OSOBINE MATERIJALA

KLASIFIKACIJA OSOBINA

Fizičko-mehaničke osobine Hemijske osobine Tehnološke osobine

1. Fizička građa (sklop)

2. Gustina

3. Termo-fizičkle osobine

4. Elektromagnetne osobine

5. Tvrdoća

6. Čvrstoća

7. Elastičnost

8. Žilavost

9. Plastičnost

1. Atomska težina

2. Afinitet

3. Bazični karakter

4. Kiselinski karakter

5. Otpornost prema

koroziji

1. Obradivost (livenjem,

presovanjem, rezanjem

itd.)

2. Specifične osobine

pogonskih materijala

(radna sposobnost, br-

izantnost eksploziva i

dr.)

3. Trajnost (postojanost)

Važnije fizičko-mehaničke, hemijske i tehnološke osobine materijala

FIZIČKO-MEHANIČKE KARAKTERISTIKE

STRUKTURA ILI UNUTRAŠNJA GRAĐApodrazumeva oblik, veličinu i raspored pojedinih delića od kojih je sagrađen

neki materijal

Upoznavanju unutrašnje građe čvrstog tela naročito je doprineo razvoj optike

-optičkih mikroskopa sa povećanjem do 1.500 puta i

-savremenih elektronskih mikroskopa sa povećanjem do 150.000 puta i više

Metalografija - naučna oblast koja se bavi ispitivanjem unutrašnje strukture

materijala. Dve osnovne metode metalografskog ispitivanja:

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.

mikrografska ispitivanja – izvode se korišćenjem metalografskih mikroskopa.

Elementi građe koji se vide pod mikroskopom su kristali materijala.

Kristali - normalan oblik očvrslog stanja, najčešće se vide pod mikroskopom kao

kristaliti, tj. tela nepravilnog oblika sa pravilnom atomskom građom.

STRUKTURA - UNUTRAŠNJA GRAĐA

Udaljenost među atomima, koja odgovara

najmanjoj unutrašnjoj energiji je

karakteristična za svaki hemijski element

- parametar rešetke ao

Građa kristalne i amorfne materijea)kristalisana materijab)amorfna materija

Najčešće atomske rešetke metala

a) površinski centrisana kubna b) prostorno centrisana kubna c) heksagonalna

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

3/ mkgV

md

Gustina materijala definisana je odnosom jedinice mase prema jedinici

zapremine materijala. Zavisi od vrste materijala i stanja u kome se materijal nalazi.

Razlikuju se dve fizičke veličine vezane za gustinu materijala

GUSTINA

apsolutna gustina određuje se iz odnosa mase materijala bez pora i šupljina

prema jedinici njegove zapremine

zapreminska - volumenska gustina d izražava se odnosom mase materijala

zajedno sa porama i šupljinama prema jedinici zapremine materijala

m - masa u kg

V - zapremina bez pora i šupljina u m3

3/ mkgV

md s 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

POROZNOST

Poroznost materijala predstavlja stepen ispunjenja zapremine

porama i šupljinama i određuje se na osnovu poznate gustine i

zapreminske gustine

%100

dp

- gustina u kg/m3

d - zapreminska gustina u kg/m3

• Zapremina koju zauzimaju pore i šupljine u poroznom materijalu

dobija se kao razlika između ukupne zapremine i zapremine bez

pora i šupljina - apsolutne zapremine materijala

• Od poroznosti zavisi više važnih osobina materijala, kao što su

čvrstoća, upijanje vode itd

TVRDOĆA

Tvrdoća predstavlja otpor materijala prema prodiranju drugog tvrđeg

materijala - utiskivač u njega

Tvrdoća se određuje na različite načine u zavisnosti od materijala koji se

ispituje i samog načina ispitivanja – statičke i dinamičke metode

• 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

• Tvrdoća se 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 – po standardu

