Proprietăți și încercări mecanice

PROPRIETĂŢILE MATERIALELOR.

În industrie, pentru confecţionarea diferitelor produse se utilizează materiale diverse care pot fi grupate în trei clase principale: materiale metalice, materiale ceramice şi polimeri. Combinaţiile dintre materialele din aceste trei clase conduc la o a patra clasă a materialelor compozite. Ponderea cea mai mare o au încă materialele metalice. Metalele pure se utilizează mai puţin deoarece ele nu satisfac întotdeauna condiţiile impuse în exploatare. În cea mai mare parte materialele metalice utilizate sunt aliaje obţinute prin topirea concomitentă a două sau mai multe componente, metale sau metale şi nemetale. Componentul de bază este întotdeauna un metal iar celelalte componente, elementele de aliere pot fi metale sau nemetale. Elementele de aliere se adaugă în scopul îmbunătăţirii proprietăţilor materialelor în concordanţă cu destinaţia acestora. Alegerea materialelor are la bază criterii care ţin seamă de condiţiile tehnice impuse în exploatare şi de o eficienţă economică ridicată, un cost de fabricaţie cât mai scăzut. Satisfacerea acestor criterii se bazează pe cunoaşterea îndeaproape a materialelor existente, cu proprietăţile lor, cu posibilităţile de înlocuire ale acestora cu altele echivalente. Proprietăţile materialelor sunt elementele pe baza cărora se apreciază comportarea acestora în condiţii de lucru complexe, pentru determinarea lor fiind necesare încercări şi măsurători. Proprietăţile materialelor se împart în patru grupe: proprietăţi fizice, proprietăţi chimice, proprietăţi mecanice şi proprietăţi tehnologice.

Proprietăţile fizice determină modul de comportare a materialelor sub acţiunea gravitaţiei, temperaturii, a câmpurilor magnetice şi electrice etc.

1. Greutatea specifică [γ] se defineşte ca fiind greutatea unităţii de volum γ=G/V [N/m3].

2. Temperatura de topire. [t oC] sau [T oK] este temperatura la care un metal pur, sub acţiunea căldurii, la presiunea atmosferică, trece din stare solidă în stare lichidă. În cazul aliajelor topirea se produce într-un interval de temperaturi limitat inferior de punctul solidus şi superior de punctul lichidus. În funcţie de temperatura de topire materialele se împart în: materiale uşor fuzibile care se topesc la temperaturi sub 300-400oC şi materiale greu fuzibile care se topesc la temperaturi ridicate peste 1200oC.

3. Dilatarea termică este proprietatea materialelor de a-şi mări volumul când sunt încălzite. Mărimea fizică ce caracterizează această proprietate este coeficientul de dilatare termică liniară [αo] reprezentând cantitatea cu care se dilată în lungime 1cm dintr-un corp atunci când I se ridică temperatura cu 1oC. αo=Δl/loΔt în care:

lo – lungimea iniţială,

Δl – variaţia lungimii la creşterea Δt a temperaturii.

Lungimea totală a corpului dilatat va fi: l=lo+Δl=lo(1+ αoΔt).

4. Conductibilitatea termică [λ] este proprietatea materialelor de a permite trecerea căldurii prin propagare. Ea se exprimă prin cantitatea de căldură care se transmite în timp de o secundă printr-o bară cu secţiunea de 1cm2 pe o distanţă de 1cm. λ [j/cm s oC].

5. Conductibilitatea electrică este proprietatea materialelor de a permite trecerea curentului electric. În opoziţie cu conductibilitatea este rezistivitatea.

6. Magnetismul este proprietatea unor materiale de a atrage alte materiale. Se cunosc materiale magnetice sau feromagnetice Fe, Ni, Co, etc. şi materiale nemagnetice Al, Mn, etc.

7. Alte proprietăţi fizice ale materialelor în legătură cu lumina pot fi amintite: culoarea, opacitatea, luciul metalic etc.

Proprietăţile chimice exprimă capacitatea materialelor de a rezista la acţiunea diferitelor substanţe chimice sau a agenţilor atmosferici cât şi a temperaturilor înalte.

1. Rezistenţa la coroziune este proprietatea materialelor de a rezista la acţiunea substanţelor chimice sau a agenţilor atmosferici Stabilitatea chimică a materialelor în condiţiile specifice de lucru ale utilajelor determină durata de viaţă a acestora.

2. Refractaritatea este proprietatea materialelor de a-şi menţine rezistenţa mecanică la temperaturi înalte şi de a nu forma la suprafaţă straturi de oxizi sau alţi compuşi metalici în atmosfere agresive.

Proprietăţile mecanice indică modul de comportare a materialelor sub acţiunea diferitelor forţe exterioare la care sunt supuse.

1. Rezistenţa la rupere este proprietatea materialelor de a se opune acţiunii forţelor care tind să le distrugă integritatea. În funcţie de tipul solicitărilor la care sunt supuse materialele, rezistenţa la rupere poate fi: rezistenţa la întindere, rezistenţa la compresiune, rezistenţa la încovoiere, rezistenţa la torsiune, rezistenţa la forfecare.

2. Elasticitatea este proprietatea materialelor de a se deforma sub acţiunea forţelor exterioare şi de a reveni la forma şi dimensiunile iniţiale după încetarea acţiunii forţelor exterioare. Materialele sunt total elastice până la un anumit grad de solicitare numit limită de elasticitate. O dată cu încetarea acţiunii forţei care a produs deformarea are loc revenirea elastică şi eliberarea unei cantităţi de energie mai mică decât cea care a produs deformarea fenomen cunoscut sub denumirea de histerezis mecanic.