proprietatile mecanice ale materialelor

7/24/2019 Proprietatile mecanice ale materialelor

1/6

Disciplina: Constructii Civile Industriale si AgricoleReferat: Proprietatile mecanice ale materialelor

Proprietatile reprezinta raspunsul materialelor la diferite solicitari din exterior cum ar fisolicitari mecanice, termice, chimice, la radiatii, etc.

Proprietatile sunt determinate de tipul de material (de compozitia chimica) si de structura,care sunt in stransa legatura cu modul de obtinere al acestora. Modificand compozitia chimicaa unui material si/sau parametrii tehnologici de realizare a acestuia se modifica structura siimplicit proprietatile produsului obtinut. Proprietatile pot fi sau nu uniforme in toata masamaterialului. Daca materialul are aceeasi proprietate indiferent de directie se numeste materializotrop (cu proprietati izotrope), iar daca proprietatile materialului sunt diferite, dependente dedirectie, materialul este anizotrop (are proprietati anizotrope).

Proprietatile materialelor pot fi clasificate la modul general in patru mari grupe: proprietatifizice, chimice, mecanice si tehnologice.

Proprietati fizice pot fi optice, termice, electrice, magnetice, acustice. Acestea depind atat destructura cat si de modul de procesare al materialului. Modificari minore ale compozitieichimice pot afecta drastic conductiitatea electrica in cazul semiconductorilor, expunerea latemperaturi inalte poate reduce caracteristicile de refractaritate ale ceramicelor, iar micicantitati de impuritati pot determina modificari de culoare in cazul sticlelor si polimerilor. !"aconstatat ca particularitatile retelelor cristaline influenteaza anumite caracteristici mecanice

precum ductilitatea, rezistenta la tractiune si soc.

#nele materiale ceramice si ma$oritatea polimerilor nu prezinta aran$amente atomiceordonate, fiind denumite amorfe. %omportarea acestora difera mult de cea a materialelor

cristaline. De exemplu, polietilena amorfa este transparenta in timp ce polietilena cristalinaeste translucida. !tructura cristalina nu este intotdeauna perfecta, la nielul grupelor de atomisau celule cristaline putand exista numeroase defecte.

Dintreproprietatile opticeenumeram: culoarea, luciul metalic (in cazul metalelor),opacitatea, reflexia, etc. &emperatura (de fierbere, eaporare, sublimare, topire, solidificare,etc.), capacitatea calorica, conductibilitatea termica, coeficentul de dilatare termica, caldura(caldura latenta, caldura specifica, etc), refractaritatea (rezistenta la temperaturi inalte),conductibilitatea termica, etc. sunt unele din cele mai intalniteproprietatitermice. Dintreproprietati electriceenumeram: conductiitatea electrica, rezistiitatea,constanta piezoelectrica, constanta dielectrica, etc. %ele mai intalniteproprietati

magneticesunt: magnetismul (proprietatea materialelor de a permite trecerea liniilor de campmagnetic) , h'sterezisul magnetic, permeabilitatea magnetica. Dupa magnetism materialele sepot imparti in materiale paramgnetice, feromagnetice sau magnetice. Absortia acustica, itezasunetului fac parte din proprietatile acustice.

Proprietatile chimice se refera, in special, la capacitatea materialului de a reactiona sau de arezista atacului fata de medii corozie, oxidante, reactie. xista o mare dieristate de

proprietati chimice intalnite si studiate in special la disciplinele de chimie, dintre acestea, inederea caracterizarii unui material intalnim:compozitia chimica, rezisitenta la agenti chimici(la coroziune), p"ul, concentratia, reactiitatea, afinitate pentru oxigen, solubilitatea,

potentialul de electrod, stabilitatea chimica, tensiunea superficiala, etc.

Proprietati mecanicene arata modul in care materialele se comporta sub actiunea fortelorexterioare la care sunt supuse in ederea testarii in diferite etape ale procesului

2


2/6


tehnologic, cat si pe timpul exploatarii. Acestea sunt: rezistenta la rupere, rezistenta lacurgere, modul de elasticitate, densitatea, duritatea, plasticitatea/ductilitatea, rigiditatea,tenacitatea, fragilitatea, rezistenta la oboseala, etc.

Proprietatile tehnologice arata modul de comportare la diferite metode de prelucrare: prin

deformare plastica (for$abilitatea), prin turnare (turnabilitatea), prin sudare (sudabilitatea),prin prelucrare mecanica (aschiabilitatea), prin tratament termic (calibilitatea), iradiere, etc.

