Osobine
materijala
Ljubi
ša Spasenović
OSOBINE MATERIJALA
1
. KLASIFIKACIJA OSOBINA
Da bi se neki konstrukcioni ili pogonski materijal mogao pravilno
upotrebiti potrebno je što potpunijepoznavati njegove osobine. Postoji
veliki broj različitih osobina materijala, ali sve se ove mogu svrstati u
triglavne grupe:
fizičko-mehaničke, hemijske i tehnološke.
Neke od ovih
osobina su opšteg karaktera, zajedničke kod većine materijala, npr.
gustina, tvrdoća,čvrstoća itd, a neke specifičnog karaktera, svojstvene
nekom materijalu ili grupi materijala, npr. plastičnost,livkost,
kovnost, magnetne osobine itd.U tabeli 1. date su važnije fizičko-
mehaničke, hemijske i tehnološke osobine materijala
(uglavnomkonstrukcionih
materijala).
2.
FIZIČKO-MEHANIČKE OSOBINE
2.1
.
STRUKTURA
Struktura ili unutrašnja građa
materijala podrazumeva oblik,
veličinu i raspored pojedinih delića od kojihje sagrađen neki
materijal. Sa upoznavanjem strukture materijala nastala je prava
mala revolucija u proizvodnjinovih materijala, poboljšanju njegovog
kvaliteta i racionalnijem korišćenju u praktične svrhe. Upoznavanje
unutrašnje građe čvrstog tela naročito je doprineo razvoj optike, u
prvom redu optičkih mikroskopa sa
1
Osobine
materijala
Ljubi
ša Spasenović
povećanjem do 1.500 puta i savremenih elektronskih mikroskopa sa
povećanjem do 150.000 puta i više. Naučna oblast koja se bavi
ispitivanjem unutrašnje strukture materijala poznata je pod imenom
metalografija.
Postoje dve osnovne metode metalografskog ispitivanja
i to:
makrografska i i mikrografska
metoda .
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. Daleko potpunija slika o unutrašnjoj
građi materijala dobija se mikrografskim ispitivanjima, korišćenjem
metalografskih mikroskopa. Elementi građe koji se vide pod
mikroskopom obuhvataju kristale materijala. Pri tome kristali kao
normalan oblik očvrslog stanja najčešće se vide pod mikroskopom
kao
kristaliti
, tj. Tela nepravilvog oblika sa pravilnom atomskom
građom. Ovo potiče od toga što 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. Međutim, amorfne materije
su nestabilne i mogu katkad preći u kristalno stanje same od sebe.
Ako se iz rastopljenog metala vrši postepeno odvođenje toplote u
rastopu nastaje smirivanje oscilovanja atoma, sve dok se ne postigne
temperatura očvršćavanja, kada se obavlja sređivanje atoma na tačno
određena međusobna rastojanja. Sređivanje atoma u kristalne
rešetke odvija se uz odavanje latentne toplote, koja se odvija u
određenom vremenu na račun unutrašnje energije, a pri tom zastoju
dolazi do formiranja kristalnih zrna.
Kada se atomi nalaze na tačno određenoj udaljenosti, onda su sile
uravnotežene, a unutrašnja energija je najmanja. Udaljenost među
atomima, koja odgovara najmanjoj unutrašnjoj energiji, je
karakteristična za
svaki hemijski element, a naziva se
parametar rešetke
i označava sa
a0.
2
Osobine
materijala
Ljubi
ša Spasenović
m
V
= s; kg/m3 ,
gde je: 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 i zapreminska gustina određuju se
laboratorijski pomoću odgovarajuće opreme.
2.3. TVRDOĆA
Tvrdoća
predstavlja otpor materijala prema prodiranju drugog
(tvrđeg) materijala u njega. Tvrdoća se određuje na različite načine u
zavisnosti od materijala koji se ispituje i samog načina ispitivanja. 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, pri čemu se tvrdoća 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.
4
Osobine
materijala
Ljubi
ša Spasenović
2.4. ČVRSTOĆA
Čvrstoća (jačina materijala)
je svojstvo materijala da se odupre
razaranju pod dejstvom spoljašnje sile. Prema načinu dejstva spoljne
sile, zatezanje, pritisak, savijanje, smicanje i uvijanje, razlikuju se
zatezna
čvrstoća Rm
,
pritisna čvrstoća Rc
,
savojna čvrstoća Rf,
,
čvrstoća na uvijanje
τ
mčvrstoća na smicanje
τ
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 SO.
Savojna čvrstoća
izračunava se iz odnosa maksimalnog
momenta savijanja Mf i otpornog momenta
preseka uzorka W.
Veliki
uticaja na čvrstoću materijala ima homogenost i poroznost materijala,
tj. zapreminska gustina
materijala. Sa smanjenjem poroznosti
čvrstoća materijala se znatno povećava. Na primer, smanjenjem
poroznosti proizvoda od betona od 50% na 25%, područje čvrstoća na
pritisak povećava se od 10MPa na
80MPa.
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
5
Osobine
materijala
Ljubi
ša Spasenović
napredak u proučavanju problema krtog loma predstavlja
određivanje kritičnog koeficijenta inteziteta napona Kic, poznatog u
praksi kao
žilavost loma.
Žilavost loma predstavlja meru otpora
nekog materijala prema razvijanju krte prskotine u uslovima
ravanske deformacije. Određuje se na epruvetama sa inicijalnom, tzv.
“zamornom” prslinom, koje se ispituju zatezanjem ili savijanjem na
univerzalnim mašinama za ispitivanje materijala.
2.7. 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 tek 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
7
