5. Izbor materijala

UNIVERZITET U ISTONOM SARAJEVU MAINSKI FAKULTET ISTONO SARAJEVO

MAINSKI MATERIJALI 2

DOC.DR. SLAVIA MOLJEVI

Mainski materijali

IZBOR MATERIJALA

PREDAVANJE 5

Mainski materijali 2 doc.dr Slavia Moljevi

VANOST TEHNIKIH MATERIJALA DANAS

Razmatranje i analiza strukture ugraenih materijala u automobil, avion, brod ili amac, bicikl, bilo koji kuni aparat, igraku, sportsku spravu nekad i danas, pokazuju da su oni sastavljeni od bitno drugaijih vrsta materijala.

Dananje konstrukcije su lake, trajnije, pouzdanije jeftinije i ljepe od slinih nekad.Broj, raznovrsnost i koliine materijala u stalnom su porastu. Danas se procenjuje da raspolaemo s oko 70 000 vrsta tehnikih materijala. U posljednjih 50-tak godina u upotrebu je ulo vie novih materijala nego u svim prethodnim vjekovima! Na alost civilizacije, a na dobrobit tehnike, vei deo novih materijala proizaao je iz vojnoindustrijskog kompleksa. Materijali na bazi gvoa postiu zasienje u proizvodnji i potronji, a istovremeno raste udeo primjene aluminijumskih, titanovih, magnezijskih, i drugih legura, polimernih i keramikih i posebno kompozitnih materijala. Danas se raznovrsnost svojstava ostvaruje kombinacijom materijala specifinih svojstava ime se postiu unaprijed odreene funkcije.


Neki proizvodi nekad i danasUsisiva nekad i danas

- 1900 - drvo, platno, koa, guma -50 w - 10 kg - 150 funti

-

1935 meki elik 300 w 6 kg 60 funti

-

1990 ABS, PP 800 w 4 kg 35 funt i

i

2005 Polimeri, kompoziti 1600 w 25 funt


Danas: Robot smart usisiva


Primjer razvoja bicikla; a) od drveta, c) od polimernog kompozita

b) metalni (elini, aluminijumski, od titana),

razvoja pegle Mainski materijali 2 doc.dr Slavia Moljevi


oko 1903. -braa Rajt,

razvoja aviona kroz istoriju; tokom I svetskog rata

tokom II svetskog rata

2008. godine Boing 787



U drugoj polovini XX vjeka izraeno je smanjenje proizvodnje metalnih materijala. Ova stagnacija se objanjava sledeim injenicama:

razvijena je snana motivacija za tedljivokoritenje materijala i energije, na svim podrujima, trite roba je sve vie zasieno (npr. teka vozila), tehniki razvoj omoguuje ugradnju manjih koliina materijala uz jednaku nosivost i pouzdanost konstrukcija, sve vee koliine recikliranih materijala smanjuju potrebe za proizvodnjom primarnih poluproizvoda. Neke prognoze govore o tome da nastupa era intenzivne proizvodnje i koritenja polimernih materijala, a tek krajem vijeka treba raunati s veom primjenom sada novih materijala -npr. kompozitnih i keramikih.

Kriva rasta proizvodnje i upotrebe materijala


ODLUIVANJE O MATERIJALIMA PRI KONSTRUISANJUPrimaran zadatak svake proizvodnje je proizvesti kvalitetnije uz to bolja korisna svojstva, ljepi izgled i niu cijenu. Navedeno je mogue postii unapreenjem proizvodnih postupaka izrade i konstrukcijskih rjeenja ali i pravilnim izborom materijala. Povezanost konstrukcijskog oblikovanja, izbora materijala i naina proizvodnjeUslovi rada funkcija

trite

materijal

Oblik i dimenzija

l

Proizvodni proces

Proizvodna ogranienja i uslovi izrade i montae


Izbor materijala izvodi se najprije pri konstruisanju proizvoda, a rjee tokom izrade ili nabavke kada je to rezultat nepredvidivih kasnijih izmena u konstrukcijsko -tehnolokoj dokumentaciji ili radi pogrenih odluka u konstrukciji. Proces razvoja proizvoda i izbora materijala odreuju etiri osnovne grupe faktora:1.Tehnikifunkcijski i eksploatacijski zahtjevi kao i svojstva proizvoda, proizvodna svojstva, energetska svojstva, standardizacijska svojstva 2.Ekonomskitrokovi razvoja i proizvodnje, cijena proizvoda, investicijski trokovi, produktivnost i rentabilnost, mogunosti kooperacije, zemlje prodaje i dr. 3.Drutveni, humanipotrebe ovjeka i drutva, ergonomska svojstva, mogunost recikliranja i uticaj na okolinu, kulturoloka (estetska) i informacijska svojstva i dr. 4.Pravni norme, zakoni, propisi, zatita izuma, patenta, modela, postupka proizvodnje (know how (znati kako) i know why (znati ko)) i dr.

