Știința Materialelor

CAP. I

INTRODUCERE IN STIINTA MATERIALELOR

1.1 OBIECTUL STIINTEI MATERIALELOR

Materialele sunt substanţe care datorită proprietăţilor lor specifice sunt utilizate în industrie

pentru realizarea mijloacelor de producţie sau a bunurilor de consum. Materialele sunt de

următoarele opt tipuri principale:

1. metale

2. semiconductori

3. dielectrici

4. ceramici

5. sticle

6. polimeri sintetici (fibre sintetice, elastomeri, mase plastice)

7. substanţe naturale (piatră, lemn, fibre, piei etc.)

8. compozite (materiale compuse din două sau mai multe materiale din cele şapte tipuri

precedente; 1+1, 1+3,1+4, 1+5, 1+7, 3+7, 4+5, 5+6 etc.)

Convenţional, nu sunt considerate materiale următoarele substanţe (produse):

– alimentele

– medicamentele

– combustibilii.

Fig. 1 Schema stiintei materialelor

Ştiinţa materialelor (materialologia) este o ştiinţa interdisciplinară fizico-chimico-tehnică

care se ocupă cu studierea corelaţiilor, a legăturilor funcţionale dintre compoziţia chimică,

structura, proprietăţile, tehnologia şi utilizarea tehnică a materialelor.

Studiind aceste corelaţii materialologia stabileşte legi, reguli, criterii, modele care permit

elaborarea unor materiale cu proprietăţi dinainte stabilite şi selecţia unui material sau a unui

grup de materiale pentru o anumită utilizare tehnică. Conţinutul acestei ştiinţe poate fi

reprezentat într-o schemă numită schema materialologiei (fig. 1). In această schemă sunt

cuprinse corelaţiile materialologiei care stau la baza cercetării ştiinţifice în domeniul

materialelor, la baza prognozei proprietăţilor materialelor, a selecţiei optime şi a utilizării lor

raţionale.

Materialologia conţine o serie de teorii care explică diferite grupuri de fenomene, procese

care au loc în materiale:

– teoria electronică a materialelor

– teoria legăturii chimice în materiale

– teoria termodinamică a materialelor

– teoria cristalochimică a materialelor

– teoria microstructurii materialelor

– teoria imperfecţiunilor structurale

– teoria transformărilor structurale

– teoria diagramelor de echilibru fazic

– teoria proprietăţilor materialelor

1.2 CLASIFICAREA MATERIALELOR METALICE

Materialele metalice sunt de două mari categorii:

elemente metalice: metale sunt 83 din cele 105 elemente chimice ale sistemului periodic;

aliaje metalice: teoretic, există un număr infinit de aliaje; practic, sunt aproximativ 100.000 de

aliaje industriale.

Aliajul metalic este o substanţă macroscopic omogenă cu proprietăţi metalice formată din

două sau mai multe elemente, din care elementul predominant este metal.

Cea mai utilizată metodă de elaborare a aliajelor este topirea împreună a elementelor

componente urmată de solidificare.

Elementele chimice dintr-un aliaj, numite şi componenţi, se clasifică în patru categorii:

a. Elemente de bază (E8) - element metalic predominant;

b. Elemente de atiere (EA) - element introdus intenţionat in metalul de bază în scopul

obţinerii unor anumite proprietăţi;

c. Element însoţitor (inevitabil, datorită materiilor prime şi tehnologiei de elaborare);

d. Element accidental (întâmplător).

Exemple de aliaje metalice:

Aliajul industrial alamă CuZn 30 poate fi caracterizat astfel:

a. Aliaj de cupru; aliaj pe baza de cupru;

b. Aliaj Cu-Zn; aliaj de cupru si zinc; aliaj din sistemul de aliaje Cu-Zn care conţine o

infimitate de aliaje;

c. Aliaj Cu+30%Zn; aliaj de cupru cu 30% zinc ca element de aliere;

d. Aliaj 70%Cu+30%Zn; aliaj cu 70% cupru şi 30% zinc;

e. Alama CuZn30 este o alamă obişnuită, nealiată, simpla, binară.

Aliajul industrial alamă CuZn37Pb2 poate fi caracterizată astfel:

a. Aliaj de cupru ;

b. Aliaj Cu-Zn-Pb;

c. Aliaj Cu+37%Zn+2%Pb;

d. Aliaj 61%Cu+37%Zn+2%Pb;

e. Alamă cu plumb, alamă specială, alamă complexă, alamă ternară, alamă aliată cu

Pb (Cu şi Zn sunt elemente de bază în alamă, iar Pb este de aliere).