Teh materijali i pogonske mat - tehnikum.edu.rsmaterijala kaoistalanrazvoj novih materijala. Svi materijali imajukarakterističnasvojstva, određenuoblast primeneprednostii ograničenja.Da

TEHNIKUM TAURUNUMTEHNIČKI MATERIJALI I POGONSKE MATERIJE

HANDOUT

DR PREDRAG M. DROBNJAK

TEMA: NAUKA O  MATERIJALIMA I TEHNOLOGIJI   MATERIJALA

Nauka o materijalima je naučna disciplina koja se bavi izučavanjem odnosa kojipostoje između strukture i svojstavamaterijala kao i procesima obradematerijala sa ciljem dobijanja boljih svojstava.

Tehnologija materijala je  inžinjerska disciplina koja koristi osnovna i primenjenaznanja o   materijalima kako bi se od materijala izradio proizvod. 

Ovako združena znanja omogućavaju inženjerima pravilan izbor kako bi nanajbolji način došli do gotovog proizvoda.

Tehnologija materijala može se posmatrati i kao tehnika dobijanja konstrukcionihi pogonskih materijala iz neorganskih i organskih sirovina, hemijskim imehaničkim postupcima.

Konstrukcioni materijali obuhvataju materijale koji se koriste za izradu: mašinskih građevinskih rudarskih drugih konstrukcionih delova

Pogonski materijali se koriste u raznim tehnološkim procesima pri čemuoslobađaju odgovarajuću količinu energije, omogućavaju transformaciju jednogoblika energije u drugi, služe kao sredstva za dobijanje proizvoda i poluproizvoda iza održavanje mašina i opreme.

Prema postupcima dobijanja materijala tehnologija može biti: Hemijska― menja se hemijski sastav materijala Mehanička― prerada i obrada materijala― menja se spoljašnji oblik; livenje; mašinskaobrada; presovanje; prerada drveta u rezanu građu…

TEMA:  IZBOR I OSOBINE  MATERIJALA

Zarad ostvarivanja novih tehnoloških rešenja koristi se veliki broj različitihmaterijala kao i stalan razvoj novih materijala.

Svi materijali imaju karakteristična svojstva, određenu oblast primene prednosti iograničenja. Da bi se neki materijal mogao pravilno upotrebiti potrebno je što potpunije poznavati njegove osobine.

Sve osobine materijala mogu se svrstati u 3 glavne grupe: Fizičko‐mehaničke osobine Hemijske osobine Tehnološke osobine

FIZIČKO‐MEHANIČKEOSOBINE

Fizička građa (sklop) materijala predstavlja veličinu i raspored delova (delića) od kojih je sagrađen neki materijal.

Upoznavanju unutrašnje građe čvrstog tela doprineo je razvoj optike.

Struktura i svojstva čvrstih materijala važnih za inžinjersku praksu uglavnom zavisiod rasporeda atoma,  jona ili molekula u sklopu čvrstog tela kao i od  sile i vezaizmeđu njih. 

Ako atomi ili joni u čvrstom telu imaju pravilan trodimenzioni model  rasporeda u prostoru, onda se za to čvrsto telo kaže da ima kristalnu strukturu (atomi se nalaze na tačno određenoj udaljenosti, sile među njima su uravnotežene, a unutrasnja energija je minimalna).

Kod amorfnih materijala (npr.staklo, smola itd) ne postoji pravilan raspored atomamaterijala. Ovakve meterije su nestabilne, pa pod nekim uslovima mogu preći u kristalnostanje same od sebe.

Gustina materijala definiše se odnosom jedinice mase prema jedinici zapreminematerijala. Razlikujemo dve fizičke veličine vezane za gustinu i to:  apsolutna gustina, zapreminska gustina.

Apsolutna gustina određuje se iz odnosamasematereijala (bez pora i šupljina) prema jedinici njegove zapremine: ρ m

V𝑘𝑔𝑚3

gde je: m masa u 𝑘𝑔 V zapremina bez pora i šupljina u 𝑚3

Zapreminska gustina izražava se odnosommasematerijala prema jedinicizapreminematerijala zajedno sa porama i šupljinama:

d msV

𝑘𝑔𝑚3

gde je: ms stalna masa epruvete u kg; V zapremina sa porama i šupljinama u 𝑚3

Tvrdoća predstavlja otpor materijala prema prodiranju drugogmaterijala u ispitivani. 

Za ispitivanje metala koriste se postupci na principu utiskivača određenog oblika iveličine (kuglica , konus, piramida itd), od tvrđegmaterijala, pri čemu se tvrdoćaizračunava iz odnosa sile utiskivanja i površine otiska koga utiskivač napravi u materijalu.

Metode zamerenje tvrdoćemetala i legura propisane su standardima, pa takoimamo: Brinelova metoda ( BRINELL) Metoda: Vikersova ( VICKERS) Metoda: Rokvelova ( Rockwell) Knopovametoda – ( Knoop) Poldijeva metoda – na udaru čekića po kuglici određene tvrdoće Šorova metoda ( Shore) : Šorov skleroskop

Metoda zamerenje tvrdoćeminerala zove se Mosova metoda.

Određivanje tvrdoće drveta određujemo utiskivanjem kuglice.

Čvrstoća predstavlja jačinu materijala tj. svojstvomaterijala da se oduprerazaranju pod dejstvom spoljašnje sile.

Prema načinu dejstva spoljašnje sile (zatezanje, pritisak, savijanje, smicanje, uvijanje) jačinametrijala može biti:  

𝑹𝒎– ( zatezna čvrstoća), 

𝑹𝒄– ( pritisna čvrstoća),  

𝑹𝒇– ( savojna čvrstoća),

𝛕𝐦– ( čvrstoća na uvijanju), 

𝝉𝒎𝒔– (čvrstoća na smicanje) 

Čvrstoća na zatezanje, pritisak i smicanje dobija se iz odnosamaksimalne sile kojaje   proizvela razaranje epruvete i prvobitnоg preseka epruvete.

RmFmS0

Nmm2 MPa

Fm maksimalana sila

S0 površina poprečnog preseka epruvete ( početna)

Savojna čvrstoća se izračunava iz odnosa maksimalnogmomenta savijanja 𝑀𝑓(koji je proizveo razaranje epruvete ) i otpornogmomenta preseka uzorka(epruvete) 𝑊

RfMfW

3∗F∗l2∗b∗h2 MPa

Veliki uticaj na čvrstoćumaterijala ima homogenost i poroznost materijala tj.(zapreminska gustina). Sa smanjenjem poroznosti čvrstoća materijala se naglopovećava.

Materijali mineralnog porekla ( kamen, beton...) dobro izdržavaju naprezanje napritisak ali zato znatno su slabiji na zatezanje (5‐10 puta manje).

Metali i drvo dobro izdržavaju naprezanje kako na pritisak tako i na zatezanje.

Dinamička čvrstoćamaterijala izražava se udarnom žilavošću tj. krutošću, iodređuje se izlaganjem uzorkamaterijala dinamičkom (udarnom) naprezanju.

Žilavost je osobinamaterijala da apsorbuje mahaničku energiju udara i da se pritome pojavi značajna plastična deformacija pre loma.

Termo‐fizičke osobine kod njih ubrajamo temperaturu topljenja ( temperature na kojojmaterijal prelazi iz čvrstog u tečno stanje i obrnuto ).

Specifična toplota predstavlja količinu toplote potrebne da se temperatura jediničnemase (1 kg) promeni za 1°K.

Koeficijent toplotnog širenja predstavlja izduženje štapa jedinične dužine zagrejan za 1°K.

Elektromagnetne osobine: električna provodljivost (svojstvo materijala da provodielektričnu struju).

Magnetna svojstva matrijala premamagnetnimmomentima elektrona, možemo podelitiu četri grupe: dijamagnetne paramagnetne feromagnetne ferimagnetni materijali.

Elastičnost osobinamaterijala da povrati oblik posle prestanka dejstva spoljašnjesile, koja je izazvala deformaciju (moguće samo kada promenom oblika nijeprekoračena granica elastičnosti).

Granica elastičnosti R je granični napon do kojeg ne nastaju deformacije u materijalu.

Tačka P ―  granica proporcionalnosti (proporcionalno povećanje sile i izduženje)

Tačka E  ― granica elastičnosti (granica kada prestanje delovanja sile,  materijalse vraća u prvobitno stanje)

Tačka еH ―  gornja granica tečenja (razvlačenja)

Tačka еL ―  donja granica tečenja (razvlačenja)

TačkaM  ―  zatezna čvrstoća‐maksimalan otpor materijala ( maks. sila za koju materijal pruža otpor)

Tačka K  ―   tačka kidanja ( lomamaterijala epruvete).

Modul elastičnosti E definiše otpor materijala prema deformisanju i predstavlja odnos između naprezanja u elastičnom području i jediničnogizduženja. Određuje se preko izraza:

E Rε

𝑀𝑃𝑎 R zatezna čvrstoća ε―  jedinično izduženje

Plastičnost: osobinamaterijala da se deformiše pod dejstvom spoljašnje sile u toplom ili hladnom stanju, a da pri tom zadrži oblik posle prestanka dejstva sile. 

HEMIJSKEOSOBINE

Zavise od hemijskog sastava, to jest od osobina hemijskih elemenata i načinanjihove pojave u vidu smesa i spojeva od kojih se materije sastoje.

Svaka perioda u Mendeljeovom periodnom sistemu počinje sa aktivnimmetaloma završava se sa inertnim gasom. U granicama svake periode hemijske osobineelemenata postepeno se menjaju sa povećanjemmase atoma (sa leva na desno), tako da  metalni karakter opada, a nemetalna svojstva rastu.

TEHNOLOŠKEOSOBINE

Tehnološke osobine zasnivaju se na fizičko‐mehanički i hemijskim osobinamamaterijala u koje ubrajamo:  obradivost,  trajnost materijala, specifične tehnološke osobine pogonskih materijala.

Obradivost je sposobnost konstrukcionihmaterijala ka obradi u prerađivačkojindustriji. Svodi se na karakteristike materijala kao sto su platičnost, kovnost, livkost, rezivost, zavarivost.

Trajnost (postojanost)  je karateristika kojom označavamo otpor materijalaprema faktorima koji utiču na skraćenje veka trajanjamaterijala, a samim tim ikonstrukcije (korozija, habanje, abrazija).