Analizom navedenih faktora u konkretnoj situaciji izvode se kriteriji vrednovanja konstrukcijskog rjeenja.Mainski materijali 2 doc.dr Slavia Moljevi

Postupak razvoja proizvoda moe se podjeliti u nekoliko karakteristinih loginih faza, iako je cijeli proces rada nuno iterativan:

predstudija -koncipiranje, projektovanje i razrada varijanti reenja, konstrukcijska i tehnoloka razrada izabranih varijanti.Materijali se biraju u svakoj od navedenih faza, ali unutar razliite veliine skupa materijala i s razliitim stepenom preciznosti rezultata.


Predstudija ili koncipiranje je karakteristina najprije za razvoj novog

proizvoda. U fazi koncepta obino se trai nekoliko istaknutih svojstava invarijantni zahtjevi zasnovani na ispunjenju traene funkcije (npr. provodnik ili izolator, magnetian ili nemagnetian, mala masa i sl.), a u obzir dolazi velik broj grupa i vrsta materijala. Ovde se utvruju prva ogranienja kao npr.: radna temperatura, agresivni mediji, vrsta spoljanjeg optereenja, grubi oblik, dimenzije, izgled i sl. i mogue grupe materijala za dalju razradu varijanti.Pri projektovanju i razradi varijanti reenja potrebne su to obuhvatnije informacije o svojstvima materijala koje nalazimo u katalozima i bazama podataka. Svakoj se varijanti rjeenja pridruuju odreeni materijali, a varijante podleu vrednovanju prema unaprijed definisanim kriterijumima. Ovde se moe smanjiti koliina ugraenog materijala i broj ugraenih dijelova, smanjiti zalihe, razviti proizvode koji zahtijevaju manje energije ili poveati pouzdanost proizvoda. U ove mogunosti takoe spada i filozofija konstruisanja s obzirom na zahtjev reciklinosti i obnovljivosti eksploatisanog proizvoda.


Za konstrukcijsku i tehnoloku razradu bi trebalo da ostanu samo nekolikomaterijala -najee jedan osnovni i jedna ili dvije zamjene. Sada konstruktor i tehnolog moraju napraviti konaan izbor s obzirom na predvidivo ponaanje materijala u proizvodnji i upotrebi. Ovde mora biti definisan: proizvoa (dobavlja) materijala,

oblik, dimenzije, koliine, mogunost isporuke i ukupni trokovi materijala i proizvodnje.Za konane konstrukcijske proraune, razradu tehnolokog procesa i kalkulacije trokova nuno je poznavati to tanije vrijednosti svojstava materijala, jer se one, za jednu te istu vrstu materijala, razlikuju od proizvoaa do proizvoaa. Za kritine delove i sklopove ponekad je potrebno dodatno ispitati neka od vanih svojstava, ili laboratorijskim ispitivanjima simulirati uslove rada na prototipu. Mainski materijali 2 doc.dr Slavia Moljevi

Zamjena materijala za postojei proizvodPremda je izbor materijala uglavnom vezan uz konstruisanje (razvoj) proizvoda, postoje i mnogi drugi razlozi za preispitivanjem vrste primenjenog materijala i naina proizvodnje, a sve u svrhu ponovne izrade i poboljanja ve usvojenog proizvoda: Pojava novih materijala, Poboljanje karakteristika proizvoda, Nezadovoljavajue ponaanje u proizvodnji, Promjenjeni uslovi rada u upotrebi, Kvarovi u upotrebi uzrokovani materijalom -deformacije, lomovi, troenje ili korozija, Pojava novih zakona, standarda, propisa i upustava, Oteana nabavka definisanog materijala, Smanjenje trokova proizvoda te postiznje bolje konkurentnosti.