ČVRSTOĆA

Čvrstoća - jačina materijala je svojstvo materijala da se odupre razaranju

pod dejstvom spoljašnje sile

Prema načinu dejstva spoljne sile, zatezanja, pritiska, savijanja, smicanja i

uvijanja, razlikuju se

- zatezna čvrstoća Rm

- pritisna čvrstoća Rc

- savojna čvrstoća Rf

- čvrstoća na uvijanje m

- čvrstoća na smicanje 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 S0

MPaS

FR m

m

0

Savojna čvrstoća izračunava se iz odnosa maksimalnog momenta savijanja Mf

i otpornog momenta preseka uzorka W

MPaW

M f

f

ČVRSTOĆA – VRSTE NAPREZANJA MATERIJALA

Vrste naprezanja pri

ispitivanju materijala

1) zatezanje

2) pritisak

3) savijanje

4) uvijanje

5) smicanje

6) izvijanje

• Veliki uticaj na čvrstoću materijala ima homogenost i poroznost materijala, tj.

zapreminska gustina materijala

Sa smanjenjem poroznosti čvrstoća materijala se znatno povećava

• 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

ELASTIČNOST

• Elastičnost je osobina materijala da povrati prvobitni oblik posle prestanka

dejstva spoljašnje sile koja je izazvala deformaciju. Ovo je moguće samo onda

ako naprezanjem kojim je izazvana promena oblika nije prekoračena granica

elastičnosti

• Granica elastičnosti RE je granični napon do kojeg ne nastaju nikakve trajne

deformacije u materijalu

Dijagram istezanja mekog čelika

Postoji linearna zavisnost između sile i

trenutnog izduženja sve do tačke P - granica

proporcionalnosti

Zatim izduženje raste nešto brže do tačke E,

koja označava granicu elastičnosti

Pri daljem povećanju sile epruveta se naglo

izdužuje - za male priraštaje sila nastaju velika

izduženja. Tačke eH i eL predstavljaju gornju i

donju granicu razvlačenja - kada u

materijalu nastaju trajne-plastične deformacije

U tački M sila dostiže maksimalnu vrednost,

pa tačka M predstavlja granicu maksimuma,

kojoj odgovara maksimalna zatezna

čvrstoća. Tačka K predstavlja granicu

kidanja i njoj odgovara sila kidanja FK

Modul elastičnosti E

predstavlja odnos između naprezanja u elastičnom području i jediničnog izduženja

MPaS

FRE

0

R - naprezanje na zatezanje, MPa;

S0- površina poprečnog preseka epruvete, mm2

- jedinično izduženje, %

Modul elastičnosti definiše otpornost materijala prema deformisanju

Ukoliko je njegova vrednost veća utoliko je za isti presek epruvete potrebna veća sila da bi nastala određena deformacija

MaterijalModul elastičnosti

Materijal

Modul

elastičnosti

MPa MPa

Aluminijum 70.300 Beton 240

Bakar 112.500 Krečnjaci 11.400

Sivi liv 100.000 Laporci 4.000

Čelik 210.000 Škriljci 900

Modul elastičnosti nekih materijala

• Žilavost je osobina materijala da može podneti razaranje tek posle veće

plastične deformacije. Ova osobina materijala dolazi do izražaja kad je

materijal izložen naglom i učestalom dejstvu spoljašnje sile

• Veliki broj delova mašina i konstrukcija izložen je u toku rada udarnim-

dinamičkim opterećenjima. Takva opterećenja materijali daleko teže podnose od

mirnih-statičkih opterećenja

• Žilavost je naročito važna osobina konstrukcionih materijala. Materijali sa većom

žilavošću pokazuju veću otpornost prema razaranju-lomu u slučaju dinamičkih

opterećenja.

