Materijali pitanja i odgovori.

1.Objasnite što su homogene, a što heterogene tvari?Tvari se mogu podijeliti u dvije skupine:Homogene tvari: u svakom djeliću su iste – željezo, bakar, zlato, kristal kuhinjske soli, morska voda itd;Heterogene tvari: sastavljene su od međusobno odijeljenih djelića homogenih tvari (heterogeni sustav) – kamen granit (tvrdi kristalići kremena, sjajne ljuskice tinjca i bijeli kristali glinenca), sivi lijev, mlijeko, dim.

2. Što su materijali, a što su tehnički materijali?Materijali su čvrste tvari od kojih je nešto izrađeno ili sastavljeno, na primjer razne konstrukcije. To im omogućavaju određena fizikalna i druga svojstva.Tehnički materijali su oni materijali od kojih se izrađuju tehnički proizvodi, a posjeduju kombinaciju povoljnih fizikalnih svojstava koja se nazivaju tehnička svojstva.

3. Koja su svojstva potrebna za izbor materijala?

4. Navedite sistematizaciju materijala prema sastavu, mikrostrukturi i načinu dobivanja.

Postoji nekoliko pristupa sistematizaciji materijala, ali je najčešća i najprirodnija podjela prema sastavu, mikrostrukturi i načinu dobivanja:1. METALI1.1.Na bazi željezaČelici – konstrukcijski i alatni (za hladni rad, za topli rad i brzorezni čelici)Željezni ljevovi – čelični lijev, bijeli tvrdi lijev, sivi lijev, nodularni (žilavi) lijev, temper (kovkasti) lijev1.2.Neželjezni metali i legure – laki i obojeni metali i legure (legure Al, Cu, Ni, Ti, Mg, Zn, Co...)

2. NEMETALI2.1. Konstrukcijski polimerni materijali – plastomeri, elastomeri i duromeri2.2. Konstrukcijska keramika (i stakla) – oksidna i neoksidna keramika3. KOMPOZITI3.1. Kompoziti s metalnom matricom3.2. Kompoziti s polimernom matricom3.3. Kompoziti s keramičkom matricom.

. 5.Koje su vrste međuatomskih i međumolekulnih veza?Mađuatomske veze (primarne, kemijske): kovalentna veza, ionska veza, metalna veza;Međumolekulne veze (sekundarne, fizikalne): permanentna dipolna veza (Van der Waalsova i vidokova veza), promjenjiva veza6. Objasnite kristaličnu i amorfnu strukturu materijala

Kristalična tvar ima određeni oblik i volumen koje mijenja samo pod utjecajem znatnih sila.

Ukoliko tvari nemaju kristalični oblik, tada se govori o amorfnoj strukturi. U tom stanju su atomi ili molekule potpuno nesređene (nema pravilnosti u poretku).

7. Što je kristalna struktura, što je prostorna rešetka, a što jedinična ćelija? Kristalna struktura neke tvari je cjelokupni pravilni raspored strukturnih

jedinica u tzv. prostornoj rešetki. Materijali koji imaju takvu strukturu su kristalični materijali.

Prostorna rešetka je sustav točaka koje predstavljaju mjesta s identičnom okolinom u istom smjeru u kristalu.

Jedinična ćelija je najmanji mogući dio prostorne rešetke koji, ponavljan u tri dimenzije, daje cijelu kristalnu rešetku. Jedinična ćelija kristalne strukture sadrži najmanji mogući broj strukturnih jedinica (atoma, iona ili molekula)

8. Objasnite i skicirajte tri osnovna tipa kristalnih rešetkiPROSTORNO CENTRIRANA KUBIČNA REŠETKA SHEMATKSI PRIKAZ JEDINIČNE ĆELIJE BCC REŠTEKE (BCC= BODY CENTRED CUBE), TAKO KRISTALIZIRA NAPR. α -Fe:

PLOŠNO CENTRIRANA KUBIČNA REŠETKA; JEDINIČNA ĆELIJA FCC REŠETKE (FACE CENTRED CUBE), OVAKVU KRISTALNU REŠETKU IMA NAPR. γ - Fe:

.

KOMPAKTNA HEKSAGONSKA REŠETKA (HCP); OVAKVU KRISTALNU REŠETKU IMAJU: Zn, Mg, Cd:

9. Objasnite strukture (kristale) legura.

KRISTALI INTERMETALNOG SPOJA nastaju kada atomi osnovnog metala i legirnog elementa čine novu vrstu kristalne rešetke. U njima je obično kombinirana metalna i kovalentna veza, a imaju fiksnu koncentraciju (sadržaj legirnog elementa). Primjer: intermetalna faza Mg2Pb.