METODE ODLUIVANJA I OPTIMIZACIJE

Nain na koji se bira pogodan materijal najpre zavisi od broja i vanosti postavljenih zahtijeva i kriterijuma. U sluaju malog broja zahtijeva velike vanosti teite je na kvalitativnoj i kvantitativnoj analizi svojstava i ponaanja manjeg broja materijala koji dolaze u ui izbor, putem informisanja ili iskustva. Primjena kvantitativnih metoda odluivanja dolazi u obzir najprije kod velikog broja traenih svojstava, jer je za oekivati relativno velik broj prihvatljivih materijala.Kod svih naina odluivanja se uporeuju traene i postojee vrijednosti svojstava materijala. Prema sloenosti, ali i po redosledu odluivanja razlikujemo tri naina poreenja: zadovoljenje neke minimalne ili maksimalne traene vrijednosti, ili eliminacija preko poetnih zahtijeva -uglavnom se odnosi na invarijantne zahtjeve; prekrivanje polja tolerisnih vrednosti zahtijeva; minimiziranja ili maksimiziranja vrijednosti unaprijed definisane funkcije cilja ili tzv. parametra vrednovanja.


RAUNARSKA PODRKA ODLUIVANJU O MATERIJALIMA

Razvoj kompjuterskih sistema, sve vei broj materijala i njihovih karakteristika, tenja ka brem i pouzdanijem traenju informacija, tenja s objektivnijim i cjelovitijim poreenjima, sve prisutnija potreba za modeliranjem i simulacijama upuuju na koritenje raunarskih sistema koji obrauju, uvaju i procesiraju informacije o materijalima. Pri traenju vrijednosti o svojstvima korisne su bibliografske i faktografske baze podataka o materijalima, a za odluivanje CAMS (Computer Aided Materials Selection) i ekspertni sistemi (ES). Naredna slika prikazuje koncepcijsku arhitekturu CAMS sistema koji je u stanju da komunicira s konstrukcijskim timom i njegovim specifinim programskim modulima. U osnovi, svaki takav sistem sadri tri jako integrisana dela: bazu podataka, bazu znanja kao i module za odluivanje, modeliranje i analize.


Baza podataka za materijale CADFORM sistema za projektovanje


Baze znanja sadre pravila za izbor materijala, pravila konstruisanja,

ogranienja, objekte, taksonomiju i nauena znanja iz rjeenih sluajeva. Osnova fizikih modela u bazama znanja su formule (npr. za raunanje kritine veliine pukotine iz poznate granice teenja i lomne ilavosti, ili raunanje statike izdrljivosti za odreenu temperaturu, faktori koncentracije naprezanja, uticaji proizvodnih faktora na dinamiku izdrljivost i sl., pravila za proizvodnju itd. ) Nadalje to su tzv. if then ako tada pravila za predizbor materijala, kao npr.: AKO je traena visoka granica razvlaenja i visoka lomna ilavost TADA treba analizirati primenu elika MARAGING AKO je visoka radna temperatura i traena niska toplotna provodnost TADA je pogodan keramiki toplotni zatitni sloj AKO su zahtijevi: visoka otpornost troenju, nizak faktor trenja i visoka tanost dimenzija TADA u obzir dolazi PVD (Physical Vapour Deposition) postupak modifikovanja povrine Moduli za odluivanje sadre parametre i funkcije cilja (vrednovanja) kao i ekspertna pravila. Kod zamjene postojeeg materijala pitanje moe npr. biti: nai elik ija je vrstoa via od postojee, ali da je jeftiniji tako da sadri manji sadraj Cr i Ni.


INFORMACIJSKI, CAMS I EKSPERTNI SISTEMI U PODRUJU MATERIJALA Broj novih informacija o materijalima iz dana u dan je sve vei. Istraivai, inenjeri razliitih struka -projektanti, konstruktori, tehnolozi kao i strunjaci koji odravaju opremu, sve se tee snalaze u umi tih podataka i informacija uz pomo klasinih pomagala -prirunika, kataloga proizvoaa, normi, asopisa i knjiga. Danas je uobiajeno da se rezultati istraivanja i ispitivanja materijala brzo prenose do korisnika pomou savremenih informacijskih i komunikacijskih sistema. Poslednjih 20-tak godina podaci i informacije o svojstvima i primjeni materijala sistemski se prikupljaju iz razliitih izvora, vrjednuju i uvaju u bazama podataka i bazama znanja. Ovako objedinjene i sreene informacije dostupne su preko: bibliografskih informacijskih sistema javnih servisa (podaci iz asopisa, knjiga, izvjetaja i slinih izvora), numerikih i numeriko tekstualnih tzv. faktografskih baza podataka i informacijskih sistema, sistema za podrku odluivanju kao to je izmeu ostalih i CAMS (Computer Aided Materials Selection Izbor materijala pomou raunara), ekspertnih sistema za ispitivanje, kontrolu i izbor materijala.


