Reologia este o ştiinţă fundamentală pluridisciplinară, consacrată studiului răspunsului intern al materialelor reale la eforturi.Obiectivul reologiei este de a realiza principii generale şi presupuneri ce pot fi folosite in deducerea relaţiilor cantitative între cantităţile ce se măsoară.Reologia priveşte curgerea ca un caz special de deformare a substanţelor sub acţiunea forţelor exterioare, iar caracteristicile curgerii, ca proprietăţi ale materialului.Reologia s-a dezvoltat ca o ştiinţă ce studiază materialele cu proprietăţi intermediare între proprietăţile corpurilor elastice şi cele ale lichidelor vâscoase. Aceste materiale considerate ca extremităţi sunt studiate cu ajutorul teoriei elasticităţii şi hidromecanicii lichidelor vâscoaseReologia se interesează de un număr mare de materiale: metale şi aliaje, plastice şi cauciucuri, produse petroliere (bitumuri, asfalturi, uleiuri), soluri (nisip, argilă, nămol), roci (naturale şi artificiale), sticlă, lemn, vopsele, masticuri, cerneală, lipici, creme farmaceutice şi cosmetice, produse alimentare, substanţe biologice.Corpurile reale, de structură complicată, au adesea o comportarea complexă sub acţiunea forţelor exterioare de forfecare, comportare în care se recunoaşte suprapunerea diferitelor tipuri de curgere

În figura 1.1 este reprezentată schematic clasificarea corpurilor şi lichidelor după răspunsul lor la solicitări. Solidul ideal este cel care nu se deformează chiar sub acţiunea forţelor foarte ridicate; este numit solidul IZuclide. Solidul Hooke se deformează liniar cu efortul. Reprezentarea solidului Hooke se face printr-un resort, dacă ne referim la schemele reologice. Un alt solid ideal se reprezintă printr-o patină şi se numeşte rigid plastic. Supus unei tensiuni de forfecare, el nu se deformează decât plecând de la un anumit prag, pe care tensiunea trebuie să-l depăşească. În ceea ce priveşte lichidele, în figura 1.1 apar lichidul Pascal şi lichidul Newton. Dacă lichidul Pascal, perfect mobil şi incompresibil, nu opune decât inerţia sa la deformarea de forfecare, lichidul Newton este caracterizat printr-o proporţionalitate intre tensiune şi viteza de deformaţie. El este reprezentat printr-un amortizor. Pentru a se reprezenta o comportare reală, se asociază aceste trei tipuri de proprietăţi.Metalele şi aliajele acestoraAşa cum este cunoscut, metalele şi aliajele lor sunt formate din atomi „legaţi” între ei prin forţele electromagnetice produse de electronii învecinaţi. În mod normal, metalele şi aliajele acestora au o stare (structură) cristalină, numai în condiţii speciale putându-se obţine aliaje amorfe. În funcţie de condiţiile de elaborare, materialele metalice cristaline pot avea o stare (structură) de monocristal sau de policristal.

Starea de monocristal (v. fig.1.1) este caracterizată prin regularitate perfectă, o celulă elementară repetându-se periodic pe toate cele trei direcţii ale unui sistem triortogonal de referinţă. Multe cristale au monocristalul de tip cub centrat (Fe, Mo, Cr etc.), de tip cub cu feţe centrate (Al, Cu, Ni etc.), sau de tip hexagonal centrat (Co α, Ti α, Mg, Zn etc.) Starea de monocristal (v. fig.1.1) este caracterizată prin regularitate perfectă, o celulă elementară repetându-se periodic pe toate cele trei direcţii ale unui sistem triortogonal de referinţă. Multe cristale au monocristalul de tip cub centrat (Fe, Mo, Cr etc.), de tip cub cu feţe centrate (Al, Cu, Ni etc.), sau de tip hexagonal centrat (Co α, Ti α, Mg, Zn etc.) Policristalul reprezintă un ansamblu de monocristale „asamblate” haotic. El apare în cazul metalelor şi al aliajelor obţinute din starea lichidă prin răcire, fiecare germene de monocristal fiind limitat în timpul creşterii de prezenţa monocristalelor vecine. Dimensiunea monocristalelor încorporate într-un policristal variază de la câţiva μm la câţiva mm (în funcţie de aliajul respectiv şi de tratamentul termic sau mecanic aplicat). Riguros vorbind, atât cristalul cât şi policristatul au proprietăţi fizico-mecanice diferite de-a lungul direcţiilor care pornesc din aceeaşi origine, ceea ce arată că ele sunt anizotrope. Această anizotropie este şi mai accentuată în prezenţa defectelor (imperfecţiunilor) cristaline: vacanţele, sau imperfecţiunile punctuale (datorate nodurilor libere, neocupate de atomi, ale reţelei cristaline), dislocaţiile, sau imperfecţiunile liniare (produse de atomi suplimentari încorporaţi în reţeaua cristalină) şi defectele bidimensionale, sau plane (datorate cristalelor de natură diferită prezente în anumite plane, existenţei unor zone cu grăunţi cristalini având orientări cristalografice diferite, sau unor porţiuni ale aceluiaşi cristal cu abateri de la orientarea cristalografică normală a planelor de atomi).Aliajele amorfe au început să fie utilizate în ultimul timp ca urmare a rezistenţei mecanice şi la coroziune superioare în comparaţie cu aliajele metalice policristaline. Ele se obţin prin tehnologii speciale, care realizează o răcire bruscă a aliajului topit, împiedicându-se astfel procesul de cristalizare.Absenţa reţelei cristaline şi a defectelor proprii policristalelor arată că aliajele amorfe sunt omogene şi izotrope. În sens larg, materialele compozite sunt considerate drept combinaţii ale unor materiale simple (distincte). Ele au fost create pantru a se realiza proprietăţi mecanice, termice sau chimice superioare în raport cu cele ale elementelor constitutive.Într-o definiţie mai riguroasă, compozitele sunt caracterizate prin macrostructura lor. Ea este alcătuită dintr-o matrice în care sunt încorporate (sau ranforsate) particule sau fibre realizate din diverse materiale. Materialele compoziteÎn funcţie de forma elementelor de ranforsare, materialele compozite pot fi: fibrate (v. fig.1.2.a), granulare (v. fig.1.2.b), laminare (v. fig.1.2.c), solzoase (v. fig.1.2.d) şi compacte (v. fig.1.2.e).