KRISTALI KEMIJSKOG SPOJA (KRISTALI INTERMEDIJARNE FAZE) Od naročitog tehničkog značenja su intermedijarne faze s ugljikom i dušikom

kao nemetalnim komponentama. Kristali kemijskog spoja nastaju kada atomi osnovnog metala i legirnog

elementa čine novu vrstu kristalne rešetke. Obično je kombinirana metalna i kovalentna veza; jedna komponenta je metal,

a druga je nemetal.MIJEŠANI KRISTALI - Ovakvi kristali nastaju kada atomi osnovnog metala i legirnog elementa tvore odvojena kristalna zrna, zadržavajući svoje kristalne rešetke – primjer je mjed sa dodatkom olova.

Kristali legura dijele se na: 1.) kristale mješance;

2.) miješane kristale; 3.) kristale intermetalnog spoja; 4.) kristale kemijskog spoja (kristale intermedijarne faze).

KRISTALI MJEŠANCI su najjednostavniji tip legura. Nazivaju se još i krute otopine. Atomi legirnog elementa ulaze u rešetku osnovnog metala na dva načina: supstitucijski ili intersticijski. Uvjeti za nastajanje takvih kristala su: veličina atoma, kemijski afinitet, relativna valencija i kristalna struktura.

10.Navedite strukture keramike i strukture polimera.STRUKTURE KERAMIKE

Keramički materijali su anorganski, nemetalni materijali, koji se sastoje od metalnih i nemetalnih elemenata vezanih prvenstveno ionskim i/ili kovalentnim vezama. Kod keramičkih materijala prisutna su tri oblika strukture:

1.) ionski kristali, 2.) kovalentni kristali, 3.) staklaste strukture.

STRUKTURE POLIMERA

Riječ polimer doslovno znači puno čestica (grčki: poly – puno, meros – dio). Polimerni materijali sastavljeni su od puno jednostavnih molekula (mera) koje su kovalentnim vezama spojene u makromolekule (polimere). Makromolekule mogu biti međusobno spojene dipolnim (sekundarnim),

kovalentnim (primarnim) ili mješovitim (dipolnim i kovalentnim) vezama, što i čini osnovne razlike između tri glavna tipa polimernih materijala:

1.) plastomeri (termoplasti), 2.) duromeri (duroplasti), 3.) elastomeri (gume).

11. Objasnite pojam polimorfije i što sve pokazuje krivulja ohlađivanja za čisto željezo?

Polimorfija (ili alotropija) naziva se sposobnost materijala da može imati više od jedne kristalne strukture. Prijelaz iz jedne kristalne strukture u drugu, kod određene temperature ili tlaka naziva se polimorfna promjena.

Polimorfne promjene događaju se kod mnogih elemenata i spojeva, te obuhvaćaju mnogo kristalnih struktura.

Krivulja hlađenja za čisto željezo pokazuje polimorfnu promijenu željeza.

12.Koje dijagrame stanja (fazne dijagrame) poznajete?-Izomorfni (binarni) dijagram stanja -Eutektički dijagram stanja-Eutektoidni dijagram stanja

13. Objasnite podjelu nesavršenosti kristalne građe.Nesavršenosti kristalne građe dijele se na: 1.) Točkaste ili nuldimenzionalne nesavršenosti (praznina ili vakancija,

supstitucijski ili zamjenski atom, intersticijski ili uključinski atom),

2.) Linijske ili jednodimenzionalne nesavršenosti (bridna i vijčana dislokacija), 3.) Površinske ili dvodimenzionalne nesavršenosti (malokutne granice,

velikokutne granice ili granice zrna, granice dvojnika, fazne granice. 4.) Prostorne (volumne) ili trodimenzionalne nesavršenosti (pore, pukotine i

uključine).

14.Što je to difuzija i kakva može biti? Difuzija se može definirati kao mehanizam kojim se tvari premještaju

kroz tvari u plinovitom, tekućem i čvrstom stanju. S obzirom na mjesto gdje se može odvijati, difuzija se može podijeliti na:

površinsku difuziju, difuziju po granicama zrna i volumnu difuziju.

15. Objasnite modul elastičnosti i modul smika.U nekom potpuno izotropnom materijalu dovoljne su samo dvije elastične konstante za opis elastičnog ponašanja materijala:

MODUL ELASTIČNOSTI (Youngov modul) E, koji predstavlja odnos jednoosnog naprezanja (σ) i deformacije (ε) u istom smjeru:

E=σ/ε, [N/mm2]MODUL SMIKA G, koji predstavlja odnos smičnog naprezanja (ד) i smične

deformacije (γ):G= ד /γ, [N/mm2].

16. Objasnite što se utvrđuje statičkim vlačnim pokusom (dijagram, veličine, jedinice).• Elastično i plastično ponašanje materijala u uvjetima jednoosnog statičkog

vlačnog naprezanja, ispituje se STATIČKIM VLAČNIM POKUSOM. • Ovim ispitivanjem utvrđuju se ujedno osnovna mehanička svojstva materijala,

koja upravo karakteriziraju njihova mehanička svojstva, kao što su granica razvlačenja, maksimalna vlačna sila, sila loma, istezanje i kontrakcija.