Izvori za baze podataka o materijalima


Oblici baza podataka

Faktografski sistemi razlikuju se: prema grupi ili vrsti materijala, ili prema svojstvima i karakteristikama, ili pak prema podrujima primene materijala. Mainski materijali 2 doc.dr Slavia Moljevi

Ako za donoenje odluka nisu dovoljni samo podaci, nego su potrebni iskustvo i specifina znanja, primjenjuju se metode vjetake inteligencije ugraene u ekspertne sisteme. Takvi sistemi tee davanju ekspertnih savjeta i odluka pa se u njima nalaze skupovi tzv. proizvodnih pravila koja ine "mehanizam odluivanja". Putem pravila reprezentuju se znanje na razliitim nivoima -od preslikavanja zahteva u svojstva materijala, preko korelacije izmeu svojstava, pa do preporuka o prikladnim materijalima. Pomou pravila ubrzava se proces zakljuivanja i donoenja odluka u odnosu na klasina pretraivanja i uporeivanja svojstava. Jezgro ES ine baza podataka i baza znanja. Pri razvoju ES osnovni problem je pronalaenje eksperata koji mogu prikladno da prezentiraju potrebno znanje i postupak odluivanja, kao i tzv. "inenjera znanja" iji je zadatak da prikupe sistematizuju i oblikuju ekspertno znanje i postupke i to prenesu u raunar.

Ekspertni sistemi (ES)


U proizvodno - poslovnim procesima, poredano prema vanosti i sloenosti odluivanja, razlikujemo tri nivoa gde su potrebne informacije o materijalima: a) pri donoenju poslovnih odluka koje su vezane uz materijale zalihe, potronja (koliinski i vrijednosni pokazatelji), ulaz u nove proizvodne programe ili poboljanja postojeih, saznanja o boljim ili novim materijalima; b) pri razvoju proizvoda i proizvodnje: izbor materijala i/ili uz njih vezanih tehnolokih postupaka; razrada tehnolokih postupaka; provjera nosivosti, sigurnosti i trajnosti konstrukcija, primjenjujui podatke o svojstvima materijala; kontrola kvaliteta materijala i proizvoda; interna normizacija i tipizacija materijala; c) za upravljanje materijalom u proizvodnom procesu praenje raspoloivosti i nabavljivosti; skupljanje i obrada rezultata vlastitih ispitivanja i praenja materijala; obrada povratnih informacija o ponaanju materijala u upotrebi (lomovi, istroenja i druga opaanja); praenje stanja i fizikih tokova materijala ukljuujui zalihe, potronju, iskoristivost (otpad). Mainski materijali 2 doc.dr Slavia Moljevi

KVANTITATIVNA KARAKTERIZACIJA SVOJSTAVA MATERIJALA Tenja ka kvantifikaciji svojstava tehnikih materijala posledica je potrebe za razvojem na naunim osnovama. Ako postoje brojani pokazatelji, izbor optimalnog materijala bie laki i objektivnije, kao i predvianje ponaanja materijala tokom preoblikovanja i upotrebe. Svaka vrsta materijala moe biti opisana sa preko 200 osnovnih svojstava, pa uz oko 70 000 postojeih tehnikih materijala, i njihovo stalno umnoavanje, raste koliina brojanih pokazatelja. U prikupljanju i prezentaciji ekspertnih znanja o materijalima pojavljuju se i iskustveni iskazi -procjene, tekstualni opisi sa logikim odnosima izmeu svojstava. U koritenju se, svakom postojeem ili novo dobijenom podatku moe pridruiti: a) izvor i relevantnost; b) oblik prikazivanja vrijednosti -pojedinana brojana veliina, funkcija, statistika ili empirijska zakonitost (grafiki ili numeriki), slikovni prikaz (npr. mikrostrukture), procjena i ocjena; c) upotrebljivost -kao ista informacija o materijalu, za izbor materijala ili za proraune.


