250, Zl 300 (wytrzymałość żeliwa na rozciąganie – wytrzymuje obciążenie 300MPa)
® nie ciągliwe - szare (nie odporne na korozje), białe, modyfikowane
® ciągliwe - białe, czarne, sferoidalne, perlityczne, sferoidalne-ferrytyczne
® stopowe – żeliwo krzemowe ZlSi5Al, żeliwo aluminiowe ZlAl 17, ż. chromowe ZlCr34
zastosowanie żeliwa szarego: koło zębate, pasowe, elementy armatury, elementy skrzynek
metale dodawane do żeliw: miedź + stopy (brązy Cu+Sn , mosiądze Cu +Zn)
aluminium + stopy, cynk, cyna, ołów
® tworzywa sztuczne
- niska gęstość: 900-2300 kg/m3
g wody = 1000 kg/m3
g stali @ 7500 kg/m3
- odporne na korozje
- odporne na oleje i chemikalia
- dobre własności poślizgowe
- niska przewodność ciepła
- dobrze poddają się obróbce - skrawanie
- słabe własności akustyczne
- łatwość formowania kształtów, barwienia, klejenia
- niepalne
rodzaje tworzyw sztucznych:
- termoplastyczne – można wielokrotnie formować kształty poprzez podwyższanie temperatury (poliamidy, polietylen, polichlorek winylu PCW, teflon)
- termoutrwaldzalne (chemoutwardzalne) – fenoplasty; aminoplasty (polamin); żywice: poliestrowe, silikonowe, oksydowe
zastosowanie tw sztucznych:
koła zębate, tuleje kół zębatych, elementy sprzęgieł, panewki łożysk, elementy toczne, okładziny hamulcowe, filtry, wentylatory, pompy, wirówki
® SZKŁO
zalety:
odporne na działanie czynników zew
rozcieńczonych kwasów ( z wyjątkiem HF) i zasad
podwyż. temp. ( w przemyśle spoż max temp. 180-250 st C smażenie
¯ 250-280 st. C pieczenie
-195,6 ÷ 300 st C
przezroczystość
gładkość powierzchni
łatwość czyszczenia
nie palność
ok. 450-500 st C – kształtowanie szkła w stanie plastycznym
mała przewodność ciepła i akustyczności
nie przenikalność gazów i cieczy
wrażliwość na skokowe zmiany temperatury
zastosowanie:
rurociągi szklane + armatura
wzierniki
zbiorniki szklane
→ SPIEKI CERAMICZNE
wyroby wytwarzane ze spiekanych tlenków, siarczków, węglików, borków, krzemków, azotków
proste – jeden typ zw. Chemicznego
złożone – jeżeli kilka typów
cechy:
porowatość, wys temp topnienia, duża twardość, odporność na korozje, wytrzymałość na ściskanie
przem spoż – przem sokowy, winiarski, mlekowy – urządzenia do filtracji
endoprotezy
→ GUMA
efekt wulkanizacji kauczuku
wytrzymałość na rozciąganie 2-90 MPa
odporność na ścieranie
dobre wł amortyzacyjne
odporność na trwałe odkształcanie (proces ściskania i relaksacji) „guma świetnie relaksuje”
odporność na działanie olejów, paliw, smarów, na podwyż temp
negatywne:
poddaje się procesowi starzenia – pogorszenie cech fiz gumy przejawia się w twardnieniu, zwiększonej kleistości
amortyzatory, uszczelki
ZUŻYCIE MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH
Zniszczenia: A) mechaniczne, B) erozyjne, C) spowodowane korozja
A) spowodowane przekroczeniem wytrzymałości granicznej materiału
B) zniszczenie przez ścieranie lub uderzanie
C) fiz, chem lub elektrochem oddziaływanie środowiska na określony element konstrukcyjny
Materiały konstrukcyjne:
metale odporne na korozje: złoto, platyna, cyrkon
metale nieodporne na korozje
metale pasywne
klasy odporności na korozje charakterystyka szybkość korozji [mm/rok]
I całkowicie odporne (np. stal kwasoodporna) poniżej 0,001
II bardzo odporna 0,001-0,01
III odporne 0,01-0,1
IV niezbyt odporne 0,1-1
KLASYFIKACJA KOROZJI
1) ze względu na charakter niszczenia
2) ze względu ma mechanizm działania
3) ze względu na rodzaj środowiska
Ad. 1
Korozja nierównomierna:
→ makroskopowa :
- punktowa – wyst gdy mat konstrukcyjny jest nie bardzo odporny na korozje, ale został pokryty warstwą ochronną
- plamista
- wżerowa
- podpowierzchniowa
- selektywna (mat konstr skł się z kilku pierwiastków, jeden z nich podlega korozji)
→ mikroskopowa:
- transkrystaliczna
- międzykrystaliczna
Ad. 2
- chemiczna – zachodzi w nie przewodzących cieczach i gazach
- elektrochemiczna – zachodzi w roztworach elektrolitów [piwo, sok owocowy, zalewa octowa, kiszonka]
Elementy przyspieszające korozje:
- różne metale o różnych potencjałach elektrochemicznych tworzą ogniwo
- roztwory mają różne stężenie
- procesy depolaryzacyjne w roztworach (niskie pH i obecność tlenu przyspiesza je)
- miejscowo zróżnicowana temperatura
- prądy błądzące
szereg metali w których odporność na korozje maleje:
Pt, Au, Zr, Ti, Ag, Cr, Cu, Ni, Pb, Al, Sn, Fe, Cd, Zn, Mg, Mn
Ad. 3
Korozja: atmosferyczna, wodna, ziemna, biologiczna (mikrobiologiczna), naprężeniowa
Z czym żywność może się kontaktować?:
Żelazo i jego stopy – nie można, jedynie zabezpieczenie warstwą ochronną
Żeliwo dszare, stale – nie
Aluminium i jego stopy – nie
Miedź i jego stopy – nie 1 mg dziennie Cu można spożywać
Cynk i jego stopy – 0,3% Zn może zawierać naczynie
Ołów, kadm, rtęć i jego stopy – nie
Nikiel i chrom – nie stwierdzono, poza Cr+6
Magnez i mangan – tak
Stale specjalne – stale odpowiednio wzbogacone, aby mogły mieć kontakt z żywnością
T – nie więcej niż 0,8%
Zawory mosiężne – rzadko używane, częściej zawory ze stali kadmowej
Mosiądze – stopy miedzi
pasywacja od białego (dwuskładnikowe) do czarnego (wieloskładnikowe)
Brązy – stopy miedzi i cyny
Pasywacja od pomarańczowego do ciemnego brązu
Tworzywa sztuczne – powstają w wyniku reakcji poli np. polimeryzacji (termoplasty – kształtowanie pod wpływem temp.), polikondensacji (duroplasty – raz ukształtowanych nie można zmienić), poliaddycji
Plastomery w żywności – kształtują się pod wpływem temp i ciśnienia
Moduł sprężystości – miękkie <700 Pa (polipropylen)
- półsztywne <700 7000Pa> (PCE np. rury)
- sztywne > 7000 Pa (PCW twarde)
viktus