În funcţie de condiţiile specifice impuse elementului (organului) de maşină şi/sau ţinându-se seama de costul ridicat al aliajului metalic este posibil să se utilizeze şi materiale nemetalice, de genul: ceramică, sticlă, beton, masă plastică, lemn, fibră textilă etc. Materialele nemetaliceCeramica este realizată din diverse tipuri de argilă în combinaţie cu lianţi, oxizi metalici etc. Într-o primă aproximaţie ea poate fi considerată izotropă. Se foloseşte la execuţia elementelor de maşină care lucrează la temperaturi ridicate şi/sau care trebuie să suporte sarcini mari în condiţiile unor uzuri mici (cilindrii motoarelor termice, corpurile de rulare ale unor rulmenţi etc.).Sticla este un material amorf (deci izotrop) obţinut prin subrăcirea unei soluţii (topitura) realizată din silice (sub formă de cuarţ sau nisip cuarţos), anhidridă bazică şi oxizi ai diferitelor metale. În construcţia de maşini se utilizează la realizarea unor recipienţi, suporţi etc. Betonul este un material compozit, deci anizotrop, obţinut din ciment, nisip, pietriş şi din bare de oţel (în cazul betonului armat). Se foloseşte mai ales în construcţii, dar şi pentru unele elemente de maşină care trebuie să suporte sarcini mari (de exemplu batiurile maşinilor-unelte grele) şi/sau să aibă o bună rezistenţă la coroziune.Masa plastică – produs sintetic macromolecular (aflat în prezenţa unor plastifianţi, ai unor materiale de umplutură şi ai unor stabilizatori) – se utilizează la execuţia unor elemente de maşină (roţi dinţate, curele dinţate etc.) solicitate de sarcini nu prea mari. Lemnul este un material compozit (în sens larg) care se utilizează, în unele cazuri, în construcţia de maşini (ca urmare a greutăţii sale specifice mici şi a capacităţii mari de amortizare a vibraţiilor).Cauciucul – produs macromolecular, natural sau sintetic – se utilizează mai ales ca element de amortizare şi de etanşare, dar şi pentru preluarea deplasărilor mari dintre elementele de maşină îmbinate. În calculele de rezistenţă el este considerat ca material izotrop. Textilele sunt structuri materiale, naturale sau sintetice, caracterizate prin deformaţii mari în direcţia de solicitare. În construcţia de maşini ele se folosesc mai ales sub formă de fibre şi sunt considerate, de la caz la caz, drept materiale izotrope sau anizotrope.Pielea este realizată prin tăbăcirea pielei animalelor. Este un material izotrop cu o comportare şi utilizare similară cu cea a materialelor textile. Modele ale materialelorIndiferent de natura materialelor, cele prezentate mai sus permit a concluziona că există trei modele generale folosibile în Fizică şi Inginerie.Modelul fizic ia în considerare structura ideală a materialului, neglijând imperfecţiunile tehnologiei de obţinere a acestuia. În cazul metalelor şi a aliajelor lor acest model (v. fig.1.1) ţine seama de tipul reţelei cristaline şi se foloseşte în Fizica corpului solid. Modelul fizico-ingineresc (v. fig.1.3.a) ţine seama de structura reală a materialului obţinut prin diverse tehnologii. El este aplicabil aliajelor metalice, permite luarea în considerare a defectelor de structură şi poate fi utilizat şi în cazul materialelor compozite.Modelul ingineresc (v. fig.1.3,b) admite că materialele sunt compacte, adică umplu complet o anumită regiune a spaţiului euclidian. Prin urmare în cazul materialelor metalice, un asemenea model nu ţine seama de existenţa reţelelor cristaline şi nu ia în considerare defectele de structură.Cu foarte puţine excepţii, modelul ingineresc este cel mai frecvent folosit în tehnică. Deformarea şi ruperea structurii metaliceÎn funcţie de magnitudinea şi direcţia sarcinii, atât monocristalul cât şi structura policristalină (care se află în anumite condiţii de mediu ambiant) suferă deformaţii elastice sau deformaţii plastice. În primul caz, după îndepărtarea sarcinii atât monocristalul cât şi structura cristalină revin la forma şi dimensiunile iniţiale, iar în cel de al doile caz deformaţiile au caracter remanent. Riguros vorbind, trebuie menţionat că orice deformaţie plastică este precedată de una elastică.