MJESTA GENERISANJA PODATAKA O SVOJSTVIMA I KARAKTERISTIKAMA MATERIJALA Mogui fond podataka i znanja o svojstvima rezultat je ispitivanja i praenja materijala i proizvoda tokom njegovog dobijanja i preoblikovanja, razdvajanja, povezivanja, termike obrade ili u upotrebi. Tako se razlikuju: 1.podaci o sastavu (kvalitativnom, kvantitativnom, faznom) materijala; 2.podaci o strukturi materijala; 3.podaci dobijeni normiranim -propisanim ispitivanjima epruveta i drugih uzoraka; 4.podaci dobijeni dogovorenim ispitivanjima epruveta i uzoraka; 5.podaci i pokazatelji za svojstva dobijeni ispitivanjima modela i prototipa proizvoda; 6.podaci i pokazatelji dobijeni praenjem, tokom prerade, materijala u gotov oblik; 7.pokazatelji i podaci dobijeni ispitivanjima i praenjem proizvoda u upotrebi (eksploataciji); 8.pokazatelji dobijeni praenjem u toku regeneracije ili recikliranja materijala.


VRSTE POSTUPAKA ZA UTVRIVANJE SVOJSTAVA I PONAANJA MATERIJALA

Jedna od moguih klasifikacija ispitivanja relevantnih svojstava i karakteristika je1.UTVRIVANJE HEMIJSKOG SASTAVA STRUKTURE Hemijski sastav -hemijska struktura -mikrostrukturne karakteristike 2. UTVRIVANJE FIZIKIH SVOJSTAVA Elektrina, Magnetna Toplotna, termodinamika Optika Akustika Radijacijska 3. UTVRIVANJE OTPORNOSTI HEMIJSKIM, FIZIKIM I BIOLOKIM UTICAJIMA Medijima, materijama u dodiru ivim organizmima -bioloka otpornost UV zraenju


4. UTVRIVANJE MEHANIKIH SVOJSTAVA Statiko optereenje Dinamiko promenjivo optereenje Udarno optereenje Puzanje i relaksacija Opte karakteristike elastinosti Sloena optereenja 5. UTVRIVANJE OTPORNOSTI HABANJA -TRIBOLOKIH SVOJSTAVA Otpornost abraziji Otpornost adheziji Otpornost zamoru povrine Otpornost tribohemijskom troenju Ostalih tribolokih svojstava


6. KARAKTERIZACIJA PONAANJA U EKSPLOATACIJI Karakteristike lomova Karakteristike istroenja Karakteristike korozijskog dotrajavanja Otrovnost, unitivost 7. UTVRIVANJE PROIZVODNIH (TEHNOLOKIH) SVOJSTAVA Livljivost, Kovnost -gnjeivost -deformabilnost Obradivost Zavarivost Lijepljivost Mogunost zatite povrine Termika obradivost


PRIKAZI DIJAGRAMIMA, SLIKAMA I FUNKCIJAMA Najee su prisutni, ali i najtei za raunarsku obradu podataka, premda daju najvie informacija o materijalu. Zbog veeg broja podataka i informacija govori se o vieznanoj karakterizaciji. Tipini sluajevi takvog prikazivanja jesu: dijagrami "naprezanje - deformacija", dijagrami puzanja, prikazi habanja i korozije u vremenu itd. Slike mikrostruktura sadre takoe niz vrijednih informacija o svojstvima materijala i mogu se savremenim metodama prevesti u kvantificirani oblik -npr. analizom slike. Danas je ve uobiajeno i tzv. parametarsko kvantificiranje zavisnosti pojedinih svojstava od temperature, pritiska, trajanja optereenja i drugih uticaja. Takav oblik karakterizacije ponaanja materijala olakava i uvanje funkcija u bazama podataka.


METODE IZBORA MATERIJALA

METODA "CIJENA JEDINICE SVOJSTAVA

Razmatra se jedno ili nekoliko primarno vanih svojstava u kombinaciji sa cijenom odnosno trokovima materijala ili proizvoda. To ovu metodu ini dosta jednostavnom, no bitno je uoiti kada i u kojim sluajevima je ona primjenjiva. Najbitnije je utvrditi relevantno svojstvo koje proizilazi iz prouavanja uslova primjene i ostalih zahtijeva prema materijalu.