Proprietatile materialelor pot fi o constanta sau pot fi dependente de una sau mai multeariabile independente, cum ar fi de exemplu de temperatura. %um temperatura este

parametrul principal ce implica modificarea structurii, proprietatile materialelor suntclasificate si dupa dependenta sau independenta de structura materialui.

*n continuare om incerca detalierea si caracterizarea proprietatilor mecanice ale materialelor.

Proprietatile mecanice caracterizeaza raspunsul unor esantioane de material cu forme si

dimensiuni standardizate (epruete) la solicitarile simple+ unei proprietati mecanice ii esteasociata intotdeauna o aloare numerica.

. Comportarea materialelor la actiunea solicitarilor mecanice

Dupa comportarea la solicitari mecanice, materialele solide se clasifica in trei categorii:

o materiale elasto-fragile:prezinta ruperi casante si pot fi complet fragile (ideal fragilesi real fragile). -onta, diamantul, materialele ceramice etc. sunt ideal fragile, iarclorura de sodium, zincul, fluorura de calciu sunt materiale real fragile.

o

materiale elasto-viscoase:se caracterizeaza prin deformatii elastice de alori micicorespunzatoare tensiunii normale aplicate.o materiale elasto-plastice:sunt ductile si tenace. !ub actiunea tensiunilor mecanice

mici ele prezinta numai deformatii elastice, iar la depasirea limitei de elasticitate orapare deformatii plastice care or precede ruperea.

Tensiunea ()se defineste ca raportul dintre forta si suprafata, astfel : - / !, unde - estein 0, iar ! in m1, deci se masoara in 0/m1.

Deformatia () sau elongatiase defineste ca raportul dintre diferenta (l"l2) si l2 conformrelatiei: 3 ( l 4 l2 ) / l2 si se masoara in m/m + uneori, in industrie, se foloseste si termenul de

deformatie procentuala sau procenta$ de alungire, care se calculeaza astfel : 5 3 3 x 22 5alungire

Coeficientul lui Poisson ()se defineste ca raportul dintre deformatia laterala si deformatialongitudinala, conform relatiei : 6 3 lateral / 3 longitudinal+ Pentru materialele ideale acestcoeficient este de 6 2,7 dar pentru materialele reale coeficientul lui Poisson ariaza intre2,17 si 2,8.

Modulul de elasticitate (E) sau modulul lui oungse defineste ca raportul dintre tensiune() si deformatie (3) conform legii lui oo9 : x 3 , deci / 3 +

Tenacitatea se exprima prin lucrul mecanic consumat pana la rupere, reprezentat de ariasuprafetei de sub curba f(3): ; d3

3


3/6


Modulul de tenacitate (T)reprezinta tenacitatea aferenta unitatii de olum a materialului. !epoate calcula pe baza relatiei: & (c 4 r) x 3r / 1 sau & 1/< x r x 3r unde : c 4 limita decurgere+ r 4 tensiunea de rupere+ 3r 4 deformatia specifica la rupere+

!" Deformatii elastice

Deformatiile elastice sunt reersibile si instantanee, deoarece sub actiunea solicitarilormecanice asupra unui corp perfect elastic, corpul se deformeaza instantaneu, iar dupaincetarea solicitarii deformatia se anuleaza instantaneu. %omportarea elastica a unui materialeste descrisa de modulul de elasticitate (E) si elongatie al materialelor care depinde detemperatura.

#" Deformatii anelastice

Deformatiile anelastice sunt reersibile si dependente de timp, ele au loc in toate materialele,dar proportia acestora in raport cu deformatia totala este mica.

$" Deformatii plastice

Deformatiile plastice se produc in solidele cristaline prin alunecare si maclare.Alunecarea se realizeaza prin deplasarea unor regiuni din cristal una peste cealalta, la nielulunor anumite plane si directii cristalografice. Planele de alunecare impreuna cu directiile dealunecare specifice formeaza sistemele de alunecare. Datorita alunecarii, pe suprafatacristalului apar praguri care se pot obsera la microscop sub forma unor linii de alunecare.Maclarea se realizeaza prin schimbarea orientarii unei parti din cristal in raport cu restulcristalului. Prin maclare se or realiza deplasari de atomi in asa fel incit in cristal sa seformeze doua sau mai multe retele simetrice una in raport cu alta la nielul planului demaclare.Plasticitatea este o proprietate caracteristica metalelor, iar materialele cu structura coalentanu manifesta plasticitate.