La un monocristal deformaţia plastică are loc, după anumite plane şi direcţii ale reţelei cristaline, prin alunecare sau prin maclare. Alunecarea începe în planul, cu densitatea maximă a atomilor, care face cel mai mic unghi cu planul înclinat la 45o faţă de direcţia forţei (ce solicită cristalul) şi se continuă cu alunecarea altor plane, care se rotesc pentru a ajunge în poziţia planului de la care s-a amorsat alunecarea.Deformarea prin maclare apare în special atunci când orientarea reţelei cristaline nu îndeplineşte condiţia de începere a deformării prin alunecare, precum şi la cristalele cu un număr redus de plane de alunecare (de exemplu la cristalul hexagonal compact). Procesul constă în deplasarea unui întreg ansamblu de plane atomice vecine în raport cu un anumit plan de maclare şi nu conduce la schimbarea orientării planelor reţelei cristaline, aşa cum se întâmplă în cazul deformării prin alunecare. La materialele policristaline, ca urmare a unui număr extrem de mare de grăunţi cristalini cu orientări diferite şi a prezenţei defectelor (v. paragraful 1.3.1), procesul deformării este mult mai complicat.Deformaţia policristalului este rezultatul cumulării deformaţiei cu deplasarea grăunţilor cristalului. Până la o anumită valoare a sarcinii deformaţiile sunt elastice, după care, drept urmare a schimbării formei, dimensiunilor şi orientării grăunţilor cristalini apar deformaţiile plastice. Adăugând la aceste modificări ale policristalului şi creşterea numărului dislocaţiilor (v. paragraful 1.3.1.) se obţine o „întărire” a materialului care se numeşte ecruisare. Ecruisarea poate fi însoţită de o reorientare apreciabilă a grăunţilor cristalini în direcţia forţei care solicită structura policristalină, ceea ce conduce la o anizotropie apreciabilă a acesteia. Deformaţiile elastice şi plastice reprezintă un efect al coeziunii care se manifestă între atomii reţelelor cristaline solicitate. Distrugerea acestei coeziuni conduce la ruperea structurii.Ruperea reprezintă principala formă de distrugere a structurii. În cazul metalelor şi al aliajelor metalice ea poate fi fragilă sau ductilă.Ruperea fragilă constă în distrugerea legăturilor interatomice şi nu este precedată, practic, de deformaţii plastice. Ea se manifestă într-o separare a planelor cristalografice şi/sau a grăunţilor cristalini şi se recunoaşte uşor după aspectul grăunţos al suprafeţelor de rupere. Acest tip de rupere este caracteristic fontelor, oţelurilor cu defecte de structură sau incorect tratate termic etc. Ruperea ductilă este precedată de deformaţii plastice considerabile. Ea este rezultatul dezechilibrului forţelor interatomice din zonele cu defecteale reţelei cristaline. Se recunoaşte după gâtuirea care apare în zona de rupere a structurii şi este caracteristică oţelurilor moi, cuprului, alamei etc.Temperatura şi viteza de deformare a structurii influenţează puternic asupra tipului de rupere. Astfel, temperatura scăzută şi viteza mare de deformare conduc la ruperi fragile. Din acest motiv, în Criogenie (Tehnica frigului) oţelurile obişnuite nu pot fi utilizate, locul lor ocupându-l oţelurile puternic aliate cu Ni şi Co. Starea de tensiune si deformatie

Corpuri elastic

Corpuri plastice

Lichid vascos

Tipuri de curgere

Vascoelasticitate liniara

Fluajul

Modele reologice