METODA TEINSKIH SVOJSTAVA

U sluajevima kada treba ocijeniti vie svojstava moe se primjeniti metoda teinskih svojstava, jer prethodno opisana metoda nije pogodna. Razmatramo svojstva koja su nam bitna za posmatrani sluaj, mnoimo njihovu brojnu vrednost sa odgovarajuim teinskim faktorom. Sabiranjem pojedinih teinskih svojstava dobija se indeks radne karakteristike koji kasnije slui kao uporedni pokazatelj. Materijal sa najveim indeksom radne karakteristike smatra se optimalnim za definisane uslove.U sluaju kada je najnia vrijednost svojstva najbolja, izraz za skaliranu vrednost S bie:

S = minimum vrijednosti u listi / numerika vrijednost svojstavadok u sluajevima kada se od svojstva trai maksimum vrednosti raunamo prema izrazu:

S= numerika vrednost svojstva / maksimalna vrednosti u listi


METODA GRANINIH VRIJEDNOSTIU ovoj metodi osnovni je zadatak preslikavanje zahtijeva na radne karakteristike u granine vrednosti svojstava materijala koje moemo svrstati u tri kategorije: donja granina vrijednost svojstva, gornja granina vrijednost svojstva, ciljana vrijednost svojstva.Da li emo na neko svojstvo postaviti donju ili gornju graninu vrijednost (tj. minimum ili maksimum) zavisi o usmjerenosti zahtijeva. Tako npr., ako se trai otporan, ali lak materijal, postavljamo donju granicu za vrstou i gornju za gustinu. Na taj se nain mogu eliminisati svi nepogodni materijali iz baze podataka; dakle, oni koji izlaze iz postavljenih granica, a ostale ukljuiti u konano poreenje. Zbog toga se metoda graninih vrednosti svojstava obino primenjuje za optimizaciju materijala i procesa kada je broj moguih varijanti relativno veliki.


METODA NAJMANJIH ODSTUPANJA SVOJSTAVA OD TRAENIH Algebarski pristup Geometrijski pristup

Materijali se uporeuju na osnovu apsolutne vrijednosti sume odstupanja svojstava od traenih (zahtIjevanih). "Idealan" materijal za odreene uslove moe se prikazati u obliku poligona sa razliitim svojstvima ucrtanim uzdu radijusa, od centra do svakog ugla. Vrijednosti za zahtjevana svojstva su duine radijusa i oznaene su sa Y1, Y2, Y3, ..., Yn

Uporeivanje poligona vrijednosti svojstava materijala i poligona zahtjevanih vrijednosti svojstava


RASPOLOIVOST I CIJENA KAO KRITERIJUMI IZBORA MATERIJALA Bez obzira na tehniku pogodnost materijala da ispuni odreene kombinacije funkcionalnih, tehnolokih ili upotrebnih svojstava, ako materijal nije raspoloiv u traenom obliku, stanju, dimenzijama, koliini, roku nabavke i cijeni, izbor nije uspeno obavljen. Upravo zbog tih injenica kriterijum raspoloivosti i nabavljivosti esto je osnovno ogranienje u primeni materijala. Od konstruktora i tehnologa se sve vie trai da ve pri specifikaciji materijala misle i na to da li je materijal raspoloiv i pod kojim uslovima dobavljiv. Pravovremene informacije o nabavljivosti mogu eliminisati nepotrebne izmene u kasnijim fazama osiguranja materijala za proizvodnju. Strunjaci koji se bave nabavkom materijala, po pravilu, nisu osposobljeni da promene odluku konstruktora ili tehnologa i umesto teko nabavljivog ili skupog materijala narue alternativni, tehniki jednako prihvatljiv. Zbog toga je korisno da se u dokumentaciji specificira jedna ili dve alternative osnovnoj vrsti materijala.


Cijena materijala dio je kriterijuma ekonominosti na osnovu kojeg se izvodi predizbor materijala, a tokom ili nakon konstrukcijskog i tehnolokog oblikovanja izraunavaju trokovi izrade proizvoda. Osnovna cijena materijala kao i trokovi koji nastaju primenom odreene vrste, u odnosu na drugu alternativnu vrstu, uz tehnike kriterijume odreuju konkurentnost proizvoda na tritu. Udio cijene materijala u cijeni proizvoda kree se od 20 do 80 %, zavisno od tipa proizvoda i primjenjenim tehnologijama. Za tipine mainske konstrukcije, gdje se koriste klasine tehnologije oblikovanja -livenje, obrada odvajanjem estica, kovanje i sl. taj se udeo kree od 50 do 80 %. Oito je da osnovna nabavna cijena materijala ini samo deo ukupne cijene, odnosno trokova uzrokovanih materijalom. esto se upravo indirektni trokovi vezani uz odreeni materijal ne uraunavaju u konanu cijenu proizvoda. Konano ugraenim materijalom odreeni su i trokovi u eksploataciji -zbog lomova, habanja ili redovne zamjene. Udeo materijalnih trokova u odravanju iznosi oko 60 %. To znai da kvalitet prvobitno izabranog materijala odreuje kolika e se jo koliina morati ugraditi u ukupnom ivotnom vijeku proizvoda.


