1. UVOD - ZNACAJ I ULOGA MATERIJALA
Nauka o materijalima je najstarija nauka o materiji (kamen, kost, drvo, bakar, bronza).
Razvoj materijala direktno utice na razvoj tehnike, sto je jedan od uslova napretka drustva
(npr:parna masina,.). Nauka o materijalima proucava svojstva materijala u zavisnosti od
njegove strukture, u cilju dobijanja novih materijala sa unapred projektovanim svojstvima.
Da bi se materijali koristili u tehnici, moraju imati: odgovarajuca svojstva, strukturu,
sposobnost oblikovanja (prerade) i mogucnost ispitivanja svojstava standardnim metodama
-i t o s u tzv. tehnicki materijali (u masinstvu - masinski, u elektrotehnici - elektrotehnicki,
u gradevinarstvu - gradevinski).
MATERIJU cine elementi i jedinjenja od kojih je izgraden svet u kome zivimo i sa njenim
hemijskim promenama nastaje uvek novi vid materije, tj. menja se njen sastav. Materija je
sve ono sto nas okruzuje, ona ima masu i zauzima prostor.
Materija se ne moze unistiti, niti stvoriti ni iz cega i otuda imamo Zakon o odrzaju mase.
Glavni vidovi materije su energija i masa. Materija moze biti homogena i heterogena.
MATERIJAL predstavlja materiju koja posle odredenih postupaka prerade obavlja neku
funkciju.
2. PODELA TEHNICKIH MATERIJALA
U osnovnu grupu tehnickih materijala spadaju:
Masinski materijali
Polimerni materijali
Keramicki materijali i staklo
Kompozitni mareijali
"Pametni materijali"
Svaki od ovih materijala ima odgovarajuce osobine, svojstva i namenu.
Masinski materijali od kojih se rade konstrukcije, najoptereceniji masinski elementi: cisti
metali (gvozde,aluminijum, bakar, nikl, cink...) i legure (celik, mesing, bronza,..). Imaju:
dobru toplotnu i elektricnu provodljivost, dobru cvrstocu i krutost, dobru obradljivost i
otpornost prema udaru.
Polimerni materijali (guma, plasticne mase, lepkovi..) Slaba im je elektro i toplotna
provodljivost, mala cvrstoca i neotporni su na povisenim temperaturama.Termoplasticni
polimeri su otporni prema udaru i imaju sposobnost za oblikovanje za razliku od
termoreaktivnih polimera. (polimeri su organski jedinjenja bez metala)
Keramicki materijali (staklo, porcelan, cigla, izolacioni materijali, neki abrazivi..). Imaju
losu toplotnu i elektroprovodljivost, ali veoma veliku tvrdocu i cvrstocu, mada su im
obradljivost i otpornost prema udaru veoma niske. Raznovrsna im je primena zahvaljujuci
otpornosti na koroziju i postojanosti i na visokim temperaturama. (keramike su spojevi
metala i nemetala)
Kompozitni materijali (beton, sperploca..) -materijali izgradeni od dve komponente ili vise
komponenata koje se dosta razlikuju kako po hemijskom sastavu tako i po drugim
osobinama. (kompozitni materijali su spojevi metala, keramika i/ili polimera)
Razvoj ovih materijala proizisao je iz potrebe da se kod mnogih konstrukcija postigne sto
veca jacina i krutost, a uz to smanji tezina. Znacajan razvoj i primena kompozitnih
materijala je pocela oko 1950. god. Danas se godisnje proizvodi oko 10 miliona tona sa
povecanjem oko 5^10 % godisnje.
Pametni materiiali"-materiiali koji menjaju svoju mikrostrukturu i svojstva pod dejstvom
spoljasnjih uslova (temperature, mehanickog naprezanja, hemijskog delovanja, elektricnog
ili magnetskog polja, svetlosti i dr.).
Drvo je primer pametnog prirodnog materijala -drvo je sposobno samo ojacati pod
delovanjem mehanickog opterecenja ili ozdraviti ako dode do ostecenja. Biomaterijali
sluze za zamenu ljudskog tkiva i izradu proteza.
Nanomaterijali Pojam "nanostrukturni”(ili "nanofazni”) materijali odnosi se na one
materijale cije su dimenzije faza (cestica praska, zrna strukture ili proizvedenih slojeva)
reda velicine od nekoliko do stotinak nanometara.