• Ispitivanje se provodi uređajima koji se nazivaju KIDALICE ILI UNIVERZALNE ISPITIVALICE

17. Što je to konvencionalna granica razvlačenja?Dozvoljeno naprezanje se određuje prema granici razvlačenja. Stoga se kod materijala bez izražene granice razvlačenja, uvodi veličina – konvencionalna granica razvlačenja Rp0,2. To je ono naprezanje koje nakon rasterećenja epruvete izaziva trajnu (plastičnu) deformaciju od 0,2%

18. Što se utvrđuje statičkim tlačnim pokusom?STATIČKIM TLAČNIM POKUSOM utvrđuju se mehanička svojstva materijala pod djelovanjem normalnog jednoosnog tlačnog naprezanja, dakle pri obrnutom smjeru naprezanja, nego kod statičkog vlačnog pokusa.

19 Što se utvrđuje savojnim ispitivanjem?• Savojnim ispitivanjem utvrđuju se mehanička svojstva prvenstveno krhkih

materijala, napr. sivog lijeva, alatnih čelika, keramike, betona i to u uvjetima savojnog naprezanja.

• Kod žilavih materijala, kao što su to na primjer konstrukcijski čelici, savojno ispitivanje provodi se s ciljem utvrđivanja tehnoloških svojstava materijala.

20. Što je puzanje materijala? Nacrtajte dijagram i objasnite stadije puzanja.PUZANJE MATERIJALA je spora deformacija materijala nastala uslijed djelovanja dugotrajnog konstantnog opterećenja pri povišenoj temperaturi.

Puzanje materijala je toplinski aktivirani proces, pa nastupa u temperaturnom području:

T > 0,3 Ttal

Proces puzanja podijeljen je u tri stadija. Prvi stadij naziva se POČETNI STADIJ PUZANJA i tu krivulja ne počinje iz

ishodišta dijagrama, budući da je deformacija nastala istog časa kad je ispitni uzorak opterećen. Prvi stadij karakterizira u početku povećana i promjenjiva brzina puzanja.

Drugi stadij se naziva STADIJ KONSTANTNE BRZINE PUZANJA, pa kao što mu ime govori, prirast istezanja u jedinici vremena je približno konstantan.

Treći stadij puzanja se naziva ZAVRŠNI STADIJ PUZANJA, kada opet dolazi do sve većeg prirasta istezanja u jedinici vremena.

U tom trećem stadiju puzanja, dolazi konačno i do LOMA EPRUVETE.21. Kako se provodi ispitivanje udarnog rada loma i što je prijelazna temperatura?• Ispitivanjem UDARNOG RADA LOMA utvrđuje se ponašanje metalnih i

polimernih materijala u uvjetima udarnog opterećenja.• Ispitivanje se provodi na epruvetama s utorom, te se na taj način postiže

višeosno stanje naprezanja u korijenu utora.• Vrijednost udarnog rada loma pokazuje hoće li se materijal ponašati žilavo ili

krhko u uvjetima udarnog opterećenja.• Ispituje se često pri sniženim temperaturama, jer kod nekih materijala

temperatura znakovito utječe na iznos udarnog rada loma.Temperatura koja odvaja područje visokog udarnog rada loma od područja

niskih vrijednosti, naziva se PRIJELAZNOM TEMPERATUROM (Tprel).

22. Što je umor materijala, što je dinamička izdržljivost i što pokazuje Wöhlerov dijagram?

UMORA MATERIJALA je poslijedica odnosno pojava, postupnog razaranja materijala zbog dugotrajnog djelovanja promjenjivog (dinamičkog) naprezanja, čiji je rezultat prijelom strojnog dijela.DINAMIČKA IZDRŽLJIVOST je otpornost materijala prema pojavi umora materijala.

Za utvrđivanje dinamičke izdržljivosti izabire se jedan od tipova promjenjivog naprezanja, te se provodi tzv. Wöhlerov pokus.Rezultati ovog pokusa, ucrtavaju se u WÖHLEROV DIJAGRAM, u koji se za pojedine vrijednosti dinamičkog naprezanja unose oni brojevi ciklusa, koje su epruvete izdržale do loma.

