Upload
others
View
26
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
OSOBINE MATERIJALA
KLASIFIKACIJA OSOBINA
Fizičko-mehaničke osobine Hemijske osobine Tehnološke osobine
1. Fizička građa (sklop)
2. Gustina
3. Termo-fizičkle osobine
4. Elektromagnetne osobine
5. Tvrdoća
6. Čvrstoća
7. Elastičnost
8. Žilavost
9. Plastičnost
1. Atomska težina
2. Afinitet
3. Bazični karakter
4. Kiselinski karakter
5. Otpornost prema
koroziji
1. Obradivost (livenjem,
presovanjem, rezanjem
itd.)
2. Specifične osobine
pogonskih materijala
(radna sposobnost, br-
izantnost eksploziva i
dr.)
3. Trajnost (postojanost)
Važnije fizičko-mehaničke, hemijske i tehnološke osobine materijala
FIZIČKO-MEHANIČKE KARAKTERISTIKE
STRUKTURA ILI UNUTRAŠNJA GRAĐApodrazumeva oblik, veličinu i raspored pojedinih delića od kojih je sagrađen
neki materijal
Upoznavanju unutrašnje građe čvrstog tela naročito je doprineo razvoj optike
-optičkih mikroskopa sa povećanjem do 1.500 puta i
-savremenih elektronskih mikroskopa sa povećanjem do 150.000 puta i više
Metalografija - naučna oblast koja se bavi ispitivanjem unutrašnje strukture
materijala. Dve osnovne metode metalografskog ispitivanja:
makrografska ispitivanja sastoje se u vizuelnom pregledu uzorka golim okom
ili pomoću lupe sa manjim povećanjem do 20 puta. Ova ispitivanja najčešće
prethode mikrografskim ispitivanjima.
mikrografska ispitivanja – izvode se korišćenjem metalografskih mikroskopa.
Elementi građe koji se vide pod mikroskopom su kristali materijala.
Kristali - normalan oblik očvrslog stanja, najčešće se vide pod mikroskopom kao
kristaliti, tj. tela nepravilnog oblika sa pravilnom atomskom građom.
STRUKTURA - UNUTRAŠNJA GRAĐA
Udaljenost među atomima, koja odgovara
najmanjoj unutrašnjoj energiji je
karakteristična za svaki hemijski element
- parametar rešetke ao
Građa kristalne i amorfne materijea)kristalisana materijab)amorfna materija
Najčešće atomske rešetke metala
a) površinski centrisana kubna b) prostorno centrisana kubna c) heksagonalna
Kristalizacija pri prelazu materije iz tečnog ili gasovitog
stanja u čvrsto stanje započinje istovremeno iz više
centara, tako da usled uzajamne smetnje u masi
materijala retko može doći do razvoja tela pravilnog
geometrijskog oblika - kristala
Kod amorfnih materijala, npr. staklo, smola itd., kod
kojih ne postoji pravilan, sistematski raspored atoma
materijala, pod mikroskopom se vidi samo jednolična,
bezoblična masa
3/ mkgV
md
Gustina materijala definisana je odnosom jedinice mase prema jedinici
zapremine materijala. Zavisi od vrste materijala i stanja u kome se materijal nalazi.