%" &e'istanta mecanica si ruperea materialelor

=uperea materialelor ideal"fragile este casanta si nu este precedata de deformatii plastice. aare loc dupa suprafete normale pe directia solicitarii. =ezistenta la tractiune a acestormateriale este cu atat mai mare cu cat gradul de finisare al suprafetei este mai ridicat,compactitate mai mare si granulatie mai fina.

Procesul de rupere cuprinde doua etape :o germinarea microfisurilor determinate de tensiunile tangentiale+

o dezoltarea microfisurilor nucleate in macrofisuri prin propagare determinate detensiunile normale+

&emperatura influenteaza comportarea la rupere a materialelor prin aparitia tranzitiei ductil /fragil.

" &e'istenta la ooseala

Materialele asupra carora actioneaza forte ariabile in timp ca marime si sens au o rezistenta

la rupere mai mica decat in cazul unor solicitari constante. -ortele care produc ruperea laoboseala au un caracter ciclic (oscilant sau alternant).

4


4/6


Durata de iata la oboseala (anduranta) este perioada de timp pana la aparitia primei fisuri siinclude timpul de formare a microfisurii si de propagare a ei.=ezistenta sau limita la oboseala se defineste ca fiind efortul maxim care poate fi aplicatrepetat de un numar infinit de cicluri, fara a se produce ruperea materialului. imita derezistenta la oboseala reprezinta efortul maxim ce poate fi aplicat repetat de un numar mare de

cicluri fara a se produce ruperea materialului.xista materiale care prezita limita la oboseala precizata, dar si materiale fara limita deoboseala.

*" &e'ilienta

=ezilienta caracterizeaza rezistenta la soc a materialelor si reprezinta lucrul mecanic (m)consumat pentru rupera unui material, raportat la sectiunea transersala a acestuia (!): + ,m . /+Materialele nemetalice prezinta o rezilienta foarte redusa, in schimb metalele au rezilientamare.

0" Duritatea

Duritatea poate fi definita prin rezistenta opusa de material asupra actiunii de patrundere aunui corp mai dur din exterior. Materialele solide cristaline cu retea atomica, datoritalegaturilor coalente, au duritate mare. %ristalele ionice si metalele sunt mai putin dure, iarmaterialele cu retele moleculare au duritate foarte mica ca urmare a legaturilor fizice slabeintre molecule.Duritatea materialelor este ealuata cu a$utorul unor scari de duritate, dintre care cea maiutilizata este scara Mohs 4 criteriul zgirierii (etalonata de la la 2, fiecarui grad de duritate iicorespunde un mineral etalon).

a) metoda Tula-Rosiwal are ca principiu rezistenta la uzura prin slefuire, iar gradele deduritate se stabilesc in raport cu cea a corindonului, egala cu 222. Astfel duritateatalcului este 2,2< iar duritatea diamantului este 82222.

) metodaBrinell se determina facand raportul intre sarcina aplicata (-) un anumit timpsi suprafata calotei sferice (!) a urmei remanente dupa indepartarea penetratorului+ > - / ! ?da0/mm


5/6


permabilitate magnetica sau alte caracteristici electromagnetice, considerandu"le pe acesteacele mai importante. *nginerul chimist se concentreaza asupra caracteristicilor specifice,

precum: forta electromotoare, rezistenta la oxidare, reactiitatea chimica.

Aceste proprietati si multe altele sunt asadar specifice materialelor si nu este posibil sa

eidentiem pe unele ca fiind cele mai importante fara a asocia domeniul specific de utilizareal materialului respecti.

6


6/6


4iliografie:

Cecheru h., Draghici h., lemente de stiinte si ingineria materialelor, ol. Ei 1,

ditura *F si ditura #niersitatii din Ploiesti, 122 %olan . s.a., !tudiul metalelor, ditura Didactica si Pedagogica, >ucuresti, GH< Protopopescu ., Metalografie si tratamente termice, ditura Didactica si Pedagogica,

>ucuresti, GH< =asee D., >azele tehnologiei tratamentelor termice, *.P.. Ploiesti, GII Cecheru h., &ehnologia materialelor, Partea * si **, *.P.. Ploiesti, GHI !urdeanu &, Pernes M, Piese sinterizate din pulberi metalice, ditura &ehnica,

>ucuresti, GH8

7

proprietatile mecanice ale materialelor

Documents