Cijena materijala je u osnovi funkcija tri grupe faktora: tehnikih karakteristika materijala, trinih i drutvenih uslova.

Tehnike karakteristike: uticaj vrste materijala preko hemijskog sastava, uticaj stanja -vrue valjano, hladno vueno, liveno, kovano, sinterovano... uticaj oblika i dimenzija -okrugla ipka, kvadratna ipka, cijev, lim, ica, sloeni profili... uticaj stanja povrine.Trini uslovi: specifini zahtevi kupca odnosno korisnika materijala, nabavna koliina, uslovi nabavke... Drutveni uslovi: uvozni ili domai, strateki, deficitarni materijal...


Indeks cijene predstavlja relativni odnos cijene nekog materijala u odnosu na cijenu najjeftinijeg, uz jednak oblik, stanje i pribline dimenzije.Posebno je pogodan za inenjersku praksu i za uporeivanje materijala, jer odraava odnos tehnikih cijena, a uz to bi vremenski trebao biti gotovo nepromjenjiv.

Cena jedinice svojstva Apsolutni iznos cijene ili indeks cijene dijeli se s vrijednou odreenog svojstva ili kombinacije svojstava materijala. Tako moemo definisati "cijenu vrstoe" ili "cijenu krutosti" ili "cijenu prokaljivosti" itd. Ovaj ekonomsko -tehniki pokazatelj esto se koristi kao sloen kriterijum za uporedjivanje razliitih grupa ili vrsta materijala.


Naelno tehniki materijali se klasificiraju u dvije osnovne kategorije u zavisnosti od njihove cijene. U prvoj grupi nalaze se one vrste koje se iroko i esto upotrebljavaju, lako i jeftino proizvode a posjeduju zadovoljavajua opta svojstva. To su npr. opti konstrukcijski, nelegirani elici, polietilen ili polivinilhlorid, sivi liv i slini. Drugoj grupi pripadaju materijali posebnih svojstava ija je proizvodnja i prerada sloenija i skuplja, a primenjuju se u specifinim uslovima. To su npr. visokolegirani elici, superlegure, keramika, silikoni i sl. Granica izmeu jeftinih i skupih materijala nije vrsta i vremenski je promenjljiva. Tako, do pre nekoliko desetina godina skupe, specijalne i retko primenjljive Al i Tilegure danas su srednje visoke cene a ireg podruja primene. Mnogi se poluproizvodi ili gotovi delovi prodaju na osnovu cijene po jedinici mase, ali i po jedinici zapremine ili jedinici povrine. Svi oblici nelegiranih elika, sivih livova i niskolegiranih elika su, po masi, jeftiniji od ostalih vrsta materijala, to ukazuje na njihovu iroku primjenu.


Jedna od znaajnih primjena analize vrednosti je da se dobije poreenje cijene nekog proizvoda u odnosu prema najeftinijem postojeem, ili predvidivom konstrukcijskom rjeenju, a da se zadovolje njegove bitne funkcije. Ova se metoda moe prilagoditi i za izbor materijala.U poreenju materijala najprije se biraju one vrste koje zadovoljavaju funkcionalne zahtijeve a ujedno su i jeftiniji. Pri tom inenjer ima dvije osnovne mogunosti odluivanja: odabrati najjeftiniji materijal, ili odabrati skuplji materijal, ali koji se lake oblikuje, obrauje ili ima bolja upotrebna svojstva. Primjena jeftinijeg materijala ne znai ujedno i uvijek dobijanje jeftinijeg proizvoda. Npr., cijena materijala se esto odnosi na jedinicu mase pa je nekada ekonominije platiti viu cijenu za povienu vrstou jer se na taj nain ugrauje manja koliina materijala. Drugi primjer odnosi se na izradu velikog broja komada obradom odvajanjem estica. Ovde je ekonominije izabrati skuplji materijal ali bolje obradivosti, nego jeftiniji ali tee obradiv.


