KLASIFIKACIJA KONSTRUKCIJSKIH MATERIJALA

SEMINARSKI RAD

Sadržaj

1. Uvod ............................................................................................................................... 1

2. Vrste klasifikacija ........................................................................................................... 2

2.1. Klasifikacija prema vrsti kemijske veze ................................................................. 2

2.2. Klasifikacija prema grupama materijala ................................................................. 2

3. Opis pojedinih grupa materijala ..................................................................................... 5

3.1. Metalni materijali .................................................................................................... 5

3.2. Keramički materijali ................................................................................................ 7

3.3. Polimeri ................................................................................................................... 8

3.4. Kompoziti ................................................................................................................ 8

Popis kratica

Literatura

Popis slika

1

1. Uvod

Predmet istraživanja ovog seminarskog rada je klasifikacija konstrukcijskih materijala.

U radu su iznesena dva načina klasifikacije materijala, klasifikacija konstrukcijskih

materijala prema vrsti kemijske veze, te klasifikacija prema grupama materijala.

Klasifikacija prema grupama materijala je s inženjerskog stajališta od velike važnosti,

odnosno veoma olakšava pristup prilikom donošenja odluka o izboru pojedinog materijala

pri izradi određenog proizvoda.

Također u radu je opisana svaka grupa materijala, te su dane usporedbe između grupa u

ovisnosti o fizikalnim svojstvima pojedine grupe, što je popraćeno grafičkim prikazima.

2

2. Vrste klasifikacija

2.1. Klasifikacija prema vrsti kemijske veze

Prema vrsti kemijske veze materijale možemo podijeliti na materijale vezane metalnom,

ionskom ili kovalentnom vezom, neki materijali su još dodatno vezani sekundarnim

vezama (Van der Waalsovim ili vodikovim).

2.2. Klasifikacija prema grupama materijala

U nauci o materijalima uobičajena je podjela materijala na tri osnovne grupe materijala,

metale, keramiku i polimere. Ovakva podjela je prvenstveno bazirana na kemijskom

sastavu i atomskoj strukturi materijala. Većina materijala svrstava se u jednu od ovih

grupa. Dodatno, postoje i takozvani kompozitni materijali koji predstavljaju kombinaciju

dva ili više materijala iz osnovne tri grupe materijala. Osim ove podjele prisutna je i

podjela na šest grupa materijala, koja se sastoji od metala, polimera, keramika, stakla,

elastomera i kompozita. Ova podjela je nastala tako da su iz keramike i polimera izdvojena

stakla i elastomeri kao posebne grupe materijala.

Slika 2.2.1. Podjela materijala na šest osnovnih grupa

3

Smisao klasifikacije materijala na grupe zasnovan je na činjenici da pripadnici jedne grupe

materijala imaju određena zajednička svojstva, slične osobine, načine obrade i često, vrlo

slične primjene.

Slika 2.2.2. Karakteristični proizvodi izrađeni iz odgovarajućih grupa materijala

4

Na slici 2.2.3. prikazan je način daljnjeg dijeljenja grupe materijala na klase, podklase i članove, pri čemu se svaka od ovih kategorija odlikuje odgovarajućim svojstvima. Tako za primjer materijali sadrže grupu metala, koja dalje sadrži klasu aluminija, podklasu aluminijskih legura u okviru koje se može pronaći poseban član. Ova legura i svaki drugi član ove grupe materijala ima određena svojstva. Za svaku grupu materijala postoje i karakteristične metode obrade, utjecaji na okolinu, posljedice njegove upotrebe, te područje karakteristične primjene. Što se zajedničkim imenom zove profil svojstava materijala.

Slika 2.2.3. Primjer taksonomije materijala i njihovih atributa

5

3. Opis pojedinih grupa materijala

3.1. Metalni materijali

Materijali u ovoj grupi sadrže više metalnih elemenata (poput željeza, aluminija, bakra,

titana, zlata i nikla). Često se kao primjese mogu pojaviti nemetalni elementi (npr. ugljik,

kisik) u relativno malim količinama. Pojam metalne legure se koristi u vezi sa metalnim

supstancama koje se sastoje od dva ili više elemenata. Atomi u metalima i njihove legure

su organizirani na vrlo pravilan način i u usporedbi sa keramičkim i polimernim

materijalima imaju relativno veću gustoću, kao što je prikazano na slici 3.1.1.

Slika 3.1.1. Grafički prikaz gustoće na sobnoj temperaturi za različite materijale

6

U vezi sa mehaničkim svojstvima ovi materijali su relativno kruti (Slika 3.1.2.), čvrsti

(slika 3.1.3.), imaju dobru otpornost na lom i veoma su žilavi, što doprinosi njihovoj

širokoj primjeni u konstrukcijama. Metali su također dobri provodnici elektriciteta i

topline, te ne propuštaju svjetlost. Osim toga, neki metali imaju poželjna magnetna

svojstva, kao najveći nedostatak može se izdvojiti slaba otpornost na koroziju u odnosu na

druge vrste materijala.