ŽILAVOST

Materijal se može lomiti krto ili žilavo, što zavisi od niza faktora: karaktera

naponskog stanja, brzine nanošenja opterećenja, temperature ispitivanja, uticaja

okolne sredine i dr

Pod krtim lomom podrazumeva se lom bez prisutnih plastičnih deformacija, a pod žilavim lom sa prisutnim većim plastičnim deformacijama

Žilavost loma predstavlja meru otpora nekog materijala prema razvijanju krte

prskotine u uslovima ravanske deformacije

Žilavost loma - određivanje kritičnog koeficijenta inteziteta napona Kic

Određuje se na epruvetama sa inicijalnom tzv zamornom prslinom, koje se ispituju

zatezanjem ili savijanjem na univerzalnim mašinama za ispitivanje materijala.

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

- 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 čelične konstrukcije bagera i odlagača itd

ZAMOR MATERIJALA

• Usled dugotrajnog dejstva periodično promenljivih opterećenja nastaje

postepeno razaranje materijala. Ta pojava naziva se zamor materijala, a tako

izazvan lom - lom usled zamora

• Za pojavu loma nije od odlučujućeg značaja samo visina opterećenja, već i

učestalost njegovog ponavljanja. Pri učestalom ponavljanju nekog

opterećenja mnogi mašinski delovi se lome, iako je to opterećenje znatno manje

od statičkog opterećenja potrebnog za lom

• Kao osnovu za racionalno dimenzionisanje delova izloženih promenljivim

opterećenjima, potrebno je odrediti dinamičku čvrstoću, tj. najveći napon koji

materijal može izdržati bez loma pri neograničenom broju promena opterećenja.

Ispitivanja zamaranjem pružaju mogućnost za određivanje dinamičke čvrstoće

Čvrstoća materijala pri promenljivom opterećenju zavisi od niza uticajnih

veličina: kvaliteta i stanja površine, eventualnih korozionih oštećenja, frekfencije

opterećenja, temperature, dimenzija, oblika itd

U mnogim slučajevima laboratorijska ispitivanja i inženjerski proračuni su

nedovoljni za konačnu odluku o upotrebljivosti neke konstrukcije izložene

promenljivom opterećenju, već se na samoj konstrukciji moraju izvesti

ispitivanja pod uslovima koji su što je moguće sličniji uslovima eksploatacije

HEMIJSKE OSOBINE

• Hemijske osobine materijala zavise od njihovog hemijskog sastava,

odnosno od osobina hemijskih elemenata i načina njihove pojave u vidu smeša i

spojeva od kojih se materijali sastoje

• Periodični sistem elemenata D.I. Mendeljejeva pokazuje da postoji vrlo tesna

veza među svim hemijskim elementima i da se osobina nekog elementa može u

potpunosti shvatiti jedino u vezi sa osobinama svih ostalih elemenata

Svaka perioda (osim prve) počinje sa aktivnim metalom i završava se sa

inertnim gasom

U granicama svake periode hemijske osobine elementa se postepeno menjaju

sa povećanjem mase atoma - s leva u desno, tako da metalni karakter

opada a nemetalna svojstva rastu

Sa porastom atomske mase periodično se menjaju na samo hemijski sastav

elementa, već i atomski radijus, kao i fizičke osobine elementa - gustina,

temperatura topljenja, ključanja itd

Različite osobine materijala - rezultat su karakterističnih

osobina hemijskih elemenata i njihovih jedinjenja koja ulaze u

sastav nekog materijala

TEHNOLOŠKE OSOBINE

• Tehnološke osobine materijala se zasnivaju na fizičko-

mehaničkim i hemijskim osobinama materijala

• One se odnose na karakteristične sposobnosti materijala da

se može obrađivati različitim tehnološkim postupcima, kao i

da se može suprostaviti štetnim uticajima pod specijalnim

radnim uslovima

• U tehnološke osobine spadaju:

- obradivost

- trajnost materijala- specifične tehnološke osobine pogonskih materijala itd

Obradivost materijala je sposobnost konstrukcionih materijala da se mogu

obrađivati raznim procesima obrade u prerađivačkoj industriji

Ovde podrazumevamo više tehničkih karakteristika materijala:

•Plastičnost je sposobnost pojedinih materijala da se trajno deformišu pod

uticajem spoljašnjih sila

•Kovnost je sposobnost isključivo metala i legura da se mogu plastično oblikovati

u hladnom i zagrejanom stanju, pod dinamičkim dejstvom sile ili pritiskom. Plastični

materijali su obično i kovni

•Livkost je osobina pojedinih materijala da u tečnom stanju mogu ispuniti livarski

kalup i očvrsnuti u njemu (rastopljen metal, sveža betonska masa itd.)