Tipian primjer je i primjena elika u sluaju kada se trai visoka otpornost habanju ili korozijska postojanost. Ovde je uvek prisutna dilema; primjeniti skup materijal visoke otpornosti ili jeftin osnovni materijal s povrinskim slojem visoke otpornosti. Odluka zavisi od visine ukupnih trokova, odnosno o traenoj trajnosti i funkciji dela. U svakom tipu proizvodnje mogue je utedeti na materijalu. Put do uteda vodi preko etiri mogue vrste analiza: ponovno prouavanje oblika, dimenzija i mase dela, ponovno prouavanje naina izrade i montae, ponovan izbor materijala, ponovno projektovanje zbog postizanja optimalne kombinacije traenih svojstava.


KONSTRUISANJE S OBZIROM NA RECIKLINOST Zadatak konstruktora je sve odgovorniji, jer osim sve stroijih tehnikih zahtijeva mora ispuniti i ekonomske (trine), estetske, drutvene - u koje izmeu ostalih spadaju i ekoloki. esto su zahtijevi reciklinosti u suprotnosti sa ekonominou i konkurentnou proizvoda na tritu, ali je ukupna drutvena korist od reciklinih proizvoda sve vea. Novi pristup konstruisanju akceptira sve vie sledea naela: teiti to manjem utroku energije u celom ivotnom ciklusu proizvoda; koristiti, gde je mogue, reciklirane sirovine i materijale; primenjivati tehnoloke procese koji proizvode minimum otpada i tetnih gasova; odabirati lako reciklirajue materijale; kreativno iskoristiti otpadne materijale u fazi proizvodnje. Postoji nekoliko trendova u razvoju proizvoda koji oteavajukasnije recikliranje: sve vea kompleksnost proizvoda s primenom veeg broja razliitih vrsta materijala; poveana primjena kompozitnih materijala;


UTICAJ MATERIJALA NA OKOLINU -EKOLOGINOST MATERIJALA Uticaj materijala na okolinu ogleda se u pet faza njegovog "ivota": prilikom proizvodnje materijala-kroz stepen emisije tetnih materija (vrstih i tenih) i gasova, kroz odbacivanje neiskoritenog otpadnog materijala u okolinu, kroz utroak energije za preradu sirovina, kroz koliinu neiskoritene toplote; u fazi izrade proizvoda-slini uticaji kao i pri proizvodnji materijala, u fazi koritenja proizvoda-kroz stepen korozijskog ili mehanikog oteenja ( za opasne ili otrovne materijale u dodiru sa hranom, lijekovima i sl. -npr. teki metali), kroz veu ili manju mogunost odravanja i obnavljanja proizvoda, kroz veu ili manju mogunost recikliranja materijala; nakon upotrebe proizvoda-kroz veu ili manju mogunost recikliranja; pri recikliranju-kroz stepen emisije tetnih materija (vrstihi tenih) i gasova, kroz utroak energije za recikliranje, kroz koliinu proizvedene neiskoritene topline.


Zagaenje ivotne sredine tokom ivotnog vijeka proizvoda


Proces dobijanja PET ambalae

Proces recikliranja PET ambalae


Dobijanje nekih materijala recikliranjem


Neki od problema pri recikliranju materijala su: legirani (visokolegirani) metalni materijali su slabije reciklini od istih metala, odnosno nelegiranih metalnih materijala; kompozitni materijali teko se odvajaju na sastavne komponente -npr. staklenim vlaknima ojaani polimerni materijali; odvajanje prevlaka i slojeva od osnovnog materijala oteava recikliranje. Posebna panja poklanja se odvajanju kalajnih prevlaka (beli lim), bakra i plemenitih metala (elektokontakti); neke vrste polimera se tee recikliraju (duromeri i elastomeri u odnosu na termoplaste), dok neke razvijaju opasne gasove.


Krutost Jaina ilavost Teina

Sve OK !

Nedovoljna krutost (nedovoljno veliko E)

Nedovoljna jaina (nedovoljno veliko m) KruSve OK ! Nedovoljna ilavost (nedovoljno veliko KIC)

Teko (nedovoljno malo ) Uticaj mehanikih karakteristika kvalitet proizvoda Mainski materijali 2 doc.dr Slavia Moljevi

HVALA NA PANJI


Documents

5. Izbor materijala