Razlikuju se dve fizičke veličine vezane za gustinu materijala
GUSTINA
apsolutna gustina određuje se iz odnosa mase materijala bez pora i šupljina
prema jedinici njegove zapremine
zapreminska - volumenska gustina d izražava se odnosom mase materijala
zajedno sa porama i šupljinama prema jedinici zapremine materijala
m - masa u kg
V - zapremina bez pora i šupljina u m3
3/ mkgV
md s ms - stalna masa epruvete u kg;
V - zapremina sa porama i šupljinama u m3
S obzirom na stanje u kome se materijal nalazi razlikuju se
- zapreminska gustina pri određenoj vlažnosti dw
- zapreminska gustina u rastresitom stanju dr
- zapreminska gustina u zbijenom stanju dz i dr
GUSTINA
POROZNOST
Poroznost materijala predstavlja stepen ispunjenja zapremine
porama i šupljinama i određuje se na osnovu poznate gustine i
zapreminske gustine
%100
dp
- gustina u kg/m3
d - zapreminska gustina u kg/m3
• Zapremina koju zauzimaju pore i šupljine u poroznom materijalu
dobija se kao razlika između ukupne zapremine i zapremine bez
pora i šupljina - apsolutne zapremine materijala
• Od poroznosti zavisi više važnih osobina materijala, kao što su
čvrstoća, upijanje vode itd
TVRDOĆA
Tvrdoća predstavlja otpor materijala prema prodiranju drugog tvrđeg
materijala - utiskivač u njega
Tvrdoća se određuje na različite načine u zavisnosti od materijala koji se
ispituje i samog načina ispitivanja – statičke i dinamičke metode
• Za ispitivanje tvrdoće plastičnih materijala (metali, legure i dr.) koriste se
postupci na principu utiskivanja utiskivača određenog oblika i veličine (kuglica,
konus, piramida i dr.) od tvrđeg materijala
• Tvrdoća se izračunava iz odnosa sile utiskivanja i površine otiska koga utiskivač
napravi u materijalu
• Postoji veliki broj metoda za određivanje tvrdoće, tako da se
- tvrdoća minerala određuje po Mosovoj skali
- tvrdoća stena pomoću skleroskopa - Šorova tvrdoća
- tvrdoća drveta utiskivanjem čelične kuglice itd
• Da bi se rezultati ispitivanja mogli međusobno upoređivati potrebno je da oblik i
veličina utiskivača, zatim sila utiskivanja, kao i svi ostali uslovi ispitivanja budu
tačno definisani – po standardu
ČVRSTOĆA
Čvrstoća - jačina materijala je svojstvo materijala da se odupre razaranju
pod dejstvom spoljašnje sile
Prema načinu dejstva spoljne sile, zatezanja, pritiska, savijanja, smicanja i
uvijanja, razlikuju se
- zatezna čvrstoća Rm
- pritisna čvrstoća Rc
- savojna čvrstoća Rf
- čvrstoća na uvijanje m
- čvrstoća na smicanje ms i dr
Čvrstoće na zatezanje, pritisak i smicanje dobijaju se se iz odnosa maksimalne
sile Fm koja je proizvela razaranje epruvete i prvobitnog preseka epruvete S0
MPaS
FR m
m
0
Savojna čvrstoća izračunava se iz odnosa maksimalnog momenta savijanja Mf
i otpornog momenta preseka uzorka W
MPaW
M f
f
ČVRSTOĆA – VRSTE NAPREZANJA MATERIJALA
Vrste naprezanja pri
ispitivanju materijala
1) zatezanje
2) pritisak
3) savijanje
4) uvijanje
5) smicanje
6) izvijanje
• Veliki uticaj na čvrstoću materijala ima homogenost i poroznost materijala, tj.
zapreminska gustina materijala
Sa smanjenjem poroznosti čvrstoća materijala se znatno povećava
• Materijali mineralnog porekla (kamen, beton, opeka itd.) i liveno gvožđe dobro
izdržavaju naprezanje na pritisak, ali znatno slabije na zatezanje (5-10 puta manje)
• Metali i drvo dobro izdržavaju naprezanje kako na pritisak tako i pri zatezanju.