Nanocestice i nanoprahovi koji se mogu proizvesti u obliku suspenzija (koloida), sol-
gelova i aerogelova otvaraju mogucnosti razvoja niza novih proizvoda. Sitne cestice imaju
mnogo vecu aktivnu povrsinu u odnosu na njihovu zapreminu ili masu, sto povecava
hemijsku aktivnost. Nanotehnologije pruzaju mnogobrojne mogucnosti razvoja materijala
poboljsanih svojstava za primene u elektronici, optoelektronici, masinstvu, hemijskom
inzenjerstvu, mikrobioloskim i biomedicinskim podrucjima.
Prema nameni masinski materijali se dele na:
Konstrukcioni (glavni) za izradu konstrukcija, masinskih elemenata, uredaja,
masina, postrojenja; moraju da imaju odgovarajuca mehanicka svojstva - posebno
cvrstocu, treba dobro da podnose opterecenja.
Pomocni (za izradu manje opterecenih delova, izolacionih i koroziono otpornih
slojeva - rucice, koza, zaptivaci, plasticni zupcanici..).
Pogonski (za proizvodnju, transformaciju i prenos razlicitih oblika energije) - to su
uglavnom organski materijali, sve vrste goriva, maziva, vazduh i voda. U svetu se
intezivno radi na iznalazenju novih materijala i na poboljsanju svojstava vec
postojecih.
Svojstva materijala zavise od: hemijskih i fizickih svojstava elemenata i vrste
hemijskih veza izmedu atoma; rasporeda atoma i molekula; mogucih gresaka koje
se pojavljuju u gradi materijala.
1. Praska
Pod legurama podrazumevamo dva ili vise elemenata slivenih u jedan materijal. Postoje i
drugi nacini dobijanja legura: sinterovanje, pecenje, elektroliza itd., ali je najcesci i
najstariji slivanje. Legure su smese bar jednog metala i nekog ili nekih drugih elemenata
koji mogu biti metali i nemetali. (Uslov: rastvorljivost u rastopljenom stanju)
Svaka prava legura ima svojstva metala.
1.1.
Legura Fe - Fe
3
C
U Fe - Fe
3
C dijagramu razlikujemo sledece faze
Ferit
predstavlja cvrsti rastvor ugljenika u
a
gvozdu. Ima zapreminski centriranu kubnu
resetku i maksimalnu rastvorljivost ugljenika 0,02 % na 721
0
C. (
a)
Austenit
je cvrsti rastvor ugljenika u
y
gvozdu. Ima povrsinski centriranu kubnu resetku i
maksimalnu rastvorljivost ugljenika 2,1 % na 1145
0
C. (
y)
Cementit
je hemijsko jedinjenje gvozda i ugljenika sa 6,67 %C.
Perlit
je fina lamelarna mesavina ferita i cementita koja nastaje eutektoidnom
transformacijom austenita koji sadrzi 0,8%C. (P)
Ledeburit je
eutektikum koji je sastavljen od austenita i cementita (L).
Gvozde
ima svojstvo polimorfije (alotropije) - u cvrstom stanju se javlja u dve alotropske
modifikacije: prostorno (a, 5) i povrsinski (y) centrirane kubne resetke. Kolicina pojedinih
faza, odnosno procentualni udeo, odreduje se pravilom poluge u zavisnosti od procenta
ugljenika koji iste sadrze.
Slika 3.
Dijagram stanja gvozde - gvozde karbid
Hladenjem sa temperature 7210C, po liniji PQ, dolazi do izdvajanja viska ugljenika u
obliku tercijarnog cementita po granicama zrna. Kod niskougljenicnih celika ovaj - Fe3C
ima znacaj do sadrzaja 0,02%C.
Na liniji GS iz austenita pocinje da se izdvaja ferit (faza siromasnija ugljenikom). Usled
toga, obzirom da ista nastaje preobrazajem austenita koji je postojao na visim
temperaturama, dolazi do istiskivanja ugljenika, pa dolazi do bogacenja preostalog
austenita ugljenikom po liniji GS, sve do temperature 7210C kada preostali austenit dostize
eutektoidni sadrzaj i eutektoidnom reakcijom se transformise u perlit.
Kod nadeutektoidnih celika sa snizenjem temperature smanjuje se rastvorljivost ugljenika
u austenitu pa se isti istiskuje iz resetke i reagujuci sa atomima zeleza gradi jedinjenje
Fe3C.
Rastvorljivost se smanjuje sve do temperature 721 °C gde pada na 0,8%C i sve vreme je
pracena povecanjem kolicine nastalog cementita, onda dolazi do preobrazaja austenita koji
prelazi u perlit na vec pomenuti nacin.
Slika 5. Obrazovanje strukture podeutektoidnog
celika: svetlo-ferit; tamno-perlit