23. Što je tvrdoća i koje metode ispitivanje tvrdoće poznajete?• TVRDOĆA je otpornost materijala prema prodiranju drugog, znatnije tvrđeg

tijela.• Metode:

• BRINELLOVA METODA (HB)• VICKERSOVA METODA (HV)• ROCKWELLOVA METODA (HRC)• Ispitivanje tvrdoce po Shoreu• Ispitivanje tvrdoce po Poldiju

24. Objasnite zaostala naprezanja (napetosti).ZAOSTALA NAPREZANJA su mikro i makro naprezanja prisutna u predmetu (izratku, strojnom dijelu) bez djelovanja vanjskih sila i momenata u tom času, a nalaze se u mehaničkoj ravnoteži

. 25.Objasnite tehnološka, fizikalna i kemijska svojstva materijala.FIZIKALNA SVOJSTVA

U fizikalna svojstva se ubrajaju: boja, sjaj, gustoća, talište, kristalna struktura, magnetizam, električna i toplinska vodljivost itd.

KEMIJSKA SVOJSTVA

Kemijska svojstva izražavaju se u ponašanju tvari prema vanjskim utjecajima, koji je nastoje pretvoriti u neku drugu tvar, kao npr. pri utjecaju kiselina, lužina, soli, vlage i drugih agresivnih medija.

Fizikalna i kemijska svojstva nekog tijela izrađenog od određenog materijala praktično ne ovise o veličini i obliku tog tijela, a mehanička svojstva su izrazita funkcija tvari te veličine i oblika tijela.

TEHNOLOŠKA SVOJSTVA

Ispitivanje ponašanja materijala u prirodi , provodi se na žicama, trakama...

26. Što je trošenje i koji su osnovni mehanizmi trošenja?TROŠENJE je gubitak materijala s površine krutog tijela, uslijed dinamičkog dodira s drugim krutim tijelom, fluidom i/ili česticama.Premda postoji veliki broj slučajeva trošenja, većina je autora suglasna da su samo četiri osnovna mehanizma trošenja: abrazija, adhezija, umor površine i tribokorozija

27. Objasnite abraziju.ABRAZIJA je trošenje istiskivanjem materijala, uzrokovano tvrdim česticama ili tvrdim izbočinamaJedinični događaj abrazije sastoji se od dvije faze, od kojih je prva prodiranje abraziva u površinu materijala pod utjecajem normalne komponente opterećenja (FN). Druga faza je istiskivanje materijala u obliku čestica trošenja (č) pod utjecajem tangencijalne komponente opterećenja (Fד

Razlikujemo: čistu, selektivnu i nultu abraziju.ČISTA ABRAZIJA djeluje kada je tvrdoća abraziva veća od tvrdoće

trošene podloge.SELEKTIVNA ABRAZIJA djeluje kada u abradiranom materijalu postoji

faza tvrđa od abraziva.NULTA ABRAZIJA nastaje kada je cijela abradirana površina tvrđa od

abraziva.

28.Objasnite adheziju.ADHEZIJSKO TROŠENJE karakterizira prijelaz materijala s jedne tarne plohe na drugu pri relativnom gibanju, a zbog procesa zavarivanja krutih faza.

Faza I – Nastajanje adhezijskog spoja različitog stupnja jakosti na mjestu dodira izbočina.

Faza II – Raskidanje adhezijskog spoja. Čestica trošenja ostaje spontano “nalijepljena” na jednom članku kliznog para.

Faza III – Otkidanje čestice (eventualno). Oblik čestica trošenja ovisi o uvjetima, a uglavnom je listićav.

28. Objasnite umor površine.UMOR POVRŠINE je odvajanje čestica s površine uslijed cikličkih promjena naprezanja.

Jedinični događaj umora površine, prikazan je na slijedećoj slici, sa tri faze.Faza I – Stvaranje mikropukotine, redovito ispod površine.Faza II – Napredovanje mikropukotine.Faza III – Ispadanje čestica trošenja, obično oblika pločice ili iverka.

U prvoj fazi nastaje podpovršinska pukotina, jer je najveće smično naprezanje kod koncentriranog dodira uvijek ispod same površine.U drugoj fazi, podpovršinska pukotina izbija na površinu. Od toga trenutka iz pukotine redovito izlaze sitne kuglaste česticeU trećoj fazi jediničnog događaja umora površine, dolazi do ispadanja krupne čestice oblika ivera, što na površini ostavlja oštećenje oblika rupice.

29. Objasnite tribokoroziju.TRIBOKOROZIJA ILI TRIBOKEMIJSKO TROŠENJE je mehanizam trošenja pri kojem prevladavaju kemijske ili elektrokemijske reakcije materijala s okolišem.

Jedinični događaj tribokorozije s dvije faze:I – Stvaranje (ili obnavljanje) sloja produkata korozije.II – Mjestimično razaranje sloja produkata korozije.

Izgled površina izloženih tribokoroziji ovisi o intenzivnosti odnošenja stvorenih čestica trošenja.Pri maloj intenzivnosti na površini se pojavljuju proizvodi korozije, a kod veće intenzivnosti odnošenja, površina je naizgled polirana.Čestice trošenja su praškastog oblika, uglavnom oksidne.