•Rezivost je osobina većine materijala da se mogu obraditi rezanjem pomoću

odgovarajućih alatnih mašina: struganjem, glodanjem, rendisanjem, brušenjem...

•Zavarljivost je osobina metala i pojedinih nemetala da se mogu spojiti na

odgovarajućoj temperaturi korišćenjem metalnih šipki-elektroda. Elektrode su od

istog ili približnog materijala kao i predmeti koji se zavaruju

TEHNOLOŠKE OSOBINE – OBRADIVOST

TEHNOLOŠKE OSOBINE - TRAJNOST

Trajnost ili postojanost je jedna od važnijih osobina kako konstrukcionih tako

i pogonskih materijala, kojom se označava otpor materijala prema raznim

uticajima, koji utiču na skraćenje veka trajanja materijala tj konstrukcije

Trajnost materijala je u funkciji fizičko-mehaničkih, hemijskih i drugih

štetnih uticaja

• Razaranje materijala pod hemijskim i elektrohemijskim uticajima poznato je

pod opštim nazivom korozija

• Razaranje pod čisto mehaničkim uticajima naziva habanje-abrazija

Otpornost na habanje je sposobnost materijala da se opiru habanju tj oštećenju

površine ili promeni dimenzija pod dejstvom sila trenja

Usled štetnih uticaja konstrukcioni materijali izloženi su intenzivnom

propadanju zbog njihove loše ili nikakve zaštite

Ovo je naročito karakteristično za rudarstvo zbog kompleksnosti ove

industrijske grane, velike raznolikosti upotrebljenih materijala, izuzetno

nepovoljnih radnih uslova u rudnicima sa podzemnom i površinskom eksploatacijom i dr

SPECIFIČNE OSOBINE POGONSKIH MATERIJALA

Pogonski materijali odlikuju se specifičnim tehnološkim

osobinama koje su karakteristične samo za odgovarajuće

materijale, kao npr. brzina detonacije, brizantnost radna

sposobnost i dr. kod eksploziva, zatim toplotna moć, paljivost i dr.

kod goriva, ili pH vrednost, tvrdoća kod rudničkih voda itd

Specifične osobine pogonskih materijala koji se koriste u

rudarstvu, detaljno su obrađene u udžbeniku Tehnologija

materijala u rudarstvu - Metode ispitivanja - VEŽBE

STANDARDI ZA MATERIJALE

• Za upoznavanje osobina materijala i njihovu primenu od velike važnosti je

uvođenje standarda za materijale

• Standardizacijom je postignuta unifikacija u oblasti ispitivanja i kontrole

karakteristika materijala

• Standardima se definišu:

a) karakteristike materijala

b) metode, mašine i aparati za ispitivanje osobina materijala

c) oblik, veličine, stanje isporuke, oblast primene i druge karakteristike gotovih

proizvoda

U našoj zemlji koriste se Srpski standardi ili skraćeno SRPS, koji su usaglašeni sa

međunardnim ISO standardima

Poslednjih godina se susrećemo sa velikom akcijom uvođenja

- novih internacionalnih standarda ISO 9000-9004

- evropskih standarda EURONORM EN 29000-29004

- kao i srpskih standarda SRPS ISO 9000-9004

Uvođenjem ovih standarda naša industrijska proizvodnja će se prilagoditi

novim evropskim i svetskim normama