Uvodna razmatranja o materijalima
Materijali u mašinstvu
- Osnovna grupa materijala (osnovne –prirodni koren) : metali, keramika i polimeri
- Izvedena grupa materijala su kompozitni materijali
Inženjerski materijali – materijali od kojih su izrađeni industrijski – tehnički proizvodi i konstrukcije.
Metalni materijali
- Železni (čelik, livena gvožđa) – sadrže veliki procenat železa
- Neželezni (aluminijum, bakar, titan, nikl) – ne sadrže železo ili ga sadrže u malom procentu
– Gradivna jedinica je atom.
– Izgrađeni od 1 ili više metalnih elemenata, a mogu sadržati i C, N, O.
– Imaju veliki broj slobodnih elektrona, mnoga svojstva su u direktnoj zavisnosti od njih
– Imaju kristalnu strukturu u kojoj su atomi međusobno pravilno raspoređeni u prostoru i grade kristalne rešetke
Karakteristike : dobra električna i toplotna provodljivost, zagrevanjem se otpuštaju elektroni, ne propuštaju svetlost, polirane površine su sjajne, imaju relatino dobru čvrstoću i plastičnost na sobnoj temperaturi, zadržavaju dobra svojstva čvrstoće i na povišenim temperaturama, metalna veza.
- Čisti metali : niska čvrstoća i ne obezbeđuju potrebna mehanička, fizička i tehnološka svojstva, sadrži 99,99 – 99,999 % osnovnog metala.
- Legure : poseduju uglavnom sva svojstva koja su karakteristična za metale. Kombinacija 2 ili više metala i nemetala.
Polimerni materijali
- Termo-plastični (akrilati, polietilen, poliamid – najlon)
- Termo – umreženi (poliestri, epoksi)
- Elastomeri (guma, silikoni, poliuretani)
– Gradivna jedinica je molekul
– Najzastupljeniji su , organskog porekla, Van der Valsova i kovalentna veza
– Od organskih jedinjenja koja sadrže C, H
– Struktura je nekristalna, amorfna, neki imaju kombinovano-nekristalnu i kristalnu strukturu
– Dobijaju se postupkom polimerizacije
Karakteristike : male vrednosti gustine, niska toplotna i električna provodljivost, niske vrednosti čvrstoće i krutosti, visoka postojanost na hemijski uticaj, visok koeficijent termalnog širenja.
Keramički materijali
– Oksidi, nitrati, karbidi, staklo, keramika, grafit, dijamant.
– Gradivna jedinica je jon.
– Neorganska jedinjenja metala i nemetala
– Struktura : kristalna, kombinovana kristalno-nekristalna
– Kovalentan i jonska veza
Karakteristike : veoma tvrdi i krti, visoka čvrstoća na visokim temperaturama, otporni na hemijske uticaje, hranu i okolinu, otporni na habanje, niska električna i toplotna provodljivost.
Kompozirni materijali
- Vlaknasto ojačani (metalna matrica, polimerna matrica, keramička matrica )
- Česticama ojačani
- Laminati
- Sendvič konstrukcija
– Kombinacija osnovnih materijala u makroskopskoj razmeri. Osnova + ojačavajuća baza. Sastoji se od vlakana (staklenih, ugljenih, bornih i metalnih) i matrice (poliesterska smola ili epoksidna smola) kao veziva.
Izbor materijala
– Osnovne vrste materijala koje danas koristimo :
- Livena gvožđa (siva, bela, legirana i modifikovana)
- Čelici (ugljenični, legirani, nerđajući, alatni)
- Obojeni metali i njihove legure (bakar, aluminijum, titan, nikl)
- Polimerni materijali (termoplastični, termoumreženi, elastomeri)
- Keramika
- Kompozitni materijali (vlaknasto ojačani polimerni materijali, metal-matrica keramika-matrica, sendvič konstrukcija)
– Faktor za izbor :
- Mehanička svojstva : čvrstoća, tvrdoća, žilavost, modul elastičnosti, specifična čvrstoća Rm/ρ i specifična krutost E/ρ. Moraju da budu takva da ne dolazi do trajnih deformacija i loma pod opterećenjem kojim je komponenta izložena u eksplataciji
- Fizička svojstva : gustina, temperatura topljenja, specifična toplotna kapacivnost, koeficijent linearnog širenja, toplotna provodnost, električna, magnetna svojstva
- Hemijska svojstva : oksidacija i korozija utiče na opšti pad svojstava materijala. Toksičnost i zapaljivost materijala za neke proizvode veoma su važnu faktori
- Tehnološka svojstva : daju podatke o tome koji materijali mogu relativno lako da se liju, obrađuju deformisanjem, mašinski ili termički obrađuju
- Cena
- Mogućnost nabavke i to u što prikladnijem obliku poluproizvoda
- Kolike su rezerve materijala koji je na raspolaganju
Materijali su međusobno podeljene po osobinama, međusobno se razlikuju po osobinama. Osobine su različite zbog različite strukture.