Slika 3.1.2. Grafički prikaz krutosti na sobnoj temperaturi za različite materijale

Slika 3.1.3. Grafički prikaz vlačne čvrstoće na sobnoj temperaturi za različite materijale

7

Slika 3.1.4. Grafički prikaz žilavosti na sobnoj temperaturi za različite materijale

3.2. Keramički materijali

Keramika predstavlja nemetalan, anorganski čvrst materijal. Sa stajališta mehaničkih

svojstava, keramički materijali imaju veliku tvrdoću. Krutost je usporediva sa krutošću

metalnih materijala. Izrazito su otporni na visoke temperature i nepovoljno okruženje u

odnosu na polimere i metale. Sa druge strane, može se reći da su vrlo krhki i podložni

lomu što je vidljivo na slici 3.1.4. Keramički materijali su većinom izolatori topline i

elektriciteta.

Na slici 3.1.3. vidljivo je da je da su keramički materijali čvrsti materijali, međutim bitno

je napomenuti da prilikom odabira keramičkog materijala određene vlačne čvrstoće treba

uzeti u obzir da 63% uzoraka neće izdržati navedeno vlačno naprezanje.

Prema klasifikaciji na tri osnovne grupe materijala staklo pripada keramičkim

materijalima. Staklo predstavlja grupu ne kristalnih, amorfnih čvrstih materijala.

Najkarakterističniji predstavnici ove grupe materijala su: obično (prozorsko) staklo,

kristalno staklo, vatrostalno staklo i kvarcno staklo. Stakla su krhki materijali, međutim

otporni su na koroziju, te su odlični električni izolatori.

8

3.3. Polimeri

Polimeri uključuju poznate materijale poput plastičnih i gumenih materijala. Prirodni

polimeri su proteini i celuloza. Polimeri se dijele na tri temeljne skupine: plastomere,

elastomere i duromere. Sa stajališta mehaničkih svojstava polimeri su izrazito elastični,

dobri su toplinski i električni izolatori, otporni su na koroziju, lako se oblikuju te imaju

malu gustoću. Međutim imaju malu čvrstoću i tvrdoću naspram metalnih materijala, nisu

postojani pri visokim temperaturama, te su biološki nerazgradivi, što se može navesti kao

jedan od najvećih nedostataka.

3.4. Kompoziti

Kompoziti su materijali sastavljeni iz drugih, već gotovih materijala, uglavnom kao

njihova mješavina, kako bi zajedno imali nova poboljšana svojstva, tj. ona svojstva koja

svaki materijal sam ne bi imao. Sastavljeni su iz najmanje dva materijala (komponente),

jedna je komponenta osnovni materijal, a druga je materijal za očvršćivanje. Neki

materijali koji se nalaze u prirodi se također mogu smatrati kompozitima, a to su drvo i

kosti.

9

4. Zaključak

Konstrukcijske materijale je moguće, kako je navedeno u radu klasificirati na dva načina.

Prema vrsti kemijske veze, te podjelom na grupe materijala. Sa inženjerskog stajališta

klasifikacija materijala je veoma bitna, budući da, kad se konstruira proizvod se ne traži

određeni materijal, nego određena svojstva koja materijal mora zadovoljiti. Podjelom na

grupe materijala vidljivo je da svaka grupa ima određena zajednička svojstva.

Keramički materijali su tvrdi, krhki, otporni na koroziju, te zadržavaju mehanička svojstva

pri povišenim temperaturama. Metali su duktilni, tvrdi i dobri vodiči topline i elektriciteta.

Polimeri imaju malu gustoću, lako se oblikuju, te su odlični električni izolatori.

Iz navedenog je lako uočiti koliko klasifikacija olakšava izbor materijala za izradu

određenog proizvoda.

Popis kratica

ZrO2 – Cirkonijev oksid

Al2O3 – Aluminijev oksid

SiC – Silicijev karbid

Si3N4 – Silicijev nitrid

PTFE – Politetrafluoretilen (Teflon)

PVC – Polivinil klorid

PS – Polistiren

PE – Polietilen

GFRC – Beton ojačan staklenim vlaknima

CFRC – Beton ojačan ugljičnim vlaknima

Literatura

[1] M. F. Ashby; Materials Selection in Mechanical Design, 3rd edition

[2] Predavanja Mehanika materijala; prof. dr. sc. Domagoj Rubeša; 2013/2014

[3]http://www.ndted.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Introduction/c

lassifications.html 10.01.2014.

[4] http://hr.wikipedia.org/wiki/Keramika 10.01.2014.

[5] http://hr.wikipedia.org/wiki/Polimer 10.01.2014.

Popis slika

Slika 2.1.1. Podjela materijala na šest osnovnih grupa .......................................................... 2

Slika 2.2.2. Karakteristični proizvodi izrađeni iz odgovarajućih grupa materijala .............. 3

Slika 2.2.3. Primjer taksonomije materijala u njihovih atributa ........................................... 4

Slika 3.1.3. Grafički prikaz gustoće na sobnoj temperaturi za različite materijale .............. 5

Slika 3.1.2. Grafički prikaz krutosti na sobnoj temperaturi za različite materijale .............. 6

Slika 3.1.3. Grafički prikaz vlačne čvrstoće na sobnoj temperaturi za različite materijale .. 6

Slika 3.1.4. Grafički prikaz žilavosti na sobnoj temperaturi za različite materijale ............. 7