Dinamička čvrstoća materijala izražava se udarnom žilavošću, odnosno krtošću i
određuje se izlaganjem uzorka materijala dinamičkom - udarnom naprezanju
ELASTIČNOST
• Elastičnost je osobina materijala da povrati prvobitni oblik posle prestanka
dejstva spoljašnje sile koja je izazvala deformaciju. Ovo je moguće samo onda
ako naprezanjem kojim je izazvana promena oblika nije prekoračena granica
elastičnosti
• Granica elastičnosti RE je granični napon do kojeg ne nastaju nikakve trajne
deformacije u materijalu
Dijagram istezanja mekog čelika
Postoji linearna zavisnost između sile i
trenutnog izduženja sve do tačke P - granica
proporcionalnosti
Zatim izduženje raste nešto brže do tačke E,
koja označava granicu elastičnosti
Pri daljem povećanju sile epruveta se naglo
izdužuje - za male priraštaje sila nastaju velika
izduženja. Tačke eH i eL predstavljaju gornju i
donju granicu razvlačenja - kada u
materijalu nastaju trajne-plastične deformacije
U tački M sila dostiže maksimalnu vrednost,
pa tačka M predstavlja granicu maksimuma,
kojoj odgovara maksimalna zatezna
čvrstoća. Tačka K predstavlja granicu
kidanja i njoj odgovara sila kidanja FK
Modul elastičnosti E
predstavlja odnos između naprezanja u elastičnom području i jediničnog izduženja
MPaS
FRE
0
R - naprezanje na zatezanje, MPa;
S0- površina poprečnog preseka epruvete, mm2
- jedinično izduženje, %
Modul elastičnosti definiše otpornost materijala prema deformisanju
Ukoliko je njegova vrednost veća utoliko je za isti presek epruvete potrebna veća sila da bi nastala određena deformacija
MaterijalModul elastičnosti
Materijal
Modul
elastičnosti
MPa MPa
Aluminijum 70.300 Beton 240
Bakar 112.500 Krečnjaci 11.400
Sivi liv 100.000 Laporci 4.000
Čelik 210.000 Škriljci 900
Modul elastičnosti nekih materijala
• Žilavost je osobina materijala da može podneti razaranje tek posle veće
plastične deformacije. Ova osobina materijala dolazi do izražaja kad je
materijal izložen naglom i učestalom dejstvu spoljašnje sile
• Veliki broj delova mašina i konstrukcija izložen je u toku rada udarnim-
dinamičkim opterećenjima. Takva opterećenja materijali daleko teže podnose od
mirnih-statičkih opterećenja
• Žilavost je naročito važna osobina konstrukcionih materijala. Materijali sa većom
žilavošću pokazuju veću otpornost prema razaranju-lomu u slučaju dinamičkih
opterećenja.
ŽILAVOST
Materijal se može lomiti krto ili žilavo, što zavisi od niza faktora: karaktera
naponskog stanja, brzine nanošenja opterećenja, temperature ispitivanja, uticaja
okolne sredine i dr
Pod krtim lomom podrazumeva se lom bez prisutnih plastičnih deformacija, a pod žilavim lom sa prisutnim većim plastičnim deformacijama
Žilavost loma predstavlja meru otpora nekog materijala prema razvijanju krte
prskotine u uslovima ravanske deformacije
Žilavost loma - određivanje kritičnog koeficijenta inteziteta napona Kic
Određuje se na epruvetama sa inicijalnom tzv zamornom prslinom, koje se ispituju
zatezanjem ili savijanjem na univerzalnim mašinama za ispitivanje materijala.
PLASTIČNOST
• Plastičnost je osobina materijala da se može deformisati pod dejstvom
spoljašnje sile u toplom ili hladnom stanju, a da pri tome zadrži oblik
posle prestanka dejstva sile. Deformacije su rezultat delovanja
unutrašnjeg napona u materijalu elementa, koji dovodi do trajne izmene
oblika i dimenzija
• Plastične deformacije javljaju se kod elemenata izrađenih od plastičnih-
rastegljivih materijala - meki čelici, aluminijumove i bakarne legure itd,
dok se kod krtih materijala - kaljeni čelici, liveno gvožđe, staklo, praktično
ne javljaju
• Neki materijali postaju plastični
- posle zagrevanja na odgovarajuću temperaturu - metali i legure, neke
plastmase itd
- dok drugi u prisustvu vode - glina, cement i dr
Kod rudarskih mašina u praksi su registrovane plastične deformacije u
mnogim slučajevima, kao što su: krivljenje vratila i osovina, produženje i
skraćenje zavojnih opruga, pojava udubljenja na stazama i kuglama kotrljajućih
ležišta, krivljenje štapova noseće čelične konstrukcije bagera i odlagača itd
ZAMOR MATERIJALA
• Usled dugotrajnog dejstva periodično promenljivih opterećenja nastaje
postepeno razaranje materijala. Ta pojava naziva se zamor materijala, a tako
izazvan lom - lom usled zamora
• Za pojavu loma nije od odlučujućeg značaja samo visina opterećenja, već i
učestalost njegovog ponavljanja. Pri učestalom ponavljanju nekog
opterećenja mnogi mašinski delovi se lome, iako je to opterećenje znatno manje
od statičkog opterećenja potrebnog za lom
• Kao osnovu za racionalno dimenzionisanje delova izloženih promenljivim
opterećenjima, potrebno je odrediti dinamičku čvrstoću, tj. najveći napon koji
materijal može izdržati bez loma pri neograničenom broju promena opterećenja.
Ispitivanja zamaranjem pružaju mogućnost za određivanje dinamičke čvrstoće
Čvrstoća materijala pri promenljivom opterećenju zavisi od niza uticajnih
veličina: kvaliteta i stanja površine, eventualnih korozionih oštećenja, frekfencije
opterećenja, temperature, dimenzija, oblika itd
U mnogim slučajevima laboratorijska ispitivanja i inženjerski proračuni su
nedovoljni za konačnu odluku o upotrebljivosti neke konstrukcije izložene
promenljivom opterećenju, već se na samoj konstrukciji moraju izvesti
ispitivanja pod uslovima koji su što je moguće sličniji uslovima eksploatacije
HEMIJSKE OSOBINE
• Hemijske osobine materijala zavise od njihovog hemijskog sastava,
odnosno od osobina hemijskih elemenata i načina njihove pojave u vidu smeša i
spojeva od kojih se materijali sastoje
• Periodični sistem elemenata D.I. Mendeljejeva pokazuje da postoji vrlo tesna
veza među svim hemijskim elementima i da se osobina nekog elementa može u
potpunosti shvatiti jedino u vezi sa osobinama svih ostalih elemenata
Svaka perioda (osim prve) počinje sa aktivnim metalom i završava se sa
inertnim gasom
U granicama svake periode hemijske osobine elementa se postepeno menjaju
sa povećanjem mase atoma - s leva u desno, tako da metalni karakter
opada a nemetalna svojstva rastu
Sa porastom atomske mase periodično se menjaju na samo hemijski sastav
elementa, već i atomski radijus, kao i fizičke osobine elementa - gustina,
temperatura topljenja, ključanja itd
Različite osobine materijala - rezultat su karakterističnih
osobina hemijskih elemenata i njihovih jedinjenja koja ulaze u
sastav nekog materijala
TEHNOLOŠKE OSOBINE
• Tehnološke osobine materijala se zasnivaju na fizičko-
mehaničkim i hemijskim osobinama materijala
• One se odnose na karakteristične sposobnosti materijala da
se može obrađivati različitim tehnološkim postupcima, kao i
da se može suprostaviti štetnim uticajima pod specijalnim
radnim uslovima
• U tehnološke osobine spadaju:
- obradivost
- trajnost materijala- specifične tehnološke osobine pogonskih materijala itd
Obradivost materijala je sposobnost konstrukcionih materijala da se mogu
obrađivati raznim procesima obrade u prerađivačkoj industriji
Ovde podrazumevamo više tehničkih karakteristika materijala:
•Plastičnost je sposobnost pojedinih materijala da se trajno deformišu pod
uticajem spoljašnjih sila
•Kovnost je sposobnost isključivo metala i legura da se mogu plastično oblikovati
u hladnom i zagrejanom stanju, pod dinamičkim dejstvom sile ili pritiskom. Plastični
materijali su obično i kovni
•Livkost je osobina pojedinih materijala da u tečnom stanju mogu ispuniti livarski
kalup i očvrsnuti u njemu (rastopljen metal, sveža betonska masa itd.)
•Rezivost je osobina većine materijala da se mogu obraditi rezanjem pomoću
odgovarajućih alatnih mašina: struganjem, glodanjem, rendisanjem, brušenjem...
•Zavarljivost je osobina metala i pojedinih nemetala da se mogu spojiti na
odgovarajućoj temperaturi korišćenjem metalnih šipki-elektroda. Elektrode su od
istog ili približnog materijala kao i predmeti koji se zavaruju
TEHNOLOŠKE OSOBINE – OBRADIVOST
TEHNOLOŠKE OSOBINE - TRAJNOST
Trajnost ili postojanost je jedna od važnijih osobina kako konstrukcionih tako
i pogonskih materijala, kojom se označava otpor materijala prema raznim
uticajima, koji utiču na skraćenje veka trajanja materijala tj konstrukcije
Trajnost materijala je u funkciji fizičko-mehaničkih, hemijskih i drugih
štetnih uticaja
• Razaranje materijala pod hemijskim i elektrohemijskim uticajima poznato je
pod opštim nazivom korozija
• Razaranje pod čisto mehaničkim uticajima naziva habanje-abrazija
Otpornost na habanje je sposobnost materijala da se opiru habanju tj oštećenju
površine ili promeni dimenzija pod dejstvom sila trenja
Usled štetnih uticaja konstrukcioni materijali izloženi su intenzivnom
propadanju zbog njihove loše ili nikakve zaštite
Ovo je naročito karakteristično za rudarstvo zbog kompleksnosti ove
industrijske grane, velike raznolikosti upotrebljenih materijala, izuzetno
nepovoljnih radnih uslova u rudnicima sa podzemnom i površinskom eksploatacijom i dr
SPECIFIČNE OSOBINE POGONSKIH MATERIJALA
Pogonski materijali odlikuju se specifičnim tehnološkim
osobinama koje su karakteristične samo za odgovarajuće
materijale, kao npr. brzina detonacije, brizantnost radna
sposobnost i dr. kod eksploziva, zatim toplotna moć, paljivost i dr.
kod goriva, ili pH vrednost, tvrdoća kod rudničkih voda itd
Specifične osobine pogonskih materijala koji se koriste u
rudarstvu, detaljno su obrađene u udžbeniku Tehnologija
materijala u rudarstvu - Metode ispitivanja - VEŽBE
STANDARDI ZA MATERIJALE
• Za upoznavanje osobina materijala i njihovu primenu od velike važnosti je
uvođenje standarda za materijale
• Standardizacijom je postignuta unifikacija u oblasti ispitivanja i kontrole
karakteristika materijala
• Standardima se definišu:
a) karakteristike materijala
b) metode, mašine i aparati za ispitivanje osobina materijala
c) oblik, veličine, stanje isporuke, oblast primene i druge karakteristike gotovih
proizvoda
U našoj zemlji koriste se Srpski standardi ili skraćeno SRPS, koji su usaglašeni sa
međunardnim ISO standardima
Poslednjih godina se susrećemo sa velikom akcijom uvođenja
- novih internacionalnih standarda ISO 9000-9004
- evropskih standarda EURONORM EN 29000-29004
- kao i srpskih standarda SRPS ISO 9000-9004
Uvođenjem ovih standarda naša industrijska proizvodnja će se prilagoditi
novim evropskim